LED光源在植物组织培养中的应用和常见问题

LED光源在植物组织培养中的应用

LED(light—emittingdiodes)，即发光二极管，是一种可以有效地把电能转变成电磁辐射的装置。LED具有体积小、重量轻、固态、寿命长、波长特殊、驱动电压较低、光效率高、能耗小、安全、可靠耐用、不容易色衰的优点，且红光LED光子具有较大的光通量。另外，LED具有较窄的波谱，波谱半宽范围从几纳米到几十纳米，在±20nm左右，波长正好与植物光合成和光形态形成的光谱范围相吻合。
LED光源在植物组织培养中的应用
  LED在植物组织培养中的应用是基于LED技术的发展和植物组织培养环境调控而发展起来的。目前，LED在植物组织培养中的应用主要集中在光质和光强对组培苗生长影响方面，而对光周期等研究较少。进入21世纪以来，中国一些科研机构也开始了这方面的研究，并自主开发了一些LED光源系统，用于植物组织培养研究工作。
      LED诞生之初，人们用660nm左右的红光LED作为主光源，荧光灯作为辅助光源进行研究，随着LED技术的不断发展，各种波段的LED纷纷被用于植物组织培养，主要有660nm左右红光，460nm左右蓝光，730nm左右远红光和白光。

     结合大量的对比实验，标准版的led特定光谱灯红蓝白光谱比例为3:1:1，在适宜植物生长的450nm和660nm波长处具有峰值，另外用白光作补充光源，满足了植物生长过程中对其他光的需求。
  LED是新型的高效节能光源，在植物组织培养中用LED作为光源，不仅能降低组织培养的成本，同时由于LED光质、光强可调、窄波段等特点，使得对植物光生理学的研究更加深入。未来LED在植物组织培养中的应用，应从照明装置严格把关，选择合适的LED，考虑性能和可靠性及植物照明的特殊使用条件；结合LED的特点，合理地利用LED，考虑LED额定工作条件，驱动电路的设计和电源的选用，结合环境调控的其它因素，如CO2施肥、温度调控等。另外要跟植物生长调节剂的使用结合起来，使得LED在植物组织培养中的应用研究更加深入和系统。

 如何提高组培苗的移栽成活率

试管苗本身的质量是决定移栽成活率的关键因素，因此培育壮苗是提高移栽成活率的主要措施之一。具体做法是在生根培养之前转入不含激素的MS培养基中进行壮苗培养后再转入生根培养基进行生根，或在生根培养基中加入一些植物生长延缓剂（如多效唑、B9等）来达到壮苗和生根的目的。
炼苗是组培过程中较为重要的一个环节，是一个较为复杂的技术体系，提高炼苗成活率是决定组培成败和降低组培成本的关键。试管苗一般在高湿（）、弱光（3000-4000Lux）、恒温（25℃）下培养，生长的植株有以下几个特点：
1、叶片无保护组织（角质层、蜡质、表皮毛等），加之细胞间隙大，气孔开张大，因此水分散失较快，易于萎蔫。
2、根无根毛或极少，并且有些从愈伤组织上发育的根与芽的疏导组织不相同，因此吸水能力较弱。
 而当炼苗移栽时，环境有了极大的改变：湿度降低、光照增强、温度升高、温差变大。具有以上特点的组培苗，在此环境下，叶片失水较严重，根系吸水能力不足，即吸水量小于蒸腾水量，从而造成植物萎蔫，炼苗失败。另一种情况是，空气温度上升要比基质温度上升快，而根系的吸水能力在一定范围内与温度是成正比的，当气温升高时，加之湿度较低，叶片蒸腾急速增加，此时基质温度上不去，根系吸水能力不够，造成蒸腾大于吸水的失衡状，从而萎蔫死亡。
    要想获得高的炼苗成活率，一方面需提高出瓶苗的质量，提高其抗逆性，生根前的壮苗、理想的生根配方和生根培养环境的调控是关键；另一方面就得有针对组培苗特点创造一个适宜的炼苗环境，保证空气湿度，平衡空气和基质的温度平衡关系并加强移栽后的管理：
1、光照：光照随苗的壮弱、喜光或喜阴而定，刚移栽后要有遮荫条件，根据苗的恢复和成活程度逐步增强光照。
2、温度：适宜的温度依植物种类而定，喜温植物以25ºC左右为宜，喜冷植物以18-20º为宜。温度过高，蒸腾作用加强，水分失衡，易造成死苗，而过低则幼苗生长迟缓，或不易成活。因此试管苗移栽的温室zui好配备有控温设备，以保持试管苗移栽后温度不要变化太大。
3、水分：保持水分平衡和控制好湿度是试管苗移栽管理技术的核心。空气温度低，则试管苗容易萎焉，而基质水分又不宜太多，基质水分过多，不仅透气不良，影响生根，而且容易导致烂苗致死。因此在保证空气湿度足够大的同时，尽量确保移栽基质良好的透气状况。可采用微喷技术控制空气湿度或采用塑料小拱棚的办法来提高空气湿度，使试管苗叶面的蒸腾减少，使小苗始终保持挺拔的姿态，从而提高成活率。

什么是植物组培苗？
植物组织培养（plant tissue culture，简称植物组培）是指在无菌条件下，将离体的植物器官（根、茎、叶、花、果、种子等）、组织（形成层、花药组织、胚乳、茎尖分生组织等）、细胞（体细胞、生殖细胞）以及原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适当的培养条件，使其长出细胞或长成完整植株的过程。由于培养材料是脱离植物母体的培养物，所以也叫植物离体培养（plant in vitro culture）。为了突出强调该方法繁殖速度快的特点，也有时叫做植物组培快速繁殖（简称组培快繁）技术，也有称之为微繁殖（micro-propagation）技术。植物组织培养在农业中主要应用于苗木快速繁殖、脱毒苗木培养、新品种培育、珍惜种质资源保存等方面。例如在蝴蝶兰、大花蕙兰、马铃薯、草莓、蓝莓、香蕉等育苗方面组培技术已经成为主要手段。

植物组织培养技术给植物繁殖生产带来了革命性变化。该技术让无性繁殖苗木能像在工厂内一样进行生产，因此人们形象地称这种育苗技术为组培工厂化育苗技术。人们通常将组织培养繁殖出来的瓶苗（试管苗）或进入田间驯化后的苗称为组培苗。

植物病毒病带来的危害有多严重？
我们知道，以无性繁殖方法（扦插、压条、分株、嫁接等）进行苗木繁殖的作物，通过携带病毒的繁殖材料（枝、芽、块茎、根等）将病毒传给新的植株个体，并继续产生危害。通过无性方法繁殖的果树等园艺作物经常受到病毒病危害，如产量下降、品质降低、抗性减弱等。据国外报道，1981年在美国密歇根州大约有145000株（4000ha）蓝莓感染鞋带病毒，受害植株产量损失高达25%，造成经济损失超过300万美元。据调查受潜隐病毒侵染后苹果树生长量一般比无病毒树减少10%~30%，减产16%~60%，而且果实品质变劣，光洁度差，不耐贮藏。葡萄受扇叶病毒或卷叶病毒侵染后，一般减产25%~30%，果实糖度降低6度左右。克服病毒病对果树危害的有效途径是栽培脱毒苗木。

如何获得脱毒苗木？
科学家研究发现，病毒在植物体内的分布是不均匀的。在受病毒侵染的植物体内，顶端分生组织一般不携带病毒，或者病毒的浓度很低。因此通过茎尖培养就有可能获得无病毒苗木。后来又相继研究发展了其它脱毒方法。比较常用的植物脱毒方法有两种：

热处理方法
其原理是在高于正常温度下，植物组织中的很多病毒可以被部分或全部钝化（使病毒的分裂与生长受到抑制），但不伤害或很少伤害寄主植物组织。该方法早于茎尖培养方法。热处理可以通过热水（对休眠芽效果较好）或热空气（对活跃生长的茎尖效果较好）进行。热空气处理方法比较简单，即把旺盛生长的植株转入人工气候箱（35~40℃）中处理几天至几周。如香石竹植株在38℃下连续处理2个月，可消除茎尖内的病毒。但并不是的病毒都可以通过热处理方法去除。而且热处理时间长也会降低植株的存活率。

茎尖培养法
很多不能由单独的热处理方法去除的病毒，可以通过茎尖培养的方法来脱除病毒。通过茎尖培养与热处理相结合的方法脱除病毒的效率更高。目前茎尖培养已经成为脱除病毒的常用技术。茎尖培养的一般方法是：在解剖镜下剥离出茎尖，用解剖刀切取0.2~0.8 mm、带有2个叶原基的茎尖，接种到固体培养基上，直至获得再生植株。切取的茎尖越大越容易操作，且成活率越高，但越不容易达到脱毒的目的。例如菊花茎尖0.5~0.6mm的成活率37%，脱毒率；茎尖＞0.7mm的成活率59%，0.7~1.0mm的脱毒率为64%。

超低温脱毒法
是近年来建立的一种新的脱毒技术。与传统的脱毒方法相比较，茎尖超低温脱毒具有脱毒率高（例如李痘病毒超低温脱毒率为，而茎尖培养脱毒率为10%）、脱毒苗生产周期短等优点。该技术已经在8种植物（李、葡萄、草莓、香蕉、树莓、柑橘、马铃薯、甘薯）上获得成功。超低温脱毒技术原理是利用液态氮超低温（-196℃）对植物细胞的选择性杀伤，获得存活的顶端分生组织。然后将存活的顶端分生组织诱导培养出植株。超低温处理的方法有：玻璃化法，包埋-干燥法，包埋-玻璃化法，小滴玻璃化法，小滴法。但超低温脱毒法也存在不同品种间需分别建立超低温脱毒体系、茎尖存活率低等技术难点。
此外，通过愈伤组织组培、花药组培等也可以获得脱毒苗。
当然，有些植物通过种子繁殖完全可以获得无病毒植株。但这对以无性方式繁殖生产的作物是不可取的。

通过脱毒处理后植株是不是都脱毒了？
一般并不是的被处理植株都可以脱除病毒。必须要对每一个由茎尖（或愈伤组织诱导）培养产生的植株进行特定病毒（例如葡萄病毒病及疑似病毒病约有40多种，6种危害普遍）的检测，以确定是否脱除了某种特定的病毒。在茎尖培养产生的植株中，很多病毒具有一个延迟的复苏期。在前18个月需要进行3~4次重复检测，当zui终检测某种病毒不存在时，才能作为脱除某种病毒的脱毒苗。需要注意，在繁殖的各个阶段，脱毒苗也会被重新感染而带毒。因此在繁殖推广的各个阶段，都要对脱毒苗做多次检测，以确定苗木是否带毒。