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2006年3月25日 作者:ctnyzn [返回]
新型的非试管克隆技术及未来的展望

   植物非试管克隆技术是光自养微繁技术的发展,是组培技术与传统扦插育苗技术的综合与提升。它的发展与计算机技术、工业技术、生物技术的发展是息息相关的,是一门综合性很强的交叉学科,是其它技术发展与运用的产物,随着科技的不断发展,一些新的技术、新的工艺、新的材料技术的不断涌现开发与运用,使植物非试管克隆技术得以不断的完善与提高。特别是在开放环境下杀菌技术的改进,新手段与方法的运用,都使这种开放式的育苗技术带来一次又一次的发展契机。现就未来的发展趋势与科研方向作些描述,能给人们提供一些新的思路
   一、太阳能供电的非试管克隆系统
随着当前水电资源的日渐匮乏与紧张,这种以电水为主要资源的动力农业,将面临着极大挑战,在系统中进行技术改进,以实施节能高效地育苗,开发绿色环保的电力资源,以适合当前我国广大农村的生产力状况,倡导与发展一种可持续发展的循环型的种苗生产模式,将是今后的一个重要课题与方向。如利用太阳能风力发电及人力发电结合的环保型电资源开发,开发一种能实现电力自供的非试管克隆系统,就更能适应我国广褒的疆土,广阔的农村,不会因电与水受限而影响快繁基地的建设与扩展,可以利用太阳能提水技术解决供水问题,利用太阳能风力及人力结合的发电技术解决系统运行的一切供电问题。进行系统改造,配套建设一些较为省电的执行部件,如二极管补光,半导体加温致冷、超声波的加湿雾化等技术都可以大大降低水电资源的浪费消耗。
   二、闭锁型苗木生产系统
闭锁型苗木生产系统是室内快繁基础上的提升与发展,是目前日本国最为先进的苗木快繁体系,它具有生产效率高节能特点外,更重要的是具有环境可控性与稳定性更佳,更适于各种植物的快繁与生产,而且更易实施集约化与工厂化生产,培育出的种苗具有较高的商品率,也就是成活率更高种苗长势更整齐比其它各种方法生产的种苗生长更好.在一个隔热封闭的系统内,创造植物最佳的生长发育模式,可以使一些难繁殖的植物变得容易,使因季节变化而影响育苗的因素排除,是一个全天候的人工智能控制环境.另外,在技术体系的实现上采用各种节能方式,比温室育苗具有更高的效率与效益,而且种苗的培育期缩短生长发育加快,是目前用于瓜果蔬菜药材林业绿化等各种经济植物繁殖的最佳模式.在技术集成上采用LED光源补光,结合光谱配伍技术实现光环境光效率的最优化最节能化.在能源技术上采用半导体二极管与半导体致冷加热技术,使获取相同生物产量的耗能率大大降低,另外,在二氧化碳的循环利用上比开放系统更易实现,它能使植物呼吸释放的二氧化碳实现再循环,在空间利用上比温室育苗或原来的室内快繁更有效,立体层次更多,层间可大幅度缩小.在系统内部的通风循环装置上采用大量低功耗的直流小风扇,大大促进了植物的气体交换与气体的充分利用.甚至还可结合智能机器人技术实现管理的无人化,环境操作的无菌化,达到系统运行的高度集成智能化.它除了上述特点外,在运用空间上也更广阔如种子育苗,离体材料快繁,及嫁接苗的培育,还可利用空闲时间进行高档反季蔬菜花卉的生产.总之,它是目前国内国际上最为先进项的育苗新模式,可以在农村,城郊,甚至城区大面积推广,不受任何环境及地理条件和气候之限制.是城市农业的一种好项目,也是下岗职工利用居室及废弃厂化进行再创业的首选致富项目。
   三、气雾快繁法---雾增殖技术
气雾快繁法国外叫雾增殖育苗法,是当前最先进的一种育苗方法,它与基质快繁相比,生根速度更快,成活率更高,究其原因,主要有以下几个方面的改进与优化.首先离体材料的切口是暴露于定植板的气雾室或气雾槽中,而且是完全悬空的状态,具有很充足的通气供氧环境,不会因基质过湿而缺氧腐根,有了充足的氧环境,使有氧呼吸成为能量转换代谢的主要方式,相同重量光合作用产物的代谢能量释放量大大提高,是无氧呼吸的几倍,使切口部位细胞分裂及根原基的发育获取充足的能量与营养物质.这是生根快的主导因素.另外以空气为介质后,病菌滋生的场所比基质受到最大的限制,即使有病菌入侵也不会造成整个苗床的大危害.在常规快繁中常出现高温季节苗床细菌真菌的滋生,从而使切口导管堵塞,而出现虽环境水量充足,但离体材料还是枯萎,主要是水分的正常运输受到了影响.
   另外,气雾繁能为根系的生长创造最小的机械阻力,也能在某种程度上促进根系的发育,在固态基质中,如珍珠岩或蛭石等,虽有好的物理性状,但总会对根系的伸长生长及壮根生长带来或多或少的机械阻力.而在气雾中,根系可以完全自由地舒展.
    所以采用气雾法后,大多数的品种生根时间比原来基质法要缩短1/2-1/4的时间,成活率提高20%-30%,或更高,移栽成活的生根苗,操作更方便,根系更完整,是其他任何一种方法所不能比拟的.但气雾法唯一缺点,就是一旦停电,对外界气候波动的适应性极差,如处理不慎就会造成大的损失,如失水旱害而死苗.必须采用精确的计算机控制系统及配备发电机.随着各项控制技术、材料技术的完善,气雾法将会在生长单位或科研所广泛地得到运用。
    四、超声波生物育苗箱
利用长方形的箱体代替类似于组培的大试管,运用各种物理技术创造无菌环境,结合计算机控制技术创造温光气热适宜环境,利用生物技术提供适合离体材料发育的营养液,从而达到组织分化与生长生根的技术目的。现所箱体的结构及功能介绍如下,它是一种适合于小规模农场家户进行自供育苗的一种简易装置,也可用于细胞工程进行组培培养或科研活动。
   这种育苗箱由三大部份及各种组件构成:育苗室、气雾室、超声波发生器。现把结构简述如下,整个箱体由全透明的玻璃制作而成,规格大小视生产量而定,玻璃内壁喷涂上纳米银杀菌材料,起到空间抑菌的效果。然后用不透光的隔板在箱体一端1/5空间处隔一气室,注意隔板需选择不透光且较厚的塑料隔板,以防气室内紫外线穿透进入育苗室。并于气室内装上紫外线杀菌灯,气室内壁要求喷涂光触媒纳米杀菌材料,这种材料在紫外线照射下能发挥极强的杀菌作用,从而创造了一个具有杀菌抑菌功能的无菌气室空腔。箱体外配置一台小型的超声波雾化器,并外接一条输雾管道,把气雾接入玻璃箱的气雾室内,这些气雾是由营养液、激素或加入糖配制而成的培养液,经雾化器产生的气雾先进入气雾室进行杀菌处理,然后经隔板上小孔进入育苗室。
   以上三大部份构成了超声波生物育苗箱的总体框架,要达到好的育苗效果还需配置若干组件:(1)接种网架,由普通2-4mm网孔的塑料网制成的一个支撑架,把它置于育苗室内,作为接种固定支撑离体材料用;(2)环控系统:由二极管补光灯、半导体致冷加热器、直流小风扇、电场发生装置、永磁体、微控制器组成。在育苗箱的顶面与侧面装贴二极管补光灯,由红蓝灯组成,R/B比例为5/1,光强达3000-5000LX;半导体致冷加热片装于气雾室的顶端起到加温与致冷作用;直流防水小风扇均匀布设于网架上下育苗室内,起到微风对流的作用;再于接种网架上方平行布设一层电场网,并接上发生器,产生电场能促进离体材料发育及细胞组织的极性化。箱体的底部均匀放置几块强度为0.8T的永磁体,也是起到极化组织促进生根的作用;最后把这些环控小部件都联接上微控制器实现运行的自动控制。(3)离体培养,这种装置即可以用于大材料的生根培养,也可以用于微材料的分化生长培养,如果大材料生根培养可不需加糖,作为快速催根装置使用;如果是茎尖或组培分化培养产生的微型茎段,可以在营养液中加入糖,以利于快速分化与生根;但如果是用于规模生产,可以配上二氧化碳钢瓶进行强制供气,实现光自养无糖培育,也可在不加糖情况下实现微型离体材料如茎尖的分化与生根培养。
    这种装置具有很强的实用性,箱体虽小但一次也至少可育几千株苗,适合于农场及小企业农业生产中自给苗的生产。使用时安装与操作方便,培育的小苗根系特别发达,稍经炼苗即可移栽,可用于蔬菜、绿化苗、果树、药材等植物的培养,特别是一些较难生根的品种,采用这种方法可以取得更理想的效果,现在这种装置除了用于生产外,还用于科研上的试管外生根培养与细胞工程的组织培养,是一种较为先进而实用的非试管育苗新技术。
    植物非试管克隆技术的研究及快繁产业的发展都是一个无止境的产业,特别是当今各交叉学科发展迅猛的时代,时时都有可能产生新技术革命,快繁技术也然。它没有止境更不会停止发展的脚步,它将以国际前沿为纵坐标,以交叉学科为横坐标,进行无限的沿伸与发展。在21纪世的今天,计算机技术、生物技术、及纳米材料技术已成为高科技标志与划时代的象征,特别是纳米技术中的生物效应,很有可能就成为快繁技术下一次技术提升的突破口,如纳米抑菌杀菌效果,纳米材料的远红外效应、磁效应、波效应、量子效应等,都将对植物快繁技术的突破提升带来预见性的启发与科学的预言。科学的梦想在科学家的不断努力下终将成为现实,从史前第一个上天的莱特兄弟到现在带来了航空事业的发展,从百年前植物学家哈伯兰德首次提出细胞全能性,到现在组织培养技术的兴起,同样开放式的组织也将会对实现未来的真正大田组培迈出了重要的一步,不久的将来种苗的繁苗变得就像在大田播种一样的简单,这就是大田组培时代的真正到来,农业科学家们将继往来开,不懈努力以实现与印证这个科学的预言。
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