電場(chǎng)技術(shù)在植物非試管快繁技術(shù)中的運(yùn)用
發(fā)布者：徐偉忠，陳銀華，曹鵬飛 發(fā)布日期：2006-04-13 點(diǎn)擊次數(shù)：1193498
文摘:
本文針對(duì)傳統(tǒng)組培育苗技術(shù)存在的弊端與不足，提出了一種新型開放式的植物光自養(yǎng)微繁技術(shù)---植物非試管快繁，并就開放條件下無(wú)菌環(huán)境的創(chuàng)造及光自養(yǎng)潛能的激發(fā)提出了新的技術(shù)路徑---空間電場(chǎng)技術(shù)，通過綜合分析了空間電場(chǎng)對(duì)離體材料發(fā)育所起的生物效應(yīng)，形成了在生產(chǎn)中具體運(yùn)用的相關(guān)措施，最后指出了尚需深入研究的技術(shù)課題及廣闊發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞:
植物非試管快繁；組培育苗；離體材料；空間電場(chǎng)；光自養(yǎng)；酶；內(nèi)源激素；根原基
引言:
植物非試管快繁技術(shù)是近年我國(guó)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)全新育苗技術(shù)，是對(duì)于原來(lái)試管內(nèi)組培技術(shù)的一種提升與發(fā)展，也是無(wú)糖組培的放大與提高。傳統(tǒng)組培技術(shù)由于在營(yíng)養(yǎng)液的基質(zhì)配方中加入了糖等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這就會(huì)給培養(yǎng)過程帶來(lái)操作上的繁瑣，也就是在接種離體材料時(shí)需創(chuàng)造絕對(duì)無(wú)菌的環(huán)境，還要求組培容器與外界空氣環(huán)境的嚴(yán)密隔絕，否則一旦器具或空氣中的細(xì)菌真菌進(jìn)入組培試管內(nèi)，就會(huì)依賴培養(yǎng)基中的糖與蛋白質(zhì)等有機(jī)物為代謝能量而大量滋生繁殖，從而造成離體材料感染而導(dǎo)致組培的失敗。所以對(duì)于無(wú)菌操作這環(huán)節(jié)已成為組織培養(yǎng)技術(shù)操作上的關(guān)鍵，從而也大大增大了培養(yǎng)的投資。隨著人們研究及生產(chǎn)運(yùn)用的不斷深入，發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)基中不加糖，除卻細(xì)菌及真菌滋生的條件，可以讓組培的環(huán)境要求及操作環(huán)節(jié)更加簡(jiǎn)化，也更利于生產(chǎn)運(yùn)用與推廣。這就是無(wú)糖組培嘗試與運(yùn)用的開始，它在基質(zhì)中去糖后，再利用二氧化碳供給以彌補(bǔ)碳源的不足，同樣可以取得很好的培育效果，但在操作過程中還是離不開組培的各種器具及嚴(yán)格的人工環(huán)境，針對(duì)這些技術(shù)問題，一種新型的育苗技術(shù)在日本千葉大學(xué)產(chǎn)生了，命名為光自養(yǎng)微繁技術(shù)，它把容器再進(jìn)一步放大，一個(gè)個(gè)敞開如浴缸一樣的大容器代替了組培的小試管，這種改變大大優(yōu)化了離體材料的光合自養(yǎng)條件，如透氣通風(fēng)性、見光度都有了很大改善，使離體材料發(fā)育過程中的光合作用、呼吸代謝營(yíng)養(yǎng)吸收、蒸騰作用等更為正常完善，不會(huì)像組培苗那樣，出現(xiàn)很多皮孔氣孔缺失、維管斷裂、玻璃化等纖弱少根的劣質(zhì)苗現(xiàn)象。在開放且光照充足的高濃度二氧化碳環(huán)境下培育的苗更接近自然，它的自養(yǎng)同化能力很容易在培養(yǎng)過程中良好建立，這樣就減免了傳統(tǒng)組培需嚴(yán)格煉苗的環(huán)節(jié)，一株發(fā)育好的種苗只需稍作煉苗培育就有較高的移栽成活率。
上述這兩種育苗技術(shù)如日本千葉大學(xué)開發(fā)的光自養(yǎng)及無(wú)糖組培在技術(shù)上有了很大的改進(jìn)，但在操作上及投資上還是較高，生產(chǎn)的實(shí)用性還是比較欠缺，而且在無(wú)菌的控制上還是有較高的要求。針對(duì)這問題，我們?cè)谇叭嘶A(chǔ)上，開發(fā)了適于我國(guó)當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的實(shí)用型植物非試管快繁技術(shù)，它在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)較大的創(chuàng)新與改進(jìn)，使它在生產(chǎn)上能真正發(fā)揮作用。在殺菌方式上有了很大的發(fā)展與提高，從傳統(tǒng)化學(xué)殺菌改為電場(chǎng)物理殺菌，從密閉環(huán)境殺菌改為開放的空間殺菌，從小范圍殺菌改為大環(huán)境大空間殺菌，從組培的兼養(yǎng)改為光合效率最大化的全自養(yǎng)，從依賴于糖培養(yǎng)改為利用空氣中CO2碳源的同化培養(yǎng)[1]，從單純的依賴組培配方發(fā)育改為綜合利用物理電場(chǎng)與計(jì)算機(jī)控制以激發(fā)離體材料自身最大生理潛能的自養(yǎng)發(fā)育。這些殺菌及碳同化及酶激活等技術(shù)發(fā)展與改進(jìn)，為種苗的快繁解決了污染及碳源供給的最重要問題，使該項(xiàng)技術(shù)在上的生產(chǎn)運(yùn)用有了著實(shí)的保障。現(xiàn)就電場(chǎng)技術(shù)在植物快繁過程中的殺菌機(jī)理及生理效應(yīng)在生產(chǎn)上運(yùn)用作些簡(jiǎn)要的綜述。
一、電場(chǎng)殺菌與代謝促進(jìn)機(jī)理
地球上所有植物都是在地球空間電場(chǎng)作用的環(huán)境下進(jìn)化與演變，一切生物都離不開地球電場(chǎng)的作用。植物也然，如采用電場(chǎng)屏蔽技術(shù)，在生長(zhǎng)植物的上方施加一個(gè)屏蔽網(wǎng)，會(huì)大大影響植物的光合作用，這已被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。究其原因在于，其實(shí)植物光合作用的過程就是一個(gè)光電反應(yīng)的過程，在這個(gè)過程中施加電場(chǎng)可以直接影響與作用于光合生理，它通過影響電子的位移與躍遷來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這個(gè)機(jī)理，人們已開發(fā)成功用于調(diào)控光合作用的光合控制裝置，也就是植物電場(chǎng)發(fā)生器，通過給植物生長(zhǎng)空間施加人為電場(chǎng)，可以使設(shè)施栽培環(huán)境下的瓜果蔬菜產(chǎn)量得以大幅度的提高，品質(zhì)得以改善，如黃瓜的產(chǎn)量可以提高20-30%，霜霉病及白粉病可以得到有效的控制。
這些電場(chǎng)效應(yīng)的產(chǎn)生主要在于生物的任何生理代謝過程，都是一個(gè)電生理的過程[2]，包括光合作用、呼吸作用、酶促反應(yīng)、離子吸收、膜的滲透等，而且都是在有一定電位差存在的情況下才能完成各種代謝。不管是生長(zhǎng)發(fā)育、營(yíng)養(yǎng)間的源庫(kù)關(guān)系調(diào)配、還是根系對(duì)外界離子的吸收，信息的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，本質(zhì)上都是細(xì)胞或物質(zhì)間電子獲得與失去的過程。外加電場(chǎng)自然影響到植物組成的各種不同組織細(xì)胞及物質(zhì)間電位變化，從而達(dá)到影響植物生理代謝與生長(zhǎng)發(fā)育，這就是電場(chǎng)產(chǎn)生物效應(yīng)的電生理學(xué)基礎(chǔ)，也是用于快繁促進(jìn)生根發(fā)育的生理基礎(chǔ)。現(xiàn)就與植物快繁過程相關(guān)的抑菌殺菌效應(yīng)及促進(jìn)植物離體材料發(fā)育的生理效應(yīng)進(jìn)行分析，并闡明它的運(yùn)用原理。
1、空間電場(chǎng)的殺菌機(jī)理。
在開放的植物非試管快繁苗床中，雖然采用了珍珠巖基質(zhì)可以有效地抑制菌類的滋生，但開放環(huán)境常
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