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2005年4月16日 作者:蓝天 [返回]
植物非试管快繁技术总论

研究植物的繁殖过程发现,任何一种育苗技术都是植物在温光气热营养激素环境下全息性的表现。如组培技术是通过密闭的试管,及人工培养室为离体材料创造适宜温光气热环境,通过培养基的不同营养成分包括矿质元素、糖份、不同的激素比例来实现营养激素的优化控制,其中糖份提供离体材料发育的碳源需求,加入矿质元素满足对无机营养的需求,通过不同的激素比例来调整离体材料组织的分化方向,使茎尖或一组织细胞发育成完整的植株。

从理论上说任何植物的离体材料只要满足最适温光气热营养激素要求,任何植物的全息性都能得到有效的表达,从而发育成完整植株。但组织培养技术培育的苗木成本高,种苗成活率低,配方及品种的局限性大,所以在生产上未得到推广与应用,只局限于科研单位搞试验做研究,产业化难度大。

而植物非试管快繁技术虽然在原理上与组培相同,但技术路线不同,植物非试管快繁技术也是通过计算机智能控制技术为离体材料创造最适的温光气热营养激素环境,从而使全能性或全息性得到表达。

那么计算机是如何实现环境营养的最优化控制呢?通过智能控制系统中的智能叶片对苗床的温光气热营养进行感应,事实上智能叶片就是由各种不同传感器的集成,智能叶片能感应苗床中离体材料叶片表面的温度、湿度、水分蒸发系数、基质水份,矿质营养的离子浓度,光照等环境参数,感应的参数通过网络线传感给系统的主机部分,主机通过输入的参数结合快繁专家系统进行参数运算,再指令自动控制部分的外围设备进行执行。

(以上描述用图片说明)

如叶片感应到温度过高时,也就是超过35度时,计算机就作出降温的指令,通过弥雾系统的微喷作用实现降温,当温度降至32度时即停止执行,当感应到温度低于15度时,即作出加温的指令,开启加温系统的加热线进行加温,当温度达到15度以上时即刻停止。那么为什么把温度上下限定为15度与35度呢,因为当叶片微域环境温度超过35度高温时,光合作用降低而呼吸作用急聚增强,呼吸作用消耗的营养超过光合的积累,离体材料营养代谢处于消耗型,就不能为植物离体材料的愈伤及生根提供营养,另外高温还会大量产生脱落酸从而大大抑制生根。而当温度低于15度时,光合效率就会降低,光合积累少,从而就会影响生根,最适光合作用温度大多为20-25度。有了温度控制系统就能实现低温或高温季节的育苗,也就是可进行周年生产。

植物离体材料离开母体后,水分蒸发继续进行,而在根系还没形成前,极易失水干枯,也就是水分代谢失去平衡,从而大大影响光合作用,所以空气湿度的控制就显得极为重要,为快繁创造一个适宜的湿度环境,通过智能叶片感应空气的相对湿度,对叶片的微域环境湿度进行精确的智能控制,在快繁的第一个阶段也就是细胞活化期,要求空气湿度要保持在90-100%之间,当湿度低于90%时,计算机经专家系统的运算,立即发出加湿的指令,开启弥雾系统进行微喷加湿,当空气湿度达到100%时,就关闭加湿系统,随着离体材料的发育渐渐形成愈伤组织及根原基,在此阶段可降低湿度,因此时叶片的蒸腾降低,并且愈伤组织根原基或一次水生根已有水分吸收功能,在该阶段以80-90%为最适,当叶片感应空气湿度低于80%时,计算机作出加湿指令开启弥雾,当湿度达90%时即停止加湿,通过控制系统的智能化运行,始终让快繁于苗床的植物离体材料处于最佳的湿度环境,以维持水分代谢的平衡,使光合作用正常进行。

介绍至此时,许多学员会提出,快繁是在露天或简易的大棚内进行,外界的温湿度随时进行变化,要控制在适宜的温湿度环境好像是不可能的,即使可能也要消耗大量的能源,其实并非这样,因为我们运用的是微域环境最优化控制技术,也就是说对植物离体材料的微小环境控制在最适范围即可,无需控制苗床整个空间的温湿度环境,因外界的温湿度不管如何变化,真正对植物离体材料发育有影响的只是叶片表面的湿度及温度,说具体些也就是叶片表面的温度,以及离叶片表面0.5厘米内的空气湿度,据实验研究表明,微域环境的温湿度与苗床空间或空气的温湿度相差很大,在高温季节的盛夏用仪器检测表明,当0.5厘米的空气湿度在90%以上时,离叶片表面1.6厘米片的空气湿度只有40%,而要使0.5厘米内的空气湿度保持在90%以上就极易实现,并且稍一弥雾就可达到,无需消耗大量的电与水。微喷降温的道理也相似,在夏季高温常达35度以上,但采用微域环境控制技术,开启降温不久即可使叶片表面的温度降低至32度以下,基本上接近弥雾用水的温度,所以在夏季以地下水为好,降温更快,降温的幅度可达7-10度,而日常生活空调降温或加温,是对整个空间进行温度控制,所以耗电量大,升降速度也慢。

通过上述简单介绍,学员们应该对微域环境控制技术有大致的了解吧,所以在露天用计算机智能控制也就能理解了。

另外智能叶片还能感应叶片表面的水分蒸发速度,也就是蒸腾系数,因植物的叶片表面生理结构不同,如气孔密度,栅栏组织的厚度,叶表面的蜡质层,及老嫩程度的不同,水分蒸发存在很大差异,基于此,我们又开发了能够调整叶表水膜厚与薄功能的智能叶片,失水快,易干的植物品种,使用时在计算机操作界面上把水分蒸发系数的微调柱往上调,这样智能叶片上保留的水膜就厚,植物叶片就不易干,对于老的叶或蜡质层厚的植物品种,蒸发系数的微调柱往下调,智能叶片上的水膜就变薄,这样不管是什么植物品种在苗床环境下叶片就不会出现水分过多或过少,就能维持叶片水分的平衡,使叶片保持一定的水势,和细胞膨压,使叶片光合作用正常进行。

智能叶片除了上述能感应与控制空气湿度,空气温度及水分蒸发系数外,还可感应与控制基质的相对湿度及EC值,苗床光照。

快繁过程基质湿度的精确控控也极为重要,过干,切口的细胞分化受抑制,过湿会缺氧腐烂,一般通过智能叶片的计算机控制,使基质湿度保持在50-80%之间。基质的营养浓度也较为重要,常规育苗没有结合营养液补充技术,所以培育的苗根少而不壮,而快繁技术在无土基质育苗基础上又结合全价营养液补充技术,使苗根系多而苗势壮,因为植物的离体材料离开母体后,在根系没有形成前,主要吸收水分与营养的部位,可以是叶片,茎段的皮层,切口,或形成的愈伤组织,这些组织也有一定的养分吸收能力,所以保持基质的一定矿质元素的离子浓度对于壮苗及提高成活率意义重大,研究发现,许多植物品种缺乏元素也会影响离体材料的发育及根原基的形成,如缺硼,钾,磷等。采用全价营养液并通过智能化的供肥系统,始终保持基质的一定营养离子浓度,使离体材料处于最佳的矿质营养环境,当智能叶片感应到浓度低于1/2标准液时,立即开启供肥系统进行补肥,达到标准液浓度时即刻关闭。

植物离体材料的发育过程,也是对于环境进行精确控制的过程,也是植物离体材料发育最佳的光合同化过程,经光合作用产生能维持自身发育所需的各种营养及激素,使植物的离体材料全息性得到表达,从而达到快速生根育苗的目的。

这样,光合作用就成了技术的核心,所以也可以把植物非试管快繁技术叫作光自养微繁技术。技术的路线及操作都是以如何使植物的光合效率得到最大的提高为目标,一切温光气热营养的调控都是为材料创造最佳光合作用而进行的。

那么传统育苗为什么许多品种不能生根成活呢?究其原因也在于光合作用,因传统的扦插育苗是在小拱棚及蔗阳网的环境下进行,叶片的光合作用未能得到最佳的发挥,而如果去除蔗阳,又会引起小拱棚内温度骤升而失水,去除小拱棚,材料又很快失水干枯,在人工控制的环境下,总是顾此失彼,不能实现各项参数的精确控制,所以只能用蔗阳网进行拱棚内温湿度的管理,所以许多品种因营养不足,内源激素匮乏而不能生根。另外基质也是影响成活的一个较为重要的因素,传统育苗是有土育苗,土壤的理化性状差,排水透气差,常因缺氧而使切口腐烂,或因干燥而枯死,另外土壤中细菌及真菌对材料的侵染也是使成活率降低的一大因素,而非试管快繁技术是在排水设施良好的人工苗床上辅上透气排水良好且无菌的珍珠岩,或已消过毒的河沙等无机矿物质作基质。为植物离体材料的发育创造一个无菌、氧气充足的微环境,通过温湿度自控系统,创造适宜的温湿度环境,通过营养补充系统创造一个矿质营养环境,通过全光照及补光系统创造适宜的光合环境。

总之植物非试管快繁技术是从各种对离体材料发育有影响的各个因素都做到最佳化的控制,使离体材料的全息性得到淋漓尽致的发挥,从而发育成一完整的植株。

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