1 植物無(wú)糖組織培養(yǎng)技術(shù)的概念

植物無(wú)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(lèi)，以CO2代替糖作為植物體的碳源，通過(guò)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(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境因子，提供適宜植株生長(zhǎng)的溫度、濕度、光照、氣體、營(yíng)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(wú)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(shù)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(guó)家和地區(qū)得到了推廣應(yīng)用。

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

2.1 植物無(wú)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(zhǎng)，糖被看作是植物組織培養(yǎng)中必不可少的物質(zhì)。而無(wú)糖組培快繁技術(shù)中則用CO2替代糖作為小植株生長(zhǎng)的 一碳源，通過(guò)自然或強(qiáng)制性換氣系統(tǒng)供給小植株生長(zhǎng)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(zhǎng)，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(shuō)只能使用小的培養(yǎng)容器。而無(wú)糖培養(yǎng)在培養(yǎng)過(guò)程中不使用糖及各類(lèi)有機(jī)物質(zhì)， 大地避免了污染的發(fā)生，使各類(lèi)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(wú)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的移動(dòng)和吸收。無(wú)糖組織培養(yǎng)在基質(zhì)的選擇上相對(duì)廣泛，主要是一些多孔的無(wú)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(wú)機(jī)基質(zhì)價(jià)格相對(duì)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(duì)植株生長(zhǎng)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(wú)糖組織培養(yǎng)技術(shù)是建立在對(duì)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(zhǎng)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(lái)對(duì)植株生長(zhǎng)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(zhǎng)。

2.2 植物無(wú)糖組織培養(yǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）通過(guò)人工控制動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化植物生長(zhǎng)環(huán)境，為種苗繁殖生長(zhǎng)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(zhǎng)發(fā)育，苗齊、苗壯；

（2）繼代與生根培養(yǎng)過(guò)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(guò)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(duì)于木本植物來(lái)說(shuō)，無(wú)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(guò)程得以簡(jiǎn)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(jiǎn)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(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，更易于在規(guī)模化生產(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(pán)苗商業(yè)化生產(chǎn)，也可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模容器自動(dòng)工廠化生產(chǎn)。

3 植物無(wú)糖組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用及存在的問(wèn)題

3.1 植物無(wú)糖組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)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(wú)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(lái)，組織培養(yǎng)技術(shù)在花卉組培快繁領(lǐng)域開(kāi)始得到廣泛應(yīng)用，在開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)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(guò)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(wú)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(shì)，如云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所科研人員對(duì)康乃馨、非洲菊、滿天星、等植物進(jìn)行了無(wú)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(wú)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(wú)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(wú)糖組織培養(yǎng)技術(shù)在中草藥研究中的應(yīng)用

我國(guó)藥用植物資源豐富，人們對(duì)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(jià)，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(shì)，因此運(yùn)用組織培養(yǎng)技術(shù)快速繁殖藥用植物種苗，對(duì)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(guò)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(wèn)題。而無(wú)糖組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用則有效地解決了上述問(wèn)題。和世平以通過(guò)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(wú)糖組培苗營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和光合生理對(duì)增施CO2的響應(yīng)，確定了半夏無(wú)糖組培苗進(jìn)行光合作用的 很適CO2濃度。占艷等對(duì)半夏無(wú)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(wú)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(wú)糖組培快繁技術(shù)在其他發(fā)面的應(yīng)用

無(wú)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(wú)糖組培技術(shù)在應(yīng)用中存在的問(wèn)題

植物無(wú)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(wèn)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(duì)植物的生理特性及與外界環(huán)境的互動(dòng)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(wú)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(wú)糖組織培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展前景

現(xiàn)今無(wú)糖組織培養(yǎng)技術(shù)存在的主要問(wèn)題是：前期投入較大，對(duì)設(shè)備的要求相對(duì)較高。另外，對(duì)于培養(yǎng)中的各個(gè)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(méi)有一個(gè)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(wú)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(wú)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(zhǎng)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(wèn)題。通過(guò)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(wú)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。