红掌组培苗工厂化生产技术及降低成本措施

摘要:简述了组培育苗工厂化生产的技术流程,包括初代培养、继代培养、生根培养及瓶苗移栽等,并对组培育苗工厂化生产成本的降低措施进行了探讨。

关键词:组培;工厂化;生产成本

中图分类号:S682文献标识码:A DOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.01.039

Commercial Production Technology of Tissue-culture Seedling in Anthrium andraeanum and Steps of Reducing the Cost

WU Guo-zhi, WANG Yong, YANG Yuan, ZOU Meng

(Tianjin Flower Garden, Tianjin 300112, China )

Abstract:The technology of commercial processing of tissue-culture seedling was summarized, including the primary culture, successive transfer culture, rooting culture and seedling transplant and so on. The steps of reducing the cost were also discussed.

Key words:tissue culture; commercial processing; cost

自20世纪60年代以来,植物组织培养已经从实验室研究阶段一跃成为大规模工厂化生产的方法,在植物快速繁殖和种质保存等方面做出了巨大贡献。

组培苗工厂化生产既是一门专业技术,又是一门以效益求发展的企业管理科学,在生产中无时无刻不与生产成本和效益挂钩。目前,组培育苗面临两大主要问题:(1)技术问题。由于组培育苗生产程序复杂,在组培育苗生产中常遇见污染、外植体接种困难、瓶苗分化生长不良、生根困难、炼苗移栽死亡率高、瓶苗玻璃化等诸多技术难题,使得组培育苗需要较高的技术条件;(2)成本问题。由于组培育苗生产中所需设备、技术的投入较大,组培育苗工艺复杂,使得组培育苗的风险率大,生产成本高。上述两种原因是当前限制组培育苗进一步在生产中广泛应用的主要因素[1]。因此,提高组培苗生产技术及降低成本,对组培工厂化生产的经济效益和确定该技术有无推广价值有重要意义。

1组培苗生产技术

1.1组培育苗的原理

植物组织经过脱分化作用,形成愈伤组织,经过再分化作用,愈伤组织又能重新分化为有结构的组织和器官,最终形成完整的植株。

1.2组培育苗所用仪器设备

1.2.1室内仪器培养室:高压灭菌锅、水浴锅、解剖刀、三角烧瓶(100 mL)、烧杯、量筒、培养皿、棉线、接种箱或超净工作台、分析天平、长镊子、剪刀、容量瓶、移液管、牛皮纸。

1.2.2室外设备育苗温室:水帘及通风设备、金属移动苗床、纯净水设备、采暖系统、电气系统等基本设施。

1.3组培育苗的技术流程

1.3.1培养基的配置培养基是花卉植物组织培养中十分重要的基质,目前应用的有好多种,但其成分大体相同,主要成分是水、蔗糖和琼脂、其他还有大量元素、微量元素、维生素、生长调节物质等。制作培养基的过程为:混合培养基中的各成分、溶化琼脂、分装。

1.3.2培养基灭菌将配好的培养基加入琼脂加热溶解,调至 pH5.8,趁热分装于事先准备好的培养容器中,每瓶约 20 mL。待培养基冷却凝固后,用一层称量纸和一层牛皮纸包扎瓶(管)口,并用棉线扎牢,然后在高压灭菌锅中 120 ℃下灭菌 20 min。取出三角烧瓶放在台子上,冷却后备用。接种操作所需的一切用具(如长镊子、解剖刀、剪刀等)及灭菌水,需同时灭菌。

1.3.3诱导产生愈伤组织外植体的选择与灭菌是植物组培快繁中的重要环节,它由原培养材料、灭菌剂、灭菌方法等因素决定,寻找快速、高效的灭菌方法,减少污染瓶的丢弃,对于降低成本具有重要的意义。

(1)取健壮的植株茎数段,每段约2 cm长,于烧杯中用 0.1%氯化汞(升汞)浸泡15 min,取出用无菌水洗 3～4次,接入诱导培养基上。

(2)将已接入植物组织(外植体)的三角烧瓶,培养在 25 ℃温室中,每星期检查 l～2次,剔除材料已被杂菌污染的三角烧瓶, 3～4 周后产生愈伤组织。

(3)选取愈伤组织生长良好的三角烧瓶,用解剖刀将愈伤组织切下,转移到继代培养基上,每瓶放 1～ 2块,仍培养在 25 ℃温室中,每周1～2次观察不同处理的三角烧瓶中愈伤组织分化情况,直至长出根和芽。

1.3.4组培苗的继代与生根当试管苗在瓶内长满并长到瓶塞,或培养基利用完成时就要转接,进行继代。能否保持试管苗的继代培养,是能否得到大量试管苗和能否用于生产的重要问题。

组培苗离体繁殖产生大量的芽、嫩梢,需进一步诱导生根,才能得到完整的植株。将组培苗接入生根培养基上,并调节pH值和植物生长延缓剂,控制室内的温湿度和光照,有利于培养出有较发达根系的健壮组培苗,可显著提高移栽后的成活率。

在某些植物组织培养过程中,常会出现大量的玻璃化苗,这种苗常常表现为全株半透明,茎叶变肥肿胀,发脆,颜色水渍状翠绿色,生长停止,无法生根。采取的控制和防止措施有:(1)加强培养基中激素含量,尤其是BA的浓度;(2)改用透气孔的封口膜,降低瓶内湿度;(3)加强光照强度,降低培养室温度;(4)适当提高培养基中琼脂的含量。

1.3.5组培苗的炼苗种苗从瓶苗到商品苗,必须经历一段炼苗时期。对苗而言,小环境急剧变化,在炼苗时管理稍有不慎,便会造成大量死亡,不同植物炼苗难度有所不同,尤以夏季高温季节难度最大。但是只要掌握其生长规律,精细管理,还是能保证成活率达到90%以上[2]。主要技术有:(1)选用适宜的炼苗基质。根据植物的习性,对喜湿植物选用吸水性强、保湿的基质;对喜干的植物则应用吸水性弱、渗水效果好的基质。与温室和大田生长的植株不同,如果突然从瓶中移到土壤让其过自养生活,往往由于变化太剧烈而造成损伤甚至死亡。因此,组培苗在进行移栽之前最好要有生根炼苗的工序。

(2)瓶苗栽种后必须遮荫,对喜阴植物重遮荫,减少阳光灼伤,对喜阳植物则可在白天有直射阳光时遮荫。在栽种两星期后则可去除遮荫。

(3)叶面保湿,在夏季高温季节采用叶面喷雾,保证叶子不枯萎而基质不会太湿。

(4)定期喷施叶面肥,促进生长和复壮。

1.3.6组培苗的移栽移栽时取出小苗放在清水中冲洗干净培养基,用0.1%高锰酸钾溶液进行小苗的表面消毒后,移到装有合适基质的营养杯上。移植前先淋透水再用0.3%高锰酸钾消毒。移栽以后更要加强对其环境条件的控制。影响组培苗成活率的主要因子有温度、湿度、光照、氧气、微生物等。

控制温室内温湿度及光照强度;及时进行通风排水工作,当基质含水量过多时,可通过加强光照促进叶面蒸腾和加强通风等方法解决;当湿度过大滋生病菌时,立即用800～1 000倍的百菌清、多菌灵、甲基托布津等喷淋,每7～10 d喷1次[3]。加强组培苗移栽后的管理可大大减少死苗,从而提高组培苗的成活率。

2组培苗工厂化生产成本降低措施

自2001年以来,天津花圃开始从事植物组培苗的科研生产研究,在长期的生产实践中,形成和总结了一系列降低组培苗生产成本的有效策略。在这里我们结合自身生产实践,参考同行的研究结果和经验总结,从以下不同方面对组培苗工厂化生产成本降低策略进行综合分析和探讨。

2.1培养瓶的替换

一般实验室里进行组织培养都是用玻璃三角瓶,其优点是透光性好,非常适合于科学研究。但其价格昂贵、易碎、培养容积小,且不利于大批量手工操作,在大批量的生产中就会相应地增加生产成本。现在多用玻璃瓶或塑料瓶替代玻璃三角瓶进行大规模生产,我们在红掌工厂化生产中所使用的玻璃瓶不仅价格是三角玻璃瓶的1/10,相对接种面积较三角瓶大,而且便于洗涤和接种工人大批量操作,有效地降低了成本,极大地提高了生产效率。有研究表明,用玻璃瓶替换成三角瓶对苗高和增殖系数均无显著影响,生长状况良好,玻璃瓶在生产中应用是完全可行的,而且可以节省60%的容器成本。

2.2培养基的简化

对年产100万红掌苗的生产成本进行详细核算,结果显示,培养基成本约占室内生产成本的8%,其中,大量元素、肌醇、激素、琼脂、糖在整个培养基成本中占相当大的比例,分别达到16%、6%、3%、59%和14%。因此,可以通过改变或降低这些培养基成分来降低生产成本。我们的实践经验表明,用白砂糖代替分析纯蔗糖、用自来水代替蒸馏水、在温度低的季节用卡那胶代替琼脂使用可以有效地降低生产成本,且不影响植物正常生长。在大量元素成本降低上,可以考虑用1/2MS或1/3MS培养基代替MS培养基进行培养。在琼脂成本降低上,可以考虑采用液体浅层培养或半固体培养的方法。对于有些植物,在不影响组培苗的生长情况下,可以通过降低培养基中有机物的含量或激素含量来降低成本[4]。

2.3培养条件的改变

在组培工厂化生产中,电费约占整个生产成本的35%,而其中培养阶段所消耗电费占绝大部分,达70%以上。通常情况下,为了提供植物适宜的光、温条件,一年四季都得开日光灯和空调,这极大地提高了生产成本。因此,需要采取有效措施降低组培苗培养阶段的成本。为了降低能源成本,现在越来越多的科研生产单位,利用自然光替代人工辅助光照,设计类型多样的自然光照培养室,有效利用自然光进行组培苗的培育。有研究显示,用自然光代替人工辅助光照,同时光强度控制在1 500～4 000 lx之间,并注意光照强度大于5 000 lx的地方的遮荫,将培养室的温度控制在23～25 ℃之间,将使组织培养这项新技术在生产之中的成本大大降低。

2.4污染率的降低

微生物污染是影响组培苗工厂化生产效率和效益的关键因素之一,可以发生在工厂化生产的各个环节。我们对年产100万红掌组培苗的生产成本核算结果显示,污染率从5%提高到10%,室内生产成本约提高11%,整个生产成本约提高6%。因此,针对不同环节污染来源,采取切实可行的防止或减少污染的方法,对降低组培苗生产成本,提高生产效益具有重要的意义。为了避免或减少污染应做好几方面工作,首先建立有效日常监察管理机制,要求工作人员注意个人卫生,勤洗换工作服,并且严格按操作规程操作。平时采取轮流值日的办法,负责完成每天接种工作结束后的卫生。接种室每天开紫外灯或臭氧发生器消毒2 h,接种用的纸、碟、工具经消毒后应3 d内用完,否则需重新消毒才能使用。培养基消毒后最好能存放3 d无污染方可使用。在高温高湿季节要注意无菌室的除湿和薰蒸消毒,必要时可用70%酒精溶液喷雾消毒。一旦发现材料污染应及时清出,并搬到远离生产车间的地方进行妥善处理,污染的瓶子要用药液消毒并清洗干净,必要时经高压灭菌后方可用。

另外,为了降低或免除培养基中因糖而产生的污染,有研究表明利用含糖的小容器培养方法,将培养基中的糖去掉,可大幅度减少植株的污染率,降低了生产成本,通过环境控制技术,为植物的生长发育提供最佳的温、湿、光和二氧化碳等环境条件,促进植株的生长发育,使幼苗生长良好。

2.5繁殖系数的提高

种苗中心组培室对年产100万株红掌瓶苗进行成本核算的结果显示,繁殖系数对试管苗的室内直接生产成本也有一定影响。当繁殖系数由2分别增加到3、4、5和6时,室内直接生产成本将分别下降14.86%、19.30%、21.51%和22.84%。因此,在试管苗生产允许变异范围内,我们可以通过调节试管苗繁殖系数来降低生产成本。

2.6试管苗瓶外生根

常规组培过程一般分为:无菌培养物的建立、增殖继代、试管苗生根和炼苗移栽。组培苗的生产成本也贯穿在这些生产过程中。诱导试管苗生根过程的费用占总费用的35%～75%。因此,降低试管苗生根成本对组培苗工厂化生产经济效益的提高极其重要。除了前面谈到的通过培养基的简化和改变培养条件来降低试管苗生根成本外,研究者通过不同方法将试管苗生根过程搬到试管外进行,这极大地降低了生产成本。试管苗瓶外生根的方法有:基质繁(常用基质为珍珠岩、蛭石等)、滤纸桥生根技术、气繁、非试管快繁生根技术等。试管外生根与试管内生根相比,不仅直接成本上相对较低,而且生根苗木抗逆性强、移栽成活率高,是一种值得借鉴和推广的有效降低成本的方法。

3小结

组培苗工厂化生产既是一门专业技术,又是一门综合企业管理科学,因此,优质、高产、低耗、高效的科学管理必须贯彻于整个生产过程。通过有效的规章制度和科学的管理来管理人力、物力、财力,使之达到最优化配比组合,发挥最大作用、获得最佳的利润。根据我们长期的生产实践经验总结,可以从以下几个方面进行有效的生产管理:首先,建立各种合理的规章制度,通过建立岗位责任制实现层层把关,充分调动各方面的积极性;其次,以无菌操作与其相应的关键技术管理措施为中心,做好组培苗生产的日常管理,抓好室内生产的每一个环节,将污染率控制在最小范围内;再次,要合理安排生产,减少人力、物力、财力的浪费,通过采取计件、岗位责任制、承包生产等不同形式激励员工提高生产效率,创造更大的效益。

除了上面谈到的一些有效降低组培苗工厂化生产成本的措施外,还可以通过培养周期的调节、带菌苗的有效处理等等途径来降低生产成本。另外值得一提的是,为了彻底改变传统组织培养的运作方式,最大程度地降低组培苗生产成本,可以建立开放式组织培养模式,是在抗生素的作用下,使植物组织培养脱离严格无菌的操作环境,不需高压灭菌和超净工作台,利用塑料杯代替组培瓶,从根本上简化组培环节,降低组培成本。因此,针对组培苗工厂化生产既是一门专业技术,又是一门综合企业管理科学,我们需要从各个方面有效地降低其生产成本,以获得最大的经济利益。

参考文献:

[1] 尹淑莲,林艳,郭伟珍.我国植物组培育苗发展概况[J].河北林业科技,2004(6):34.

[2] 撒钰.组培育苗工厂化生产的主要技术[J].云南农业,2003(1):9.

[3] 曾少玲,方良,全吉文,等.桉树的组培工厂化生产[J].桉树科技,2003,33(1):38-40.

[4] 徐志刚,丁为民,丁永前,等.规模化组培育苗设施环境与控制的研究进展[J].农业机械学报,2002,33(1):106-110.

[5] 曹孜义,刘国民.实用植物组织培养技术教程[M].甘肃:甘肃科学技术出版社,1996.

[6] 颜昌敬.植物组织培养手册[M].上海:上海科学技术出版社,1990.

[7] 谭文澄.观赏植物组织培养技术[M].北京:中国林业出版社,1991.

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