植物無(wú)糖組培快繁技術(shù)（Sugar-free micropropagation）又稱(chēng)為光自養微繁殖技術(shù)（Photoautotrophic micropropagation）是指在植物組織培養中改變碳源的種類(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，并控制影響試管苗生長(cháng)發(fā)育的環(huán)境因子，促進(jìn)植株光合作用，使試管苗由兼養型轉變?yōu)樽责B型，進(jìn)而生產(chǎn)種苗的一種新的植物微繁殖技術(shù)。這一技術(shù)概念是在1980年提出的，其技術(shù)發(fā)明人是日本千葉大學(xué)的古在豐樹(shù)教授。20世紀90年代以后，這一技術(shù)成為植物微繁殖研究的新領(lǐng)域，受到廣泛的關(guān)注，無(wú)糖組織培養技術(shù)也在各國開(kāi)始得到推廣應用。特別是近幾年來(lái)，從事這一技術(shù)領(lǐng)域研究的科技人員越來(lái)越多，這一技術(shù)也逐漸成熟，并開(kāi)始應用于植物微繁殖工廠(chǎng)化生產(chǎn)。

　　1.植物無(wú)糖組培快繁的技術(shù)特點(diǎn)

　�。�1）CO2代替了糖作為植物體的碳源

　　在一般的有糖培養微繁殖中，小植物是以糖（如蔗糖、白砂糖、果糖等）作為主要碳源進(jìn)行異養或兼養生長(cháng)，糖被看作是植物組織培養中必不可少的物質(zhì)添加到培養基中。而無(wú)糖培養微繁殖是以CO2作為小植株的唯一碳源，通過(guò)自然或強制性換氣系統供給小植株生長(cháng)所需CO2，促進(jìn)植物的光合作用進(jìn)行自養生長(cháng)。

　�。�2）環(huán)境控制促進(jìn)植株的光合速率

　　在傳統的組織培養中，很少對植株生長(cháng)的微環(huán)境進(jìn)行研究，研究的重點(diǎn)是放在培養基的配方以及激素的用量和有機物質(zhì)的添加上；而無(wú)糖組織培養技術(shù)是建立在對培養容器內環(huán)境控制的基礎上，根據容器中植株生長(cháng)所需的佳環(huán)境條件（如光照強度、CO2濃度、環(huán)境濕度、溫度、培養基質(zhì)等）來(lái)對植株生長(cháng)的微環(huán)境進(jìn)行控制，大限度地提高小植株的光合速率，促進(jìn)植株的生長(cháng)。

　�。�3）使用多功能大型培養容器

　　在傳統的組織培養中，由于培養基中糖的存在，為了防止污染，一般使用或者說(shuō)只能使用小的培養容器。而無(wú)糖培養在培養過(guò)程中不使用糖及各類(lèi)有機物質(zhì)，大地避免了污染的發(fā)生，可以使用各種類(lèi)型的培養容器，小至試管，大至培養室。

　�。�4）多孔的無(wú)機材料作為培養基質(zhì)

　　在傳統的組織培養中，通常使用瓊脂作為培養基質(zhì)，而無(wú)糖培養主要是采用多孔的無(wú)機物質(zhì)，如蛭石、珍珠巖、纖維、Florialite（一種蛭石和纖維的混合物）作為培養基質(zhì)，可以大地提高小植株的生根率和生根質(zhì)量。

　�。�5）閉鎖型培養室

　　傳統組織培養中的培養室是半開(kāi)放的，有許多的窗戶(hù)以利于陽(yáng)光直接進(jìn)入培養室，但自然光在進(jìn)入培養室的同時(shí)也增加了降溫的成本，而且，一年四季、春夏秋冬，晴天、陰天、雨天，早晨、中午、下午、光的強度和分布是不均勻的。而無(wú)糖培養采用的是閉鎖型的培養室，通過(guò)人工或自動(dòng)調控整個(gè)培養室環(huán)境，能周年進(jìn)行穩定的生產(chǎn)。

　　2.植物無(wú)糖組培快繁技術(shù)的優(yōu)勢

　　植物無(wú)糖組織培養技術(shù)改革了傳統的用糖和瓶子作為碳源營(yíng)養和生存空間的技術(shù)方法，增加了植物生長(cháng)和生化反應所需的物質(zhì)流的交換和循環(huán)，促進(jìn)植株的生長(cháng)和發(fā)育，實(shí)現了苗低成本的生產(chǎn)。優(yōu)越如下：

　�。�1）通過(guò)人工控制動(dòng)態(tài)調整優(yōu)化植物生長(cháng)環(huán)境，為種苗繁殖生長(cháng)提供佳的CO2濃度、光照、濕度、溫度等環(huán)境條件，提高植株的光合速率，促進(jìn)了植株的生長(cháng)發(fā)育，苗齊、苗壯。

　�。�2） 繼代與生根培養過(guò)程合二為一，培養周期縮短了40%以上。

　�。�3） 大幅度減少了植物微繁殖生產(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(zhù)提高。

　�。�5） 提高了植株的生根率和生根質(zhì)量，特別是對于木本植物來(lái)說(shuō)，大地植株的生根率和生根質(zhì)量，試管苗移栽成活率顯著(zhù)提高。

　�。�6） 節省投資，降低生產(chǎn)成本。與傳統的微繁殖技術(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)強度，更易于在規�；�生產(chǎn)上推廣應用。

　�。�8） 培養不受培養容器的限制，可實(shí)現穴盤(pán)苗商業(yè)化生產(chǎn)，也可實(shí)現大規模容器自動(dòng)工廠(chǎng)化生產(chǎn)。

　　3.植物無(wú)糖組培快繁技術(shù)的限制因素

　�。�1）需要相對復雜的微環(huán)境（容器內環(huán)境）控制的知識和技巧

　　植物無(wú)糖組織培養微繁殖的研究和試驗已經(jīng)非常成功，但實(shí)際應用還是受到一定的限制，其中的一個(gè)主要原因就是需要應用微環(huán)境控制方面專(zhuān)業(yè)的技術(shù)。沒(méi)有充分理解容器中小植株的生理特性，容器內的環(huán)境，容器外的環(huán)境，培養容器的物理或構造特性之間的關(guān)系，將不可能成功地應用光自養微繁殖系統，使用少的能源和原料生產(chǎn)高品質(zhì)的植株。光自養微繁殖控制系統的復雜性會(huì )導致設施設計的失敗，必須在充分認識和理解了光自養微繁殖的原理后，才能取得成功。

　�。�2）培養的植物材料受到限制

　　與一般的微繁殖相比，光自養微繁殖需要較高質(zhì)量的芽和莖，外植體需具有一定的葉面積，帶綠色子葉的體細胞胚也可進(jìn)行光自養生長(cháng)。外植體的質(zhì)量越好培養效果越佳。

　　4.植物無(wú)糖組培快繁技術(shù)研究進(jìn)展

　　植物無(wú)糖組織培養技術(shù)經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，基礎理論的建立和研究已經(jīng)成熟，但商業(yè)化的應用還處于起步階段。在植物無(wú)糖組織快繁技術(shù)的應用中，CO2的供給和濃度的調控是其關(guān)鍵技術(shù)之一。在植物無(wú)糖組織培養過(guò)程中，為了增加培養容器中的CO2濃度，可采用兩種不同的CO2補充方式，一種是在密封的容器上使用透氣膜，通過(guò)自然換氣方式提供小植株光合作用所需的CO2（Aitken-Christie et al.,1995）。隨著(zhù)無(wú)糖組織培養培養容器的不斷增大，強制性換氣系統得到了應用（Kozai T. et al.,2000；Xiao et al.,2005）。與自然換氣相比，強制性換氣具有CO2濃度容易控制，操用方便，植物生長(cháng)發(fā)育加快等特點(diǎn)。Xiao等（2005）在對callalily和Chinafir進(jìn)行的無(wú)糖培養研究表明，采用120L的培養容器，通過(guò)強制性換氣系統直接輸入CO2供植物生長(cháng)。與傳統組織培養方式（培養基中添加蔗糖）相比，callalily的培養周期縮短50%、苗木移栽成活率由50%提高到95%；China fir苗木質(zhì)量顯著(zhù)提高，繼代和生根過(guò)程合二為一，且沒(méi)有愈傷組織的發(fā)生，而有糖培養則在基部產(chǎn)生愈傷組織，嚴重影響苗木移栽成活率。Xiao等(2005)等對Gerberas進(jìn)行的無(wú)糖培養研究表明，與有糖培養相比，采用大規模容器和強制性換氣系統進(jìn)行的無(wú)糖組織培養，植株的葉面積、莖干重分別提高5.2和4.6倍，植株的凈光合速率和葉綠素含量分別提高9.2和2.2倍，苗木生根率和移栽成活率分別由62%、57%提高到98%、95%。(Tanaka M. et al.,2005)、(Teixeira J.A. et al., 2006)進(jìn)行桉樹(shù)的無(wú)糖組織培養研究表明，一種新型的小培養容器Vitron能提高試管苗在無(wú)糖培養條件下的生長(cháng)質(zhì)量，適合進(jìn)行無(wú)糖組織培養生產(chǎn)。

　　在植物無(wú)糖組織培養中，培養基質(zhì)對試管苗生長(cháng)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)非常重要的因素。Afreen-Zobayed等（1999）對甘薯進(jìn)行了瓊脂、gellan gum、蛭石、cellulose和Florialite等五種不同培養基質(zhì)的無(wú)糖培養比較試驗，研究結果表明，以Florialite為培養基質(zhì)生產(chǎn)的試管苗質(zhì)量?jì)?yōu)于以瓊脂作為培養基質(zhì)產(chǎn)生的試管苗，其中葉、根鮮重分別是后者的2.4和2.9倍，干重分別是后者的2.2和2.8倍，且以Florialite為基質(zhì)產(chǎn)生的試管苗凈光合速率高。（Xiao et al., 2006）對statice進(jìn)行的無(wú)糖組織培養研究也表明，與瓊脂相比，Florialite顯著(zhù)提高試管苗生長(cháng)和根的發(fā)生，以及凈光合速率。另外，光量子通量（Xiao et al., 2003）、培養容器換氣次數（Xiao et al., 2006）等環(huán)境因子均對試管苗生長(cháng)產(chǎn)生影響。

　　到目前為止，植物無(wú)糖組織快繁技術(shù)已經(jīng)在60余種植物中獲得成功。與有糖培養相比，無(wú)糖組織培養技術(shù)顯示出其特有的優(yōu)勢。特別是對于木本植物來(lái)說(shuō)，無(wú)糖組織培養技術(shù)能顯著(zhù)改善根的質(zhì)量，提高生根率，消除了小植株生理和形態(tài)方面的紊亂，種苗質(zhì)量顯著(zhù)提高（Kozai T. et al.,2005）。（Afreen. et al., 2002a, b）以咖啡植物作為研究對象，利用無(wú)糖組織培養技術(shù)進(jìn)行了大量體細胞胚胎發(fā)生方面的研究，研究結果表明，無(wú)糖組織培養能提高體細胞的質(zhì)量，減少玻璃化和不正常體細胞胚發(fā)生機率，而且體細胞發(fā)生發(fā)育時(shí)期、大小比較均勻，便于工廠(chǎng)化生產(chǎn)。研究指出，無(wú)糖組織培養技術(shù)可能成為體細胞胚胎發(fā)生機理研究的有效工具或途徑。隨著(zhù)無(wú)糖組織培養技術(shù)的不斷完善和成熟，這一技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始在商業(yè)上慢慢得到應用和推廣（Kozai T. et al.,2004；Kozai T. et al.,2006）。

　　5.植物無(wú)糖組培快繁技術(shù)應用前景

　　無(wú)糖組織培養微繁殖技術(shù)作為一項高新技術(shù)，在基礎科學(xué)研究和實(shí)踐生產(chǎn)中均具有廣闊的應用前景。

　�。�1）在無(wú)糖組織培養過(guò)程中，主要是通過(guò)環(huán)境調節來(lái)促進(jìn)試管苗生長(cháng)。因此，可以從環(huán)境調節角度來(lái)研究試管苗形態(tài)建成、生長(cháng)發(fā)育機理等方面的基礎科學(xué)研究。

　�。�2）無(wú)糖組織快繁技術(shù)可有效解決藤木、木本植物生根難的問(wèn)題，可進(jìn)行這方面的應用基礎研究。

　�。�3）可進(jìn)行試管苗繼代、生根、馴化同步研究，縮短培養周期。

　�。�4）可進(jìn)行瀕危珍稀植物及高附加值植物的人工培育等方面研究。

　�。�5）可進(jìn)行種質(zhì)資源保存方面的研究。

　�。�6）隨著(zhù)材料科學(xué)、物理農業(yè)的發(fā)展，以及植物無(wú)糖組織培養技術(shù)理論體系的成熟，這一技術(shù)將以低成本生產(chǎn)高質(zhì)量種苗的優(yōu)勢，應用于植物種苗工廠(chǎng)化生產(chǎn)。