牛樟哥 的 牛樟創富計畫

        植物非試管快繁技術是近年我國發展起來的一項全新育苗技術，是對於原來試管內組培技術的一種提升與發展，也是無糖組培的放大與提高。傳統組培技術由於在營養液的基質配方中加入了糖等有機營養物質，這就會給培養過程帶來操作上的繁瑣，也就是在接種離體材料時需創造絕對無菌的環境，還要求組培容器與外界空氣環境的嚴密隔絕，否則一旦器具或空氣中的細菌真菌進入組培試管內，就會依賴培養基中的糖與蛋白質等有機物為代謝能量而大量滋生繁殖，從而造成離體材料感染而導致組培的失敗。所以對於無菌操作這環節已成為組織培養技術操作上的關鍵，從而也大大增大了培養的投資。隨著人們研究及生產運用的不斷深入，發現在培養基中不加糖，除卻細菌及真菌滋生的條件，可以讓組培的環境要求及操作環節更加簡化，也更利於生產運用與推廣。這就是無糖組培嘗試與運用的開始，它在基質中去糖後，再利用二氧化碳供給以彌補碳源的不足，同樣可以取得很好的培育效果，但在操作過程中還是離不開組培的各種器具及嚴格的人工環境，針對這些技術問題，一種新型的育苗技術在日本千葉大學產生了，命名為光自養微繁技術，它把容器再進一步放大，一個個敞開如浴缸一樣的大容器代替了組培的小試管，這種改變大大優化了離體材料的光合自養條件，如透氣通風性、見光度都有了很大改善，使離體材料發育過程中的光合作用、呼吸代謝營養吸收、蒸騰作用等更為正常完善，不會像組培苗那樣，出現很多皮孔氣孔缺失、維管斷裂、玻璃化等纖弱少根的劣質苗現象。在開放且光照充足的高濃度二氧化碳環境下培育的苗更接近自然，它的自養同化能力很容易在培養過程中良好建立，這樣就減免了傳統組培需嚴格煉苗的環節，一株發育好的種苗只需稍作煉苗培育就有較高的移栽成活率。
        上述這兩種育苗技術如日本千葉大學開發的光自養及無糖組培在技 ​​術上有了很大的改進，但在操作上及投資上還是較高，生產的實用性還是比較欠缺，而且在無菌的控制上還是有較高的要求。針對這問題，我們在前人基礎上，開發了適於我國當前農業生產力水平的實用型植物非試管快繁技術，它在技術上實現較大的創新與改進，使它在生產上能真正發揮作用。在殺菌方式上有了很大的發展與提高，從傳統化學殺菌改為電場物理殺菌，從密閉環境殺菌改為開放的空間殺菌，從小範圍殺菌改為大環境大空間殺菌，從組培的兼養改為光合效率最大化的全自養，從依賴於糖培養改為利用空氣中CO2碳源的同化培養[1]，從單純的依賴組培配方發育改為綜合利用物理電場與計算機控制以激發離體材料自身最大生理潛能的自養髮育。這些殺菌及碳同化及酶激活等技術發展與改進，為種苗的快繁解決了污染及碳源供給的最重要問題，使該項技術在上的生產運用有了著實的保障。現就電場技術在植物快繁過程中的殺菌機理及生理效應在生產上運用作些簡要的綜述。
一、電場殺菌與代謝促進機理
地球上所有植物都是在地球空間電場作用的環境下進化與演變，一切生物都離不開地球電場的作用。植物也然，如採用電場屏蔽技術，在生長植物的上方施加一個屏蔽網，會大大影響植物的光合作用，這已被實驗所證實。究其原因在於，其實植物光合作用的過程就是一個光電反應的過程，在這個過程中施加電場可以直接影響與作用於光合生理，它通過影響電子的位移與躍遷來實現。根據這個機理，人們已開發成功用於調控光合作用的光合控制裝置，也就是植物電場發生器，通過給植物生長空間施加人為電場，可以使設施栽培環境下的瓜果蔬菜產量得以大幅度的提高，品質得以改善，如黃瓜的產量可以提高20-30%，霜霉病及白粉病可以得到有效的控制。

        這些電場效應的產生主要在於生物的任何生理代謝過程，都是一個電生理的過程[2]，包括光合作用、呼吸作用、酶促反應、離子吸收、膜的滲透等，而且都是在有一定電位差存在的情況下才能完成各種代謝。不管是生長發育、營養間的源庫關係調配、還是根係對外界離子的吸收，信息的轉錄與表達，本質上都是細胞或物質間電子獲得與失去的過程。外加電場自然影響到植物組成的各種不同組織細胞及物質間電位變化，從而達到影響植物生理代謝與生長發育，這就是電場產生物效應的電生理學基礎，也是用於快繁促進生根發育的生理基礎。現就與植物快繁過程相關的抑菌殺菌效應及促進植物離體材料發育的生理效應進行分析，並闡明它的運用原理。
1、空間電場的殺菌機理。
在開放的植物非試管快繁苗床中，雖然採用了珍珠岩基質可以有效地抑制菌類的滋生，但開放環境常由於空氣流動及噴淋水霧或工作人員的操作，而使大量的細菌及真菌進入育苗的空間環境，對於抗性較弱的離體材料來說，極易感染致病或滋生。而採用於苗床上方架設電場網創造空間電場技術後，可以使空間水氣及苗床內基質的電位發生變化，使水電離成具有強氧化還原性的超氧陰離子、過氧化氫物及OH自由基等物質，還有帶電荷的顆粒與臭氧，當它接觸到細菌或真菌的細胞表面時，可以產生氧化反應而使細胞膜脂膜的滲透性破壞，從而達到殺菌抑菌之目的[3]。另外，在幾萬伏的直流高壓電場環境下，菌類細胞膜的電位發生了極驟的變化，當作用的域值超過一定強度時，會因膜兩側的正常滲透性破壞，在細胞膜上造成電穿孔現象，從而使內含物大量外溢而起到殺菌的作用。但植物的離體材料常有表皮層保護，比細菌及真菌有更大的組織電阻而免受傷害，卻起到了正效應的電生理反應。對於存於珍珠岩基質中的菌類，也因基質電位環境的變化，使基質常處於微電流狀態，而使菌類的滋生受到了抑制與殺滅。
2、電場處理的ATP能量效應
植物光合作用的過程從自然界的角度來說，也是在地球電場的作用下，在植株與大地間形成了電位差，從而使光合代謝正常進行。同樣，植物的離體材料在外加電場的作用下，可以大大促進與加快光合作用的光電反應過程，外加電場使細胞膜內外電位差增大，為ATP的形成起到提供了更大推動力[4 ]，從而起到誘導產生更多的ATP能量源，為各種酶的活化創造了能量基礎。另外，膜內外電位差加大所形成的電場力，可以使膜的擴散通量增大，離子主動吸收的泵運通量也得以增強，從而加速了胞膜內外物質、水份等信息的交換，使新陳代謝等生理過程更加旺盛，使離體材料的生根速度大大加快。
3、電場處理的抗逆誘導效應
電場處理使離體材料的抗逆性增強，對高溫脅迫與強光抑制等環境引起的傷害得以緩減與修復。離體材料剪離母體並置於開放近自然的苗床環境下，遠遠不如完整植株時與組培試管內的環境穩定與較高的抗逆性，常因不適環境的影響而使體內產生大的H2O2、0-及HO-積累，這些物質對於胞膜的破壞性極大，會導致離體組織材料的老化掉葉或者切口氧化腐爛。而在空間電場環境下，可以使清除自由基的SOD、CAT、POD的三種酶活性增強[5]，可以對膜起到保護或修復的作用，從而可以使離體材料保持旺盛的生理狀態。
4、電場處理的能量轉換效應
電場處理能為離體材料切口發育提供更多的呼吸轉換能，離體材料的切口創傷除了能提高切口部位的創傷電位外，由於電場作用可以使切口的呼吸作用得以加強[6]，使呼吸能的轉換加劇，更有利於切口部位癒傷組織的發育與根原基的快速形成。同時切口呼吸強化後形成的大量HCO3-又可促進切口部位細胞與外界的離子交換，使癒傷組織的發育與生根獲取更多的營養，另外，切口部位環境的酸化，根據酸生長理論，也具有促進切口細胞發育的作用。
5、電場處理的激素調配效應
在電場環境下，使離體材料的生長素分配重構。生長素在電場的作用下，會出現位移重構與輸送加速。從電生理學的角度看，靜電場在高壓條件下產生微電流電位差，使細胞內源生長素從低電位向高電位運輸，因為電位差是生長素極性運輸的重要動力[7]。由於膜電位加大，使激素傳遞更快，在生活細胞受損傷後，其所產生的損傷電流由此而加強，促進了信息和物質的傳遞，使受傷部位產生修復應答反應。由於離體材料的切口在創傷電位及電場的複合作用下，形成了比其它部位具有更高電位，使光合產生的內源激素更多的移向切口部位，從而使切口成為代謝庫中心，更利於癒合與根原基的生長。

6、電場處理的酶效應
在電場作用下，離體材料中的各種酶發生極化與相變，使酶的活性發生了變化，可以提高a-澱粉酶、蛋白質水解酶的活性[8] ，對於離體材料內營養物質及能量的轉化起到了積極作用，可以使離體材料內貯藏的澱粉及蛋白質等物質轉化為糖與氨基酸以滿足生根發育的需要。特別是塊莖及鱗莖類的離體材料，貯藏物質的及時快速轉化對於發育是影響很大的。另外，電場作用可以使過氧化物酶及IAA氧化酶的活性降低，對於胞膜保護及IAA內源激素活性的維持起到了關鍵作用，以確保切口部位癒傷組織及根原基的正常快速地發育。
7、電場處理的鈣調理論
電場作用可以使切口癒傷組織發育及根的分化速度得以加快，大量研究表明，電場處理可以使切口細胞發育的有絲分裂中期指數提高，分裂週期縮短，癒傷組織形成加快；究其原因與電場處理的鈣調效應有關。靜電場促進植物對Ca2+的吸收與移動[9]，這個無處不在的重要信號分子會把靜電場的刺激傳遞給其它信號分子，從而發生信號級聯放大。作為第二信使，它與生長素、細胞分裂素協同作用，調節和啟動有關基因的表達，合成核酸、蛋白質，為癒傷組織的發生、形成奠定基礎。
8、電場處理的增綠效應
電場環境下，可以使葉片的葉綠體含量提高，使葉片變厚，葉片單位面積的柵欄細胞數，每個細胞中的葉綠體數增加，其中葉綠素a含量增加幅度更大，另外，葉綠體中的基粒數及基粒中的類囊體片層數均比對照提高，這對維持較高的光合活性提供了良好的結構基礎[10]。而離體材料發育過程中癒傷組織及根系的形成，都得依賴於光合產物的不斷提供，光合作用的提高為快速生根提供了物質基礎。而且在電場環境下建立的光合模式與維管系統對移栽後的
二、快繁苗床空間電場的建立
快繁苗床相當於組培的試管，它是離體材料發育的重要場所，也是植物非試管快繁過程中環境控制的主要對象，是空間電場創造的主要環境，它的標準化建立對於電場的效果影響較大，現就生產上的運用，把苗床空間電場技術介紹如下。
1、標準水泥苗床的建造。
用磚與水泥建造高度為15-20cm、寬為1.2m、長為14.5m的苗床，在8X30m的大棚內可砌制這樣的苗床8個，呈縱橫向平行佈局，床體與走道全部用水泥抹刮光滑，以利於清洗及減少納垢。
2、陰極網埋設及基質鋪設。
床底先舖一層5cm厚的鵝卵石作為排水層，然後水平鋪設一電場網的陰極網（也叫地網），是由防銹耐蝕的金屬網製成，再於金屬網上平舖一層約3-5cm厚的碳素粉末，最後覆蓋8-10cm厚的園藝級珍珠岩。其中碳素粉末層一般選擇木炭或竹炭的細微粉末為好，越細微其貯電的效果越好，它像蓄電池一樣可以起到提高苗床電位的作用，讓苗床在非電場處理時也還具有較高的電位，這對於抑制基質中的菌類及提高切口部位的電位與活化細胞起到了很好的作用。這種方法已在日本的農業生產中得以推廣運用，叫植物波農法[11]。通過改變基質或土壤的電位來達到促進植物生長目的，另外，如果埋設是竹炭粉還具更好的殺菌抑菌效果。
3、陽極網的架設。
架設陽極網（也叫天網），於苗床上方水平架設同樣的電場網作為正極網，架設時用的支架或懸吊物一定要做到絕緣，以防電場處理過程中的放電與漏電，影響電場效果。通常正極網離苗床水平面的高度以50cm為佳，對於一些刺激強度要求更大的品種還可降低電場網縮小離地距離，以提高電場強度。
4、處理強度的確定。
安裝好電場網後，用高壓線從正極負極網上引出接線頭，聯接到植物電場發生器相應的正負極上，使用時只需開啟電源，調好電壓就可在苗床上形成空間電場。而且運用時電場的強度可靈活的調節，可因植物種類或材料類型不同而進行調控。一般組織緻密成熟的離體材料或難繁殖生根的，強度調大些，組織疏鬆與幼嫩或易生根的離體材料可弱些；也可按材料的電阻率來確定強度，電阻率大的可強度增大，電阻率小的可降低強度[12]。通常易生根的植物以0.6-1kv/cm的強度每天處理2-4小時為佳，難生根植物以1.2-1.6kv/cm的強度每天處理4-6小時為宜，對於極難生根的植物類型可以採用更高的強度刺激，如1.6-2kv/cm的強度處理6-8小時，處理的方法可以是在有光照的白天進行定時間歇循環，也可以與二氧化碳補充同步進行，一般以上午8-10點的這個時間段為光合最佳時段，此時的處理效果也會更佳。

三、電場技術在植物非試管快繁過程中的具體運用
1、電場與二氧化碳同補
空間電場的創造可以使離體材料的光合速率加快，對二氧化碳的吸收速度大大提高。而自然環境的二氧化碳量常常不能滿足最佳光合同化的需求，此時結合二氧化碳的強制供給技術，可以起到更好的光合效果。另外，這兩者技術有機結合後，即使在弱光環境下，也能保持離體材料較高的光合效率，使光合補償點大大降低[13]，更利於光照不足的冬季或陰雨季節苗的培育與生長。在生產上可以通過二氧化碳氣的強制供給或碳酸水的間歇噴霧，使苗床或離體材料微環境的二氧化碳濃度保持在1000-1500ppm之間，能夠使微型離體材料的光自養能力發揮至極限，對光合面積較小材料的生根促進效果極為明顯。
2、離體材料的集中處理
植物非試管快繁技術的操作流程中，離體材料的製作與處理是較為重要的一個環節；傳統扦插或組培，大多只作些外源激素的處理，如切口的浸蘸或葉面的噴灑還有包敷等，這些處理方法吸收外源激素的速度與效果卻與外界溫度、濕度息息相關，如溫度高濕度低時，吸收浸液的速度快，溫度低濕度高則慢，從而影響處理的效果與穩定性。而採用與電場處理相結合後，可以大大加速植物離體材料對外源處理液的吸收速度。具體操作方法有兩種，其一是，先對離體材料進行生長激素的噴霧處理，而後置於電場環境中，利用電場產生的負離子來促進生長激素的運動，起到離體材料的活化作用。其二是，把離體材料的下切口浸漬於處理液中，然後給它外加電場，這樣可以大大加快離體材料對處理液的吸收速度，同時也可以使離體材料內的一些酶活化，與起到集中殺菌的效果。
3、空間電場的生根促進
在苗床空間電場的作用下，為離體材料的快繁生根過程，創造了最佳的光合同化條件，與相對無菌的空間環境，以及在綜合的電場生物效應下，使離體材料的生根大大加快，根系更加發達，培育的幼苗抗逆適應性更強。如曼地亞紅豆杉，在電場作用環境下，癒傷組織老化及褐化現象得以遏制，根原基的形成時間縮短，25天即可出根，而無電場處理的由於癒傷組織的老化，需45天左右才有根原基突破表皮。另外，由於光合效率提高，根冠比及根的數量明顯提高，有利於壯苗及移栽成活。
4、生根苗木的煉苗移栽
對於植物非試管快繁的生根苗，在進行移栽前需於苗床內經煉苗壯根處理，方可栽植至自然的土壤環境，在煉苗過程中除了計算機的環境模擬控制技術逐漸降低環境濕度外，如果再結合電場處理技術，可以使根系的根量大幅度增加，能促進二次根及三次根的快速發育，能使根系吸收礦質營養的速度加快，可以使葉片變得濃綠而厚實，植株的抗逆性得以增強，更利於適栽成活與壯苗。
5、採集母本的促生栽培
在農業生產的栽培環節採用電場處理，叫做電氣栽培，可以使植株營養生長及生殖生長保持旺盛，使產量大幅度提高，如黃瓜可以增產至少20-30%，高的可達70%；番茄可增產91.9%,葉菜與根菜類可增產70%以上[14]。同樣，用於苗木的栽培，也可使苗木的生物量大幅度提高，生理狀態得以全面優化，對於以苗繁苗的非試管快繁技術體係來說，加快苗木的營養生長速度對於提高育苗效率具有非常重要的意義，特別是對於一些難生根的品種，可以通過母本的科學管理與植株的生理調控使生根率大大提高。在電場作用下，母本的萌枝更健壯，營養積累更充足，酶的活性更高，內源生長激素及細胞分裂素的含量也得以提高，這對於材料的生根來說是最為重要的生理促進因子。在母本園的管理中，結合電場技術進行快繁前預處理，是加快離體材料生根速度，提高成活率，培育壯苗的最為實用而經濟的方法，目前已在生產中得以推廣運用。

結論

        植物非試管快繁技術是組培技術發展到一定階段的產物，是組培技術的進一步補充與拓展，它在生產上具有廣泛的意義，特別是一些傳統條件下難以實現無性快繁的品種，可運用植物非試管快繁技術得以有效的解決。而電場技術又是非試管快繁技術體系中較為重要的技術環節，它對於無菌環境創造，離體材料自身生理潛能激發起到了關鍵性作用，在電場環境下，使離體材料的生理代謝更加旺盛，癒傷組織及根原基的發育大大加強，生根時間得以縮短，催根壯苗效果明顯，是目前用於植物快繁甚至栽培領域中較為實用而投資成本極低的物理農業新技術。但作為一項新技術的運用還有許多方面需要生產與科研部門不斷的完善與改進，特別是針對不同植物品種處理劑量與閾值的研究上，是當前指導與服務生產中最為關鍵的一項指標，如果閾值達不到，起不到應有的正效應，如果超過閾值又會起到抑制的負效應。這方面的探索與運用研究是項長期而艱鉅的工作，它需要生產單位科研部門的高度重視與積極投入，才能為電場技術體系的完善及在農業生產上的運用發揮出巨大作用，為農業生產服務為無公害農產品基地建設服務。目前，發達國家已把電場處理作為物理農業中的一個重要技術來運用，特別是在設施農業建設中，已作為一項實用技術而被普及與推廣，而我國在這領域的研究運用起步較遲，但相信在不久的將來它也會成為如普通農具一樣被農民普遍接受與應用。