1 植物无糖组织培养技术的概念

植物无糖组织培养技术又称为光自养微繁殖技术，是指在植物组织培养中改变碳源的种类，以CO2代替糖作为植物体的碳源，通过输入CO2气体作为碳源，并采用微环境控制技术控制影响组培苗生长发育的环境因子，提供适宜植株生长的温度、湿度、光照、气体、营养等条件，促进植株光合作用，使组培苗由兼养型转变为自养型，进而生产优质种苗的一种新的植物微繁殖技术。植物无糖组织培养技术是环境控制技术和组织培养技术的有机结合，又称为光自养微繁殖技术，该技术是由日本千叶大学的古在丰树教授于1980年提出和发明的，目前已经受到广泛关注，在许多国家和地区得到了推广应用。

2 植物无糖组织培养技术的特点及优势

2.1 植物无糖组织培养技术的特点

2.1.1 CO2代替糖作为植物体的碳源

在传统的植物组培快繁技术中，植株以糖（如蔗糖、白砂糖、果糖等）作为主要碳源进行异养或兼养生长，糖被看作是植物组织培养中必不可少的物质。而无糖组培快繁技术中则用CO2替代糖作为小植株生长的 一碳源，通过自然或强制性换气系统供给小植株生长所需CO2，使其在人工光照下，吸收CO2进行完全的自养生长，在一定程度上避免了微生物的污染。

2.1.2 培养容器的改变

在传统的组织培养中，由于培养基中糖的存在，为了防止污染，一般使用或者说只能使用小的培养容器。而无糖培养在培养过程中不使用糖及各类有机物质， 大地避免了污染的发生，使各类大型培养容器的使用成为可能，可以根据培养材料和生产规模的需要选用不同规格的培养容器，小至试管，大至培养室。

2.1.3 多孔的无机材料作为培养基质

在传统的组织培养中，通常使用琼脂作为培养基质，它的透气性差，不利于水分、气体和营养物质的移动和吸收。无糖组织培养在基质的选择上相对广泛，主要是一些多孔的无机基质，如蛭石、纤维、珍珠岩、成型岩棉、石沙子等，这些基质具有良好的透气性，可以 大地提高小植株的生根率和生根质量，而且与琼脂相比，这些无机基质价格相对低廉，节约了培养成本。

2.1.4 环境控制促进植株的光合速率

在传统的组织培养中，很少对植株生长的微环境进行研究，研究的重点是放在培养基的配方以及激素的用量和有机物质的添加上。而无糖组织培养技术是建立在对培养容器内环境控制的基础上，根据容器中植株生长所需的 很佳环境条件（如光照强度、CO2浓度、环境湿度、温度、培养基质等）来对植株生长的微环境进行控制， 很大限度地提高小植株的光合速率，促进植株的生长。

2.2 植物无糖组织培养技术的优势

（1）通过人工控制动态调整优化植物生长环境，为种苗繁殖生长提供 很佳的CO2 浓度、光照、湿度、温度等环境条件，促进了植株的生长发育，苗齐、苗壮；

（2）继代与生根培养过程合二为一，培养周期缩短了 40%以上；

（3）大幅度减少了植物繁殖生产过程中的微生物污染率；

（4）消除了小植株生理和形态方面的紊乱，种苗质量显著提高；

（5）植株的生根率和成苗率显著提高，特别是对于木本植物来说，无糖组织培养技术能显著改善根的质量，提高生根率，使得种苗驯化期间的成活率大幅度上升，并且使复杂的驯化过程得以简化；

（6）节省投资，降低生产成本，与传统的微繁殖技术相比，种苗生产综合成本平均降低 30%。

（7）组培生产工艺的简单化，流程缩短，技术和设备的集成度提高，降低了操作技术难度和劳动作业强度，更易于在规模化生产上推广应用；

（8）培养不受培养容器的限制，可实现穴盘苗商业化生产，也可实现大规模容器自动工厂化生产。

3 植物无糖组织培养技术的应用及存在的问题

3.1 植物无糖组织培养技术的应用

无糖组织培养技术由于具有降低污染率、适于大规模培养、成本低等优点，目前已经在许多植物中得到了广泛的应用。

3.1.1 无糖组织培养技术在花卉研究中的应用

自20世纪中期以来，组织培养技术在花卉组培快繁领域开始得到广泛应用，在开发具有自主知识产权的花卉新品种、培育脱毒花卉种苗等方面都起到了至关重要的作用。但与其它植物的组织培养一样，培养过程中出现的褐化、污染、生根率低和移栽成活率低也是制约某些花卉组培发展的瓶颈。随着无糖组培快繁技术的逐渐成熟和推广，该技术在花卉组培快繁方面表现出了明显的优势，如云南省农业科学院花卉研究所科研人员对康乃馨、非洲菊、满天星、等植物进行了无糖组培技术研究。结果表明，组培苗污染率降低了50%，生根率提高了13.2%，叶片数增加69.6%，移栽成活率提高12.5%，组培苗培养成本降低20%左右。屈云慧等比较了传统有糖培养和无糖培养条件下情人草组培苗的生根状况，与传统的培养方法相比，无糖培养效果好，植株生根快、健壮且根系发达。

3.1.2 无糖组织培养技术在中草药研究中的应用

我国药用植物资源丰富，人们对药用植物的利用主要是以采挖和消耗大量的野生植物资源为代价，这必将导致某种中草药资源匮乏甚至灭绝，而且生态环境的日益恶化，也加快了药用植物资源日益减少。由于植物组织培养具有不受地区、季节与气候限制，便于工厂化生产等优势，因此运用组织培养技术快速繁殖药用植物种苗，对于缓解药用植物资源匮乏和不足具有重要的作用，如在石斛、薯蓣、丹参等中药材的繁殖中都得到了广泛的应用。与其它植物一样，培养过程中的污染、褐化、生根率和移栽成活率低也是该技术在中草药研究中亟待解决的问题。而无糖组织培养技术的应用则有效地解决了上述问题。和世平以通过组织培养产生的半夏不定芽为材料，研究了微环境调控条件下，半夏无糖组培苗营养生长和光合生理对增施CO2的响应，确定了半夏无糖组培苗进行光合作用的 很适CO2浓度。占艳等对半夏无糖组培苗与有糖组培苗的根、叶显微结构进行了比较，结果表明，半夏无糖组培苗叶片具有发育较好、较厚的栅栏组织和海棉组织，细胞排列紧密有序，中脉发达，且叶表皮具有蜡质层。

3.1.3 无糖组培快繁技术在其他发面的应用

无糖组培快繁技术除在花卉和中草药的研究中得到了应用之外，在马铃薯、草莓、花椰菜等植物的组培快繁中也得到了相应的应用。

3.2 植物无糖组培技术在应用中存在的问题

植物无糖组织培养技术虽然具有很多优点，但并不是完美的，在实际应用中存在的问题主要表现在:

（1）需要精细而复杂容器内环境控制技术：这需要对植物的生理特性及与外界环境的互动关系、容器内外的环境及物理调控有比较深入的了解；

（2）增加了环境调控费用：主要是增加了光照强度和CO2供应量；

（3）培养的植物材料受到限制：植物无糖组织培养需要高质量的芽和茎、需要一定的叶面积；适用于继代和生根培养而不适于茎尖培养；适于以茎断方式增殖而不适于芽增殖的植物。

4 植物无糖组织培养技术的发展前景

现今无糖组织培养技术存在的主要问题是：前期投入较大，对设备的要求相对较高。另外，对于培养中的各个环境因子的作用机理的研究还不够透彻，以及相互关联的环境因子的 很佳比率还没有一个明确的结论。随着理论研究的不断深入及相关配套设备的完善，无糖组织培养技术也必将成为今后组培生产的一种重要手段。无糖组织培养技术作为一种新型的培养方法，打破了传统组织培养中植株依靠糖进行异养生长的培养方式，克服了传统组培中的一些缺点，解决了制约传统组培快繁中的瓶颈问题。通过调整组培的微生态环境，如光照强度、CO2浓度、培养基质等，在一定程度上降低了组培苗的污染率，缩短了培养周期，提高了生根率和移栽率。随着无糖组培理论研究的不断深入和相关设备的日益完善，该技术必将在更多的植物组培快繁中得到推广和应用，在植物工厂化、规模化生产中发挥更大的作用。