1 植物無糖組織培養(yǎng)技術(shù)的概念

植物無糖組織培養(yǎng)技術(shù)又稱為光自養(yǎng)微繁殖技術(shù)，是指在植物組織培養(yǎng)中改變碳源的種類，以CO2代替糖作為植物體的碳源，通過輸入CO2氣體作為碳源，并采用微環(huán)境控制技術(shù)控制影響組培苗生長發(fā)育的環(huán)境因子，提供適宜植株生長的溫度、濕度、光照、氣體、營養(yǎng)等條件，促進(jìn)植株光合作用，使組培苗由兼養(yǎng)型轉(zhuǎn)變?yōu)樽责B(yǎng)型，進(jìn)而生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種苗的一種新的植物微繁殖技術(shù)。植物無糖組織培養(yǎng)技術(shù)是環(huán)境控制技術(shù)和組織培養(yǎng)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，又稱為光自養(yǎng)微繁殖技術(shù)，該技術(shù)是由日本千葉大學(xué)的古在豐樹教授于1980年提出和發(fā)明的，目前已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，在許多國家和地區(qū)得到了推廣應(yīng)用。

2 植物無糖組織培養(yǎng)技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢

2.1 植物無糖組織培養(yǎng)技術(shù)的特點(diǎn)

2.1.1 CO2代替糖作為植物體的碳源

在傳統(tǒng)的植物組培快繁技術(shù)中，植株以糖（如蔗糖、白砂糖、果糖等）作為主要碳源進(jìn)行異養(yǎng)或兼養(yǎng)生長，糖被看作是植物組織培養(yǎng)中必不可少的物質(zhì)。而無糖組培快繁技術(shù)中則用CO2替代糖作為小植株生長的 一碳源，通過自然或強(qiáng)制性換氣系統(tǒng)供給小植株生長所需CO2，使其在人工光照下，吸收CO2進(jìn)行完全的自養(yǎng)生長，在一定程度上避免了微生物的污染。

2.1.2 培養(yǎng)容器的改變

在傳統(tǒng)的組織培養(yǎng)中，由于培養(yǎng)基中糖的存在，為了防止污染，一般使用或者說只能使用小的培養(yǎng)容器。而無糖培養(yǎng)在培養(yǎng)過程中不使用糖及各類有機(jī)物質(zhì)， 大地避免了污染的發(fā)生，使各類大型培養(yǎng)容器的使用成為可能，可以根據(jù)培養(yǎng)材料和生產(chǎn)規(guī)模的需要選用不同規(guī)格的培養(yǎng)容器，小至試管，大至培養(yǎng)室。

2.1.3 多孔的無機(jī)材料作為培養(yǎng)基質(zhì)

在傳統(tǒng)的組織培養(yǎng)中，通常使用瓊脂作為培養(yǎng)基質(zhì)，它的透氣性差，不利于水分、氣體和營養(yǎng)物質(zhì)的移動和吸收。無糖組織培養(yǎng)在基質(zhì)的選擇上相對廣泛，主要是一些多孔的無機(jī)基質(zhì)，如蛭石、纖維、珍珠巖、成型巖棉、石沙子等，這些基質(zhì)具有良好的透氣性，可以 大地提高小植株的生根率和生根質(zhì)量，而且與瓊脂相比，這些無機(jī)基質(zhì)價格相對低廉，節(jié)約了培養(yǎng)成本。

2.1.4 環(huán)境控制促進(jìn)植株的光合速率

在傳統(tǒng)的組織培養(yǎng)中，很少對植株生長的微環(huán)境進(jìn)行研究，研究的重點(diǎn)是放在培養(yǎng)基的配方以及激素的用量和有機(jī)物質(zhì)的添加上。而無糖組織培養(yǎng)技術(shù)是建立在對培養(yǎng)容器內(nèi)環(huán)境控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)容器中植株生長所需的 很佳環(huán)境條件（如光照強(qiáng)度、CO2濃度、環(huán)境濕度、溫度、培養(yǎng)基質(zhì)等）來對植株生長的微環(huán)境進(jìn)行控制， 很大限度地提高小植株的光合速率，促進(jìn)植株的生長。

2.2 植物無糖組織培養(yǎng)技術(shù)的優(yōu)勢

（1）通過人工控制動態(tài)調(diào)整優(yōu)化植物生長環(huán)境，為種苗繁殖生長提供 很佳的CO2 濃度、光照、濕度、溫度等環(huán)境條件，促進(jìn)了植株的生長發(fā)育，苗齊、苗壯；

（2）繼代與生根培養(yǎng)過程合二為一，培養(yǎng)周期縮短了 40%以上；

（3）大幅度減少了植物繁殖生產(chǎn)過程中的微生物污染率；

（4）消除了小植株生理和形態(tài)方面的紊亂，種苗質(zhì)量顯著提高；

（5）植株的生根率和成苗率顯著提高，特別是對于木本植物來說，無糖組織培養(yǎng)技術(shù)能顯著改善根的質(zhì)量，提高生根率，使得種苗馴化期間的成活率大幅度上升，并且使復(fù)雜的馴化過程得以簡化；

（6）節(jié)省投資，降低生產(chǎn)成本，與傳統(tǒng)的微繁殖技術(shù)相比，種苗生產(chǎn)綜合成本平均降低 30%。

（7）組培生產(chǎn)工藝的簡單化，流程縮短，技術(shù)和設(shè)備的集成度提高，降低了操作技術(shù)難度和勞動作業(yè)強(qiáng)度，更易于在規(guī)?；a(chǎn)上推廣應(yīng)用；

（8）培養(yǎng)不受培養(yǎng)容器的限制，可實(shí)現(xiàn)穴盤苗商業(yè)化生產(chǎn)，也可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模容器自動工廠化生產(chǎn)。

3 植物無糖組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用及存在的問題

3.1 植物無糖組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用

無糖組織培養(yǎng)技術(shù)由于具有降低污染率、適于大規(guī)模培養(yǎng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在許多植物中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.1.1 無糖組織培養(yǎng)技術(shù)在花卉研究中的應(yīng)用

自20世紀(jì)中期以來，組織培養(yǎng)技術(shù)在花卉組培快繁領(lǐng)域開始得到廣泛應(yīng)用，在開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的花卉新品種、培育脫毒花卉種苗等方面都起到了至關(guān)重要的作用。但與其它植物的組織培養(yǎng)一樣，培養(yǎng)過程中出現(xiàn)的褐化、污染、生根率低和移栽成活率低也是制約某些花卉組培發(fā)展的瓶頸。隨著無糖組培快繁技術(shù)的逐漸成熟和推廣，該技術(shù)在花卉組培快繁方面表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，如云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所科研人員對康乃馨、非洲菊、滿天星、等植物進(jìn)行了無糖組培技術(shù)研究。結(jié)果表明，組培苗污染率降低了50%，生根率提高了13.2%，葉片數(shù)增加69.6%，移栽成活率提高12.5%，組培苗培養(yǎng)成本降低20%左右。屈云慧等比較了傳統(tǒng)有糖培養(yǎng)和無糖培養(yǎng)條件下情人草組培苗的生根狀況，與傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法相比，無糖培養(yǎng)效果好，植株生根快、健壯且根系發(fā)達(dá)。

3.1.2 無糖組織培養(yǎng)技術(shù)在中草藥研究中的應(yīng)用

我國藥用植物資源豐富，人們對藥用植物的利用主要是以采挖和消耗大量的野生植物資源為代價，這必將導(dǎo)致某種中草藥資源匱乏甚至滅絕，而且生態(tài)環(huán)境的日益惡化，也加快了藥用植物資源日益減少。由于植物組織培養(yǎng)具有不受地區(qū)、季節(jié)與氣候限制，便于工廠化生產(chǎn)等優(yōu)勢，因此運(yùn)用組織培養(yǎng)技術(shù)快速繁殖藥用植物種苗，對于緩解藥用植物資源匱乏和不足具有重要的作用，如在石斛、薯蕷、丹參等中藥材的繁殖中都得到了廣泛的應(yīng)用。與其它植物一樣，培養(yǎng)過程中的污染、褐化、生根率和移栽成活率低也是該技術(shù)在中草藥研究中亟待解決的問題。而無糖組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用則有效地解決了上述問題。和世平以通過組織培養(yǎng)產(chǎn)生的半夏不定芽為材料，研究了微環(huán)境調(diào)控條件下，半夏無糖組培苗營養(yǎng)生長和光合生理對增施CO2的響應(yīng)，確定了半夏無糖組培苗進(jìn)行光合作用的 很適CO2濃度。占艷等對半夏無糖組培苗與有糖組培苗的根、葉顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，半夏無糖組培苗葉片具有發(fā)育較好、較厚的柵欄組織和海棉組織，細(xì)胞排列緊密有序，中脈發(fā)達(dá)，且葉表皮具有蠟質(zhì)層。

3.1.3 無糖組培快繁技術(shù)在其他發(fā)面的應(yīng)用

無糖組培快繁技術(shù)除在花卉和中草藥的研究中得到了應(yīng)用之外，在馬鈴薯、草莓、花椰菜等植物的組培快繁中也得到了相應(yīng)的應(yīng)用。

3.2 植物無糖組培技術(shù)在應(yīng)用中存在的問題

植物無糖組織培養(yǎng)技術(shù)雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但并不是完美的，在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題主要表現(xiàn)在:

（1）需要精細(xì)而復(fù)雜容器內(nèi)環(huán)境控制技術(shù)：這需要對植物的生理特性及與外界環(huán)境的互動關(guān)系、容器內(nèi)外的環(huán)境及物理調(diào)控有比較深入的了解；

（2）增加了環(huán)境調(diào)控費(fèi)用：主要是增加了光照強(qiáng)度和CO2供應(yīng)量；

（3）培養(yǎng)的植物材料受到限制：植物無糖組織培養(yǎng)需要高質(zhì)量的芽和莖、需要一定的葉面積；適用于繼代和生根培養(yǎng)而不適于莖尖培養(yǎng)；適于以莖斷方式增殖而不適于芽增殖的植物。

4 植物無糖組織培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展前景

現(xiàn)今無糖組織培養(yǎng)技術(shù)存在的主要問題是：前期投入較大，對設(shè)備的要求相對較高。另外，對于培養(yǎng)中的各個環(huán)境因子的作用機(jī)理的研究還不夠透徹，以及相互關(guān)聯(lián)的環(huán)境因子的 很佳比率還沒有一個明確的結(jié)論。隨著理論研究的不斷深入及相關(guān)配套設(shè)備的完善，無糖組織培養(yǎng)技術(shù)也必將成為今后組培生產(chǎn)的一種重要手段。無糖組織培養(yǎng)技術(shù)作為一種新型的培養(yǎng)方法，打破了傳統(tǒng)組織培養(yǎng)中植株依靠糖進(jìn)行異養(yǎng)生長的培養(yǎng)方式，克服了傳統(tǒng)組培中的一些缺點(diǎn)，解決了制約傳統(tǒng)組培快繁中的瓶頸問題。通過調(diào)整組培的微生態(tài)環(huán)境，如光照強(qiáng)度、CO2濃度、培養(yǎng)基質(zhì)等，在一定程度上降低了組培苗的污染率，縮短了培養(yǎng)周期，提高了生根率和移栽率。隨著無糖組培理論研究的不斷深入和相關(guān)設(shè)備的日益完善，該技術(shù)必將在更多的植物組培快繁中得到推廣和應(yīng)用，在植物工廠化、規(guī)模化生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。