從某種解度來(lái)說(shuō)植物組培技術(shù)或者無(wú)性繁殖技術(shù)核心就是環(huán)境控制技術(shù)，一切都是為了給植物離體材料創(chuàng)造最佳的溫光氣熱營(yíng)養(yǎng)激素環(huán)境，這些環(huán)境因素只要能適合地創(chuàng)造，就可解決種苗培育的技術(shù)問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)環(huán)境控制技術(shù)及物理殺菌技術(shù)和生物技術(shù)的發(fā)展，在創(chuàng)造環(huán)境的手段上有了大的發(fā)展與突破，植物非試管快繁技術(shù)體系的建立也是建立在這些交叉學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上面形成的，如果離開(kāi)了這些也難以實(shí)現(xiàn)植物培養(yǎng)過(guò)程中最佳環(huán)境的模擬創(chuàng)造，也難以實(shí)現(xiàn)種苗的開(kāi)放式光自養(yǎng)培育?，F(xiàn)就各項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法與技術(shù)路線進(jìn)行分析，讓大家了解認(rèn)識(shí)植物非試管快繁技術(shù)的核心與技術(shù)路徑。
寬敞通風(fēng)苗床取代試管
組培中試管內(nèi)環(huán)境是離體材料發(fā)育的主要空間，在這個(gè)密封的空間內(nèi)，具有飽和的濕度與不流通的氣體環(huán)境，從而導(dǎo)致管內(nèi)二氧化碳及氧氣的缺乏，而這兩種氣體成份又是光合作用呼吸作用最為重要的參予者。而在非試管快繁技術(shù)體系中，苗床環(huán)境代替了試管環(huán)境，讓離體材料處于通風(fēng)透氣良好，水分蒸發(fā)葉片蒸騰正常的開(kāi)放環(huán)境中，離體材料發(fā)育能獲取更多的代謝氧與光合碳，同時(shí)因離體材料在有濕度變化的環(huán)境下發(fā)育，可以建立正常的氣孔開(kāi)閉與蒸騰模式，有利于成苗后對(duì)環(huán)境有更好的適應(yīng)性。
自然光照取代人工補(bǔ)光
植物非試管快繁技術(shù)是在全光照的自然光下進(jìn)行快繁，比組培室的人工光照強(qiáng)度更大，更接近自然，更利于離體材料光合作用與生長(zhǎng)，克服了因光照不足，纖弱徒長(zhǎng)的問(wèn)題。而且在自然光下比人工光的光譜更多，光質(zhì)更佳，而且含有一定最的紫外線，對(duì)于壯苗煉苗有明顯的促進(jìn)作用，在水分及二氧化碳充足供給的情況下，光強(qiáng)決定光合效率，但也不要太強(qiáng)，不宜超過(guò)光飽和點(diǎn)以上，如在夏季高溫強(qiáng)光環(huán)境下，可采用適當(dāng)蔗陰的方法，以改善光照條件；在冬季或陰雨綿綿季節(jié)，可開(kāi)啟人工補(bǔ)光進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充，更利于離體材料的發(fā)育。
珍珠巖代替瓊脂培養(yǎng)基
苗床里鋪上珍珠巖基質(zhì)代替組培的瓊脂培養(yǎng)基，具有透氣性更好特點(diǎn)，有利于根系的發(fā)育；更關(guān)鍵的是珍珠巖中不含有機(jī)物，能夠抑制菌類的滋生蔓延，這是抑菌方法上的一次根本性改造。在這樣的基質(zhì)條件下，即使有病菌侵入也不會(huì)像加糖培養(yǎng)基那樣快速滋生蔓延，菌類因不能從外界獲取碳源而抑制了它的發(fā)育，這是實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式快繁最為關(guān)鍵性的改進(jìn)。除此外，珍珠巖還具有保溫性，有利于基質(zhì)溫度的穩(wěn)定性。
物理殺菌取代常規(guī)滅菌
采用電功能水、磁、電場(chǎng)三種結(jié)合的物理殺菌方法，創(chuàng)造苗床及生產(chǎn)場(chǎng)所的無(wú)菌環(huán)境。其中電功能水是利用0.1%的氯化鉀溶液經(jīng)電功能水發(fā)生裝置電解分離產(chǎn)生兩種水，即強(qiáng)酸性氧化水與強(qiáng)堿性還原水，其中具有高氧化電位的強(qiáng)酸水具有很強(qiáng)的殺菌滅菌能力，噴灑后能夠讓苗床或環(huán)境中細(xì)菌真菌在10分鐘內(nèi)致死，有些菌類幾秒鐘內(nèi)就會(huì)因胞膜的氧化穿透而死，具有比化學(xué)殺菌更快的速度與更徹底更廣譜的效果，而且不會(huì)讓菌類產(chǎn)生如化學(xué)殺菌一樣的抗藥性，在自然環(huán)境下又會(huì)很快還原成普通的水，對(duì)環(huán)境無(wú)殘留對(duì)離體材料無(wú)藥害，是當(dāng)前用于殺菌消毒最為有效的方法。在快繁時(shí)，可以用于苗床基質(zhì)消毒，也可以用于離體材料及生產(chǎn)場(chǎng)所的消毒，是成本最低的物理殺菌方法。具體運(yùn)用時(shí)，可以是噴酒或澆灌苗床，可以是每批苗移栽后進(jìn)行基質(zhì)徹底消毒，也可以是培育其間離體材料的防病殺菌。但如果用于直接噴施離體材料表面，最好與還原性的強(qiáng)堿水交替使用，如噴了強(qiáng)酸水后，半小時(shí)至一小時(shí)后再噴還原水，這樣即利于中和苗床酸堿度，又可以防止一些敏感植物的藥害，因?yàn)閺?qiáng)酸水是由電解產(chǎn)生的亞次氯酸再加上高氧化電位而產(chǎn)生殺菌功效的，有些植物對(duì)氯較敏感。另外，還原性堿水可作為葉面肥進(jìn)行根外噴施，對(duì)生根后促進(jìn)種苗生長(zhǎng)與芽的萌發(fā)效果明顯。運(yùn)用電功能水殺菌技術(shù)為開(kāi)放環(huán)境離體材料的培育創(chuàng)造了無(wú)菌環(huán)境，為離體材料開(kāi)放培養(yǎng)技術(shù)體系的建立起到了極為重要的作用。
除了上述的電功能水的人工殺菌外，于苗床底部及上方還鋪埋了磁鐵與架設(shè)了電場(chǎng)網(wǎng)，其中埋于珍珠巖基質(zhì)底部的磁鐵，可以使苗床內(nèi)的水磁化，為離體材料發(fā)育創(chuàng)造了磁場(chǎng)環(huán)境，操作時(shí)，于苗床底部均勻鋪放0.8t的永磁體3塊/m2，從而產(chǎn)生了生物磁效應(yīng)，對(duì)于離體材料愈傷組織發(fā)育，根原基形成，根系的生長(zhǎng)都具有很大的促進(jìn)作用。磁能激發(fā)過(guò)氧化物酶、淀粉酶等活性，能促進(jìn)離體材料體內(nèi)iaa、ga、ctk的形成，同時(shí)又可抑制aba的產(chǎn)生，這些生理作用對(duì)于離體材料發(fā)育及生根都具有較大的促進(jìn)作用。除了促進(jìn)離體材料發(fā)育外，0.8t的磁還能對(duì)基質(zhì)中部份細(xì)菌有抑制作用，可以抑制苗床細(xì)菌類的滋生，特別是放線菌具有更明顯的效果。那么架設(shè)于苗床上的電場(chǎng)網(wǎng)又是起什么作用呢？運(yùn)用電場(chǎng)發(fā)生器能在苗床與網(wǎng)間產(chǎn)生幾萬(wàn)伏的高壓直流電場(chǎng)，直流電場(chǎng)所產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)，可以使苗床內(nèi)水分子團(tuán)結(jié)構(gòu)變小，能使離體材料內(nèi)的電子產(chǎn)生位移，而激發(fā)各種酶的活性，還可以使離體材料對(duì)基質(zhì)中礦質(zhì)離子吸收速度加快，同時(shí)對(duì)變小的水分子團(tuán)吸收更有利于離體材料的吸收，另外，還起到促進(jìn)氣孔開(kāi)放，提高二氧化碳吸收速度與光合速率的作用，電場(chǎng)產(chǎn)生的能量可以加快光合作用的光電反應(yīng)過(guò)程，對(duì)于促進(jìn)離體材料獲取更多光合碳源起到較為重要的作用。
這些物理技術(shù)的結(jié)合對(duì)于苗床無(wú)菌環(huán)境創(chuàng)造及離體材料生理生化促進(jìn)上都起到了極為有效的正效應(yīng)作用，是植物非試管快繁技術(shù)突破創(chuàng)新的一項(xiàng)重要革新。
環(huán)控技術(shù)代替人工環(huán)境
作為離體材料發(fā)育所涉及的溫光氣熱水環(huán)境的創(chuàng)造，在開(kāi)放多變的環(huán)境下，只能運(yùn)用實(shí)時(shí)在線的計(jì)算機(jī)環(huán)控技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如濕度、溫度、光照強(qiáng)度、水分、二氧化碳濃度等相關(guān)指標(biāo)，都可以利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的在線傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的信號(hào)采集，又可以通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)施最佳參數(shù)的模擬控制。如苗床溫度過(guò)高超過(guò)33度時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出指令自動(dòng)開(kāi)啟微噴降溫系統(tǒng)，當(dāng)二氧化碳傳感器檢測(cè)到濃度低于最佳設(shè)定值時(shí)，會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟二氧化碳補(bǔ)充系統(tǒng)。也就是苗床環(huán)境所涉的各項(xiàng)參數(shù)都可按不同離體材料發(fā)育所需的最佳因子要求去模擬創(chuàng)造。利用這種動(dòng)態(tài)的模擬控制能為離體材料的發(fā)育提供了最適的環(huán)境條件，比在組培室內(nèi)的穩(wěn)定環(huán)境因子更為有利，培育的苗更能適應(yīng)多變的自然環(huán)境。
一葉一芽代替組培莖尖
用于植物種苗擴(kuò)繁的組培技術(shù)大多采用尖莖作為離體材料，這種材料具有細(xì)胞活性強(qiáng)脫分化容易的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在自養(yǎng)能力弱，需全賴人工培養(yǎng)基為其提供一切發(fā)育所需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)與碳源的缺點(diǎn)。而非試管快繁技術(shù)所采用離體材料可以是帶葉的莖或芽，這種帶芽的一葉一芽離體材料比莖尖有更強(qiáng)的環(huán)境抗逆性，能在開(kāi)放自然的環(huán)境下進(jìn)行自養(yǎng)發(fā)育。更重要的是所帶的葉片就是芽與莖繼續(xù)發(fā)育的最好天然培養(yǎng)基，葉片的光合作用啟動(dòng)能為芽、莖、切口的發(fā)育源源不斷地提供碳水化合物、內(nèi)源激素及其他生根促進(jìn)物，比莖尖培養(yǎng)具有更佳的生理適應(yīng)性。因?yàn)槿斯づ囵B(yǎng)基與天然自身產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)激素相比，自身產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)激素更利于離體材料發(fā)育，所以許多組培不能培育的植物，采用非試管快繁技術(shù)都能培育的原因所在。這種方法也同樣具備組培技術(shù)材料省繁殖系數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，具有更廣的生產(chǎn)實(shí)用性。
光合自養(yǎng)代替人工異養(yǎng)
據(jù)研究表明，植物體具有強(qiáng)大的自養(yǎng)能力，一株剛萌芽的小苗通過(guò)自養(yǎng)能變成一株參天大樹(shù)。同樣只有20mm2光合面積的微小離體組織材料也能在適宜環(huán)境下形成自養(yǎng)生長(zhǎng)的機(jī)制，這種適宜的環(huán)境在常規(guī)下是難以達(dá)到的，只有在高濃度二氧化碳情況下，再加上適宜的光照及其它光合相關(guān)的因子，這已被試驗(yàn)所證明。也就是說(shuō)微小的植物離體材料的發(fā)育成苗完全可以通過(guò)環(huán)境創(chuàng)造，通過(guò)自養(yǎng)來(lái)完成，不一定要在試管里憑藉人工培養(yǎng)基進(jìn)行異養(yǎng)代謝才可建立完整植株，植物非試管快繁技術(shù)就是以環(huán)控技術(shù)為中心，為離體材料模擬創(chuàng)造適合環(huán)境，讓其最大化地發(fā)揮自養(yǎng)代謝潛能，來(lái)完成植株或器官的發(fā)育。自養(yǎng)條件下比異養(yǎng)環(huán)境形成的植株或器官在自然環(huán)境下有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
二氧化碳代替組培碳源
要發(fā)揮離體材料自養(yǎng)能力最大化，其中高濃度二氧化碳的供給是關(guān)鍵，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)大多研究光自養(yǎng)微繁技術(shù)的單位也是采用強(qiáng)制供氣的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這種方法需在相對(duì)密閉的大容器或培養(yǎng)箱內(nèi)完成，而非試管快繁技術(shù)是在開(kāi)放的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)高濃度二氧化碳的供給，這就給施放二氧化碳?xì)鈳?lái)難度。但如果把二氧化碳經(jīng)高壓裝置轉(zhuǎn)化為碳酸水，再用碳酸水來(lái)給植物的離體材料進(jìn)行噴灑，這樣就可以有效地解決開(kāi)放環(huán)境與供氣的矛盾。植物非試管快繁技術(shù)就是利用這個(gè)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而植物離體材料一旦能從環(huán)境中獲取高濃度二氧化碳，其自養(yǎng)能力就會(huì)幾倍地得以提高，比如說(shuō)當(dāng)外環(huán)境二氧化碳濃度達(dá)1000-1500ppm時(shí)，光合效率就可提高3-5倍，這樣高的光合效率就足夠可供給離體材料發(fā)育對(duì)碳源的需求，這也是植物非試管快繁技術(shù)能在不加糖的條件下獲取碳源進(jìn)行發(fā)育的主要機(jī)理所在。碳源是一切基因表達(dá)所需的能量源，只有充足的碳源供給才能培育出健壯的克隆苗。而組培過(guò)程離體材料發(fā)育只能由人工培養(yǎng)基供給，這也就成為試管苗易污染病原菌的原因所在，加入的糖給菌的發(fā)育提供了充足的能量源。而非試管快繁技術(shù)用間接的二氧化碳光合產(chǎn)物來(lái)為材料提供發(fā)育所需的碳源，這是一種新的技術(shù)解決路徑，通過(guò)二氧化碳光合產(chǎn)生碳源就形成了不加糖也能為離體材料發(fā)育提供能量的技術(shù)體系，就是光自養(yǎng)微繁體系。
純氧補(bǔ)充代替通風(fēng)增氧
除了二氧化碳供給是快繁體系中最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)外，在氧氣缺乏的情況下，或基質(zhì)因水分過(guò)多的環(huán)境下，都會(huì)導(dǎo)至離體材料切口發(fā)育不良，成苗成活率降低的現(xiàn)象。從某種角度來(lái)說(shuō)二氧化碳與氧氣是同樣重要的，因?yàn)樗呛粑饔玫闹饕獏⒂枵?，離體了它，離體材料就會(huì)因缺氧而表現(xiàn)出切口腐爛，從而影響種苗的生根成活率。但是氧氣的補(bǔ)充與二氧化碳供給具有同樣的道理，難以在開(kāi)放環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。而采用高壓強(qiáng)制溶入方法后，飄移不定的氧氣就可變成富氧水，它在基質(zhì)上的澆施運(yùn)用，為離