LED光源在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用

LED(light—emittingdiodes)，即發(fā)光二極管，是一種可以有效地把電能轉(zhuǎn)變成電磁輻射的裝置。LED具有體積小、重量輕、固態(tài)、壽命長、波長特殊、驅(qū)動電壓較低、光效率高、能耗小、安全、可靠耐用、不容易色衰的優(yōu)點(diǎn)，且紅光LED光子具有較大的光通量。另外，LED具有較窄的波譜，波譜半寬范圍從幾納米到幾十納米，在±20nm左右，波長正好與植物光合成和光形態(tài)形成的光譜范圍相吻合。
LED光源在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用
  LED在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用是基于LED技術(shù)的發(fā)展和植物組織培養(yǎng)環(huán)境調(diào)控而發(fā)展起來的。目前，LED在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用主要集中在光質(zhì)和光強(qiáng)對組培苗生長影響方面，而對光周期等研究較少。進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國一些科研機(jī)構(gòu)也開始了這方面的研究，并自主開發(fā)了一些LED光源系統(tǒng)，用于植物組織培養(yǎng)研究工作。
      LED誕生之初，人們用660nm左右的紅光LED作為主光源，熒光燈作為輔助光源進(jìn)行研究，隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，各種波段的LED紛紛被用于植物組織培養(yǎng)，主要有660nm左右紅光，460nm左右藍(lán)光，730nm左右遠(yuǎn)紅光和白光。

     結(jié)合大量的對比實驗，標(biāo)準(zhǔn)版的led特定光譜燈紅藍(lán)白光譜比例為3:1:1，在適宜植物生長的450nm和660nm波長處具有峰值，另外用白光作補(bǔ)充光源，滿足了植物生長過程中對其他光的需求。
  LED是新型的高效節(jié)能光源，在植物組織培養(yǎng)中用LED作為光源，不僅能降低組織培養(yǎng)的成本，同時由于LED光質(zhì)、光強(qiáng)可調(diào)、窄波段等特點(diǎn)，使得對植物光生理學(xué)的研究更加深入。未來LED在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用，應(yīng)從照明裝置嚴(yán)格把關(guān)，選擇合適的LED，考慮性能和可靠性及植物照明的特殊使用條件；結(jié)合LED的特點(diǎn)，合理地利用LED，考慮LED額定工作條件，驅(qū)動電路的設(shè)計和電源的選用，結(jié)合環(huán)境調(diào)控的其它因素，如CO2施肥、溫度調(diào)控等。另外要跟植物生長調(diào)節(jié)劑的使用結(jié)合起來，使得LED在植物組織培養(yǎng)中的應(yīng)用研究更加深入和系統(tǒng)。

 如何提高組培苗的移栽成活率

試管苗本身的質(zhì)量是決定移栽成活率的關(guān)鍵因素，因此培育壯苗是提高移栽成活率的主要措施之一。具體做法是在生根培養(yǎng)之前轉(zhuǎn)入不含激素的MS培養(yǎng)基中進(jìn)行壯苗培養(yǎng)后再轉(zhuǎn)入生根培養(yǎng)基進(jìn)行生根，或在生根培養(yǎng)基中加入一些植物生長延緩劑（如多效唑、B9等）來達(dá)到壯苗和生根的目的。
煉苗是組培過程中較為重要的一個環(huán)節(jié)，是一個較為復(fù)雜的技術(shù)體系，提高煉苗成活率是決定組培成敗和降低組培成本的關(guān)鍵。試管苗一般在高濕（）、弱光（3000-4000Lux）、恒溫（25℃）下培養(yǎng)，生長的植株有以下幾個特點(diǎn)：
1、葉片無保護(hù)組織（角質(zhì)層、蠟質(zhì)、表皮毛等），加之細(xì)胞間隙大，氣孔開張大，因此水分散失較快，易于萎蔫。
2、根無根毛或極少，并且有些從愈傷組織上發(fā)育的根與芽的疏導(dǎo)組織不相同，因此吸水能力較弱。
 而當(dāng)煉苗移栽時，環(huán)境有了極大的改變：濕度降低、光照增強(qiáng)、溫度升高、溫差變大。具有以上特點(diǎn)的組培苗，在此環(huán)境下，葉片失水較嚴(yán)重，根系吸水能力不足，即吸水量小于蒸騰水量，從而造成植物萎蔫，煉苗失敗。另一種情況是，空氣溫度上升要比基質(zhì)溫度上升快，而根系的吸水能力在一定范圍內(nèi)與溫度是成正比的，當(dāng)氣溫升高時，加之濕度較低，葉片蒸騰急速增加，此時基質(zhì)溫度上不去，根系吸水能力不夠，造成蒸騰大于吸水的失衡狀，從而萎蔫死亡。
    要想獲得高的煉苗成活率，一方面需提高出瓶苗的質(zhì)量，提高其抗逆性，生根前的壯苗、理想的生根配方和生根培養(yǎng)環(huán)境的調(diào)控是關(guān)鍵；另一方面就得有針對組培苗特點(diǎn)創(chuàng)造一個適宜的煉苗環(huán)境，保證空氣濕度，平衡空氣和基質(zhì)的溫度平衡關(guān)系并加強(qiáng)移栽后的管理：
1、光照：光照隨苗的壯弱、喜光或喜陰而定，剛移栽后要有遮蔭條件，根據(jù)苗的恢復(fù)和成活程度逐步增強(qiáng)光照。
2、溫度：適宜的溫度依植物種類而定，喜溫植物以25oC左右為宜，喜冷植物以18-20o為宜。溫度過高，蒸騰作用加強(qiáng)，水分失衡，易造成死苗，而過低則幼苗生長遲緩，或不易成活。因此試管苗移栽的溫室zui好配備有控溫設(shè)備，以保持試管苗移栽后溫度不要變化太大。
3、水分：保持水分平衡和控制好濕度是試管苗移栽管理技術(shù)的核心。空氣溫度低，則試管苗容易萎焉，而基質(zhì)水分又不宜太多，基質(zhì)水分過多，不僅透氣不良，影響生根，而且容易導(dǎo)致爛苗致死。因此在保證空氣濕度足夠大的同時，盡量確保移栽基質(zhì)良好的透氣狀況。可采用微噴技術(shù)控制空氣濕度或采用塑料小拱棚的辦法來提高空氣濕度，使試管苗葉面的蒸騰減少，使小苗始終保持挺拔的姿態(tài)，從而提高成活率。

什么是植物組培苗？
植物組織培養(yǎng)（plant tissue culture，簡稱植物組培）是指在無菌條件下，將離體的植物器官（根、莖、葉、花、果、種子等）、組織（形成層、花藥組織、胚乳、莖尖分生組織等）、細(xì)胞（體細(xì)胞、生殖細(xì)胞）以及原生質(zhì)體，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件，使其長出細(xì)胞或長成完整植株的過程。由于培養(yǎng)材料是脫離植物母體的培養(yǎng)物，所以也叫植物離體培養(yǎng)（plant in vitro culture）。為了突出強(qiáng)調(diào)該方法繁殖速度快的特點(diǎn)，也有時叫做植物組培快速繁殖（簡稱組培快繁）技術(shù)，也有稱之為微繁殖（micro-propagation）技術(shù)。植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)中主要應(yīng)用于苗木快速繁殖、脫毒苗木培養(yǎng)、新品種培育、珍惜種質(zhì)資源保存等方面。例如在蝴蝶蘭、大花蕙蘭、馬鈴薯、草莓、藍(lán)莓、香蕉等育苗方面組培技術(shù)已經(jīng)成為主要手段。

植物組織培養(yǎng)技術(shù)給植物繁殖生產(chǎn)帶來了革命性變化。該技術(shù)讓無性繁殖苗木能像在工廠內(nèi)一樣進(jìn)行生產(chǎn)，因此人們形象地稱這種育苗技術(shù)為組培工廠化育苗技術(shù)。人們通常將組織培養(yǎng)繁殖出來的瓶苗（試管苗）或進(jìn)入田間馴化后的苗稱為組培苗。

植物病毒病帶來的危害有多嚴(yán)重？
我們知道，以無性繁殖方法（扦插、壓條、分株、嫁接等）進(jìn)行苗木繁殖的作物，通過攜帶病毒的繁殖材料（枝、芽、塊莖、根等）將病毒傳給新的植株個體，并繼續(xù)產(chǎn)生危害。通過無性方法繁殖的果樹等園藝作物經(jīng)常受到病毒病危害，如產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低、抗性減弱等。據(jù)國外報道，1981年在美國密歇根州大約有145000株（4000ha）藍(lán)莓感染鞋帶病毒，受害植株產(chǎn)量損失高達(dá)25%，造成經(jīng)濟(jì)損失超過300萬美元。據(jù)調(diào)查受潛隱病毒侵染后蘋果樹生長量一般比無病毒樹減少10%~30%，減產(chǎn)16%~60%，而且果實品質(zhì)變劣，光潔度差，不耐貯藏。葡萄受扇葉病毒或卷葉病毒侵染后，一般減產(chǎn)25%~30%，果實糖度降低6度左右。克服病毒病對果樹危害的有效途徑是栽培脫毒苗木。

如何獲得脫毒苗木？
科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，病毒在植物體內(nèi)的分布是不均勻的。在受病毒侵染的植物體內(nèi)，頂端分生組織一般不攜帶病毒，或者病毒的濃度很低。因此通過莖尖培養(yǎng)就有可能獲得無病毒苗木。后來又相繼研究發(fā)展了其它脫毒方法。比較常用的植物脫毒方法有兩種：

熱處理方法
其原理是在高于正常溫度下，植物組織中的很多病毒可以被部分或全部鈍化（使病毒的分裂與生長受到抑制），但不傷害或很少傷害寄主植物組織。該方法早于莖尖培養(yǎng)方法。熱處理可以通過熱水（對休眠芽效果較好）或熱空氣（對活躍生長的莖尖效果較好）進(jìn)行。熱空氣處理方法比較簡單，即把旺盛生長的植株轉(zhuǎn)入人工氣候箱（35~40℃）中處理幾天至幾周。如香石竹植株在38℃下連續(xù)處理2個月，可消除莖尖內(nèi)的病毒。但并不是的病毒都可以通過熱處理方法去除。而且熱處理時間長也會降低植株的存活率。

莖尖培養(yǎng)法
很多不能由單獨(dú)的熱處理方法去除的病毒，可以通過莖尖培養(yǎng)的方法來脫除病毒。通過莖尖培養(yǎng)與熱處理相結(jié)合的方法脫除病毒的效率更高。目前莖尖培養(yǎng)已經(jīng)成為脫除病毒的常用技術(shù)。莖尖培養(yǎng)的一般方法是：在解剖鏡下剝離出莖尖，用解剖刀切取0.2~0.8 mm、帶有2個葉原基的莖尖，接種到固體培養(yǎng)基上，直至獲得再生植株。切取的莖尖越大越容易操作，且成活率越高，但越不容易達(dá)到脫毒的目的。例如菊花莖尖0.5~0.6mm的成活率37%，脫毒率；莖尖＞0.7mm的成活率59%，0.7~1.0mm的脫毒率為64%。

超低溫脫毒法
是近年來建立的一種新的脫毒技術(shù)。與傳統(tǒng)的脫毒方法相比較，莖尖超低溫脫毒具有脫毒率高（例如李痘病毒超低溫脫毒率為，而莖尖培養(yǎng)脫毒率為10%）、脫毒苗生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)已經(jīng)在8種植物（李、葡萄、草莓、香蕉、樹莓、柑橘、馬鈴薯、甘薯）上獲得成功。超低溫脫毒技術(shù)原理是利用液態(tài)氮超低溫（-196℃）對植物細(xì)胞的選擇性殺傷，獲得存活的頂端分生組織。然后將存活的頂端分生組織誘導(dǎo)培養(yǎng)出植株。超低溫處理的方法有：玻璃化法，包埋-干燥法，包埋-玻璃化法，小滴玻璃化法，小滴法。但超低溫脫毒法也存在不同品種間需分別建立超低溫脫毒體系、莖尖存活率低等技術(shù)難點(diǎn)。
此外，通過愈傷組織組培、花藥組培等也可以獲得脫毒苗。
當(dāng)然，有些植物通過種子繁殖完全可以獲得無病毒植株。但這對以無性方式繁殖生產(chǎn)的作物是不可取的。

通過脫毒處理后植株是不是都脫毒了？
一般并不是的被處理植株都可以脫除病毒。必須要對每一個由莖尖（或愈傷組織誘導(dǎo)）培養(yǎng)產(chǎn)生的植株進(jìn)行特定病毒（例如葡萄病毒病及疑似病毒病約有40多種，6種危害普遍）的檢測，以確定是否脫除了某種特定的病毒。在莖尖培養(yǎng)產(chǎn)生的植株中，很多病毒具有一個延遲的復(fù)蘇期。在前18個月需要進(jìn)行3~4次重復(fù)檢測，當(dāng)zui終檢測某種病毒不存在時，才能作為脫除某種病毒的脫毒苗。需要注意，在繁殖的各個階段，脫毒苗也會被重新感染而帶毒。因此在繁殖推廣的各個階段，都要對脫毒苗做多次檢測，以確定苗木是否帶毒。