微繁殖的目标是快速繁殖遗传优良、生理一致、发育正常、无病无毒的群体植株,植株能够在短时间和低成本的条件下驯化,能进行自动化的环境系统控制和更少的人工探作。然而,传统的植物组织培养技术,一直把培养基的配方作为研究的重点,包括培养基的类型、培养基组成成分的生化效应(糖、矿物质、植物生长素、维生素、氨基酸等)植物激素的种类、各种植物激素在培养基中的含量、细胞生长素和细胞分裂素之间的比例等。
事实上,除了培养基外,光照、温度、湿度、培养基质、二氧化碳浓度、植株的密度、培养容器中空气的流通速度等环境因素也都会极大地影响小植株的生长发育。植株和培养容器的内外环境之间是相互联系的,控制培养室的环境比控制温室或田野的环境容易得多,因为许多的环境参数,例如温度、光照,可以保持不变;光合作用、水分、营养、二氧化碳吸收和暗期的呼吸率都可以进行有效控制。但对培养容器内环境的研究远远落后于对温室环境的研究。
最近的研究表明物理环境因素对微繁殖植株的生长发育有着极大的影响,在过去20 年里,已有大量论文论述了环境对试管苗生长发育的影响。这些论文建议将微繁殖环境控制作为一项基本技术措施,以期望在较短的培养时间内得到成本低、质量好的植株。
现代的研究已经发现容器中的小植株有很强的光合能力,在无糖培养基中它们的生长发育能被显著促进。无糖培养比一般有糖培养的优势在于:植株生长发育快、生长整齐;植株很少有生理和形态的毛病,生物学的污染很少;在炼苗期间,小植株有很高的成活率;因为污染少,可以使用大型的培养容器;能够极大地提高植物的品质并降低生产成本。但是以上这些优势必须建立在环境控制的条件下才能得以实现。
对于光自养植物来说,促进光合作用是提高植株生长速度的主要途径。为了促进离体光合作用,必须要了解容器中的环境条件,如PPF(光合光子通量)和二氧化碳浓度水平的状况,并将其保持在最佳范围内以最大限度地提高植株的净光合速率。因此,对于成功的光自养微繁殖而言了解容器内外的环境是至关重要的,因为这是实施环境控制的基础。
在植物微繁殖的规模化生产中,对容器中环境因素的检测和控制及环境控制对植物的光合作用和光形态建成的影响显得特别重要。为了增强植株的光合作用和叶面的蒸发,以促进矿物质的吸收;为了给植株提供最佳的物理或化学的环境条件,特别是为了降低生产成本,微繁殖中的环境控制是十分重要的。环境控制的意义在于:
1促进植株的生长和发育,即增加植株的鲜重和干重、茎节数和叶面积。
2提高生根率。
3减少植株形态学和生理学的紊乱,如防止玻璃苗的产生。
4减少来自微生物的污染,如细菌、真菌、藻类等引起的植物的损失。
5提高植物生长和发育的一致性,减少外来生长调节物质的过度使用更快地促进过渡阶段植株健壮地生长和发育。
在植物无糖组织培养中,容器内外气体交换、二氧化碳的浓度、光照强度、培养基质的种类、培养基中植物生长调节剂的含量、容器内的湿度和温度等都在不同种类植物生长发育过程中扮演着重要的角色。它们是小植株生长的微环境,极大地影响着植株的光合速率以及植株的品质和培养周期,从而影响生产成本。例如,光包括光照强度、光质、光周期不仅仅是提供光合作用的能源,而且还会影响植株形态的建成。为了实现自动化和高质量的植物生产,必须了解容器内环境的特性并对其进行有效控制。
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