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火鶴花的植株型態與繁殖方式


火鶴花是著生型之草本植物,具有氣生的鬚根,革質的單葉螺旋排列在短縮的莖上,而其所謂的”花”則由花梗、苞片及肉穗花序所組成;A. andraeanum 具些微的蔓生性,並以氣根固著;A. scherzerianum則具有基部多莖短簇的特性。A. andraeanum的主莖依營養狀態、環境、品種的不同,每年可長出3-8片葉片,植株基部的側芽可形成吸芽,吸芽的形成能力因栽培環境與品種而異。火鶴花進入成年期後,依循一葉一花的發育模式生長,在花芽發育初期會有一段休眠期,而後再繼續發育,休眠期間則因品種及栽培環境而異,一般在低溫及低光下所須時間較長。在花芽發育的過程中若遇到不適當的環境逆境,則會導致花芽的畸型或停止生長。種苗繁殖火鶴花的繁殖方式有種子繁殖、分株繁殖、截頂切斷、莖節切段及組織培養等,而商業生產上則以組織培養的方式為主。 A.種子繁殖:火鶴花的肉穗上著生了200-300朵小花,每朵花上著生四個雄蕊及一個二心皮的子房,在成熟的過程中雌蕊早雄蕊約7天成熟;火鶴花從授粉後到種子成熟,平均約須6-7個月,播種後需經2-3年的營養生長期,才會開花。由於火鶴花的異質性相當高,因此種子繁殖僅在進行品種改良時才會採用。 B.分株繁殖:在自然狀態下火鶴花會自植株基部產生吸芽,吸芽發生的能力因品種及栽培環境而異,通常在較高光度下會誘導吸芽的形成。當吸芽發育到5公分或已具有2-3條發育正常的根時即可分株移植培育為新的幼苗。 C.截頂切斷:利用老株(或植株)伸長的莖頂作為繁殖的材料,可在短期內獲得較大的植株,惟須注意切取之部位帶有發育良好的根部。 D.莖節切段:利用去頂後的老莖,切取帶有的根部部位,切段放置於濕潤的介質內促使發根及萌芽,利用此一方式獲得開花株所須之時間較長。 E.組織培養:商業生產上經常採用植株的幼嫩葉片進行組織培養,在誘發不定芽後增殖,再移入發根培養基中讓組培苗發根後供馴化為小苗,經由組織培養得來的種苗可確保不帶有大部份的病害病源,但對毒素病及細菌性葉枯病仍需進一步之檢定。火鶴花的種苗來源主要來自組織培養的種苗,這些經過檢定(組培苗仍有可能帶有葉枯病病原)的組培苗在馴化的過程中若能以乾淨的無土介質,培養在隔離離地的高床上,在正常管理下應可確保種苗不帶有病蟲害;健康之火鶴花種苗可以有效避免危禁害蟲及細菌性葉枯病在田區間的傳播。(農試所花卉中心 莊耿彰)


http://agbio.coa.gov.tw/image_doc/07%E7%94%9F%E7%89%A9%E6%8A%80%E8%A1%93%E6%96%BC%E7%81%AB%E9%B6%B4%E8%8A%B1%E5%93%81%E7%A8%AE%E9%96%8B%E7%99%BC%E8%88%87%E7%A8%AE%E8%8B%97%E5%A4%A7%E9%87%8F%E7%B9%81%E6%AE%96%E4%B9%8B%E6%87%89%E7%94%A8.pdf




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http://www.pabp.gov.tw/AreaBus/LibA/aa501.asp 








樹苗小圖示植物組織培養技術在健康種苗生產之應用

植物組織培養技術在健康種苗生產之應用

台灣農業技術精良,自從加入WTO以後,在貿易國際化及經濟自由化的趨勢下,各國農產品陸續進入台灣,對於現有農業產業結構與環境造成一定程度的衝擊,但也相對為產業的轉型與升級開創了新契機。為因應農業相關產業國際化後所面臨的競爭,農業總體結構之調整勢在必行,特別是有關台灣的農業產品在全球之定位將是我國重要之農產業是否能順利升級,國際競爭力是否能持續提升的重要關鍵。

植物組織培養技術已運用於多項作物種苗之商業化生產,除花壇草花及觀賞樹木外,大多數的花卉及觀葉植物都採用組織培養技術來增殖所需的種苗。有鑑於此,台灣地區已有許多業者投入組織培養生產種苗的行列,近年來已成為種苗生產的主流,也成功的為台灣種苗產業創造另一波盛況,未來此項產業之產值將隨著相關關鍵技術之開發與突破而成長。為使產業所需關鍵技術能充份反映在政府所支持之研發成果進行分析,並以健康種苗生產之角度說明現階段產業利用組織培養技術生產相關種苗產品所需之關鍵技術,共同為生技種苗產業開創另一階段之高峰。



根據農業委員會之定義,生物性農藥係指天然物質如動物、植物、微生物及其所衍生之產品,包括「天然素材農藥」、「微生物農藥」、「生化農藥」及基因工程技術產製之微生物農藥。例如,微生物製劑:用於作物病原、害蟲、雜草防治或誘發作物或其有效成分經由配方所製成之產品,其微生物來源包括:細菌、真菌、病毒和原生動物等,一般由自然界分離所得,惟也可再經人工品系改良,如人為誘變、汰選或遺傳基因改造。生化製劑:生物性化學製劑,如性費洛蒙等。天然素材:天然產物不以化學方法精製或再加以合成者。

植物組織培養技術之應用

植物組織培養基本上是於試管內透過調節細胞的分裂與分化技術而達到控制植物體之生產與繁殖的一種技術。其培養技術根據材料來源不同涵蓋面相當廣,由利用分生組織部位為培養材料的莖頂培養、芽體培養與莖節培養技術到利用非分生組織部位的癒合組織誘導、分化與體胚繁殖技術。各種技術均有其特定的目的與應用時機。就種苗生產的應用面而言,組織培養技術之應用主要著重於下列幾個方向:



  1. 健康種苗生產體系
    組織培養應用在健康種苗生產體系所需的技術包括去病毒技術與穩定的無變異種苗繁殖技術。此類技術以應用於花卉種苗繁殖最無普遍,作物種類也相當多樣化,包括球根類作物之唐昌蒲、百合、海芋、夜來香、彩葉芋;切花作物之玫瑰、洋結梗、非洲菊、火鶴花;觀葉植物類之白鶴芋、蔓綠絨、合果芋、黛粉葉;盆花植物類之觀賞鳳梨、聖誕紅;蘭花類植物之一葉蘭、根節蘭、文心蘭、拖鞋蘭、蝴蝶蘭、虎頭蘭及報歲、素新等國蘭等。

    除了花卉作業外,果樹類與蔬菜類作物也常利用莖頂培養技術來去除系統性病毒病害病,進而利用不定芽之增殖生產無病毒種苗。玫瑰花圖片此類技術應用在香蕉、葡萄、百香果、馬鈴薯與草莓已有具體成效。

    林木作物種苗繁殖雖然以實生苗或扞插苗繁殖為主,但是對於重要優良樹種如月安樹、檜木、牛樟等仍採用組織培養技術進行無性繁殖。部份樹種如台灣油杉,因杉毬果所產之種子空粒比例高且其幼苗根系易腐爛而枯死,繁殖不易,組織培養也是培育苗木之主要手段。

    培種苗產業及其衍生之保健飲料在1990年代中後期曾風光一時。由於中草藥植物各有其藥理作用,目前被選為目標作物的種類有石斛、柴胡、當歸、白芷、丹蔘、半夏等,其中石斛的組織培養體系經由技術移轉而已朝產業化邁進。

    就技術本身而言,早期的去病毒技術純粹利用莖頂培養配合物理性高溫處理植物插圖,近年來利用化學藥劑及病毒干擾素去除植物病毒已有穩定的成效。在組織培養繁殖體系方面,經由葉片或其他已分化組織逆分化形成癒合組織後再分化成完整植株的繁殖途徑,理論上雖有較高的繁殖倍率,然而所分化之植株產生變異的可能性相對較高,因此除了少數因芽體消毒或繁殖困難的花卉作物如火鶴花外,一般應用於實際商業生產的組織培養技術仍以不定芽之誘導為主。以不定芽繁殖方式因植株整齊度高,種苗品質亦較穩定,量產技術瓶頸主要在於繁殖倍率的穩定性不夠,植株變異程度無法完全掌控以及內生菌污染問題尚待克服。


  2. 利用組織培養技術繁殖特定用途用種苗
    組織培養技術除了可應用於種苗大量繁殖外,也可配合傳統育種生產特定種苗。最典型的例子是利用花粉或花藥培養誘導單倍體植株,而後再透過染色體倍加技術獲得同質雙倍體植株以縮短育種年限。此類技術在1990年代曾被廣泛的應用在水稻、大豆、玉米、蘆筍等農園藝作物育種計畫,並成功的選育出新的品種。

    除了花藥培養技術外,胚培養技術配合莖頂培養技術常被用來克服蔬菜自交不親合特性或種屬間雜交不捻所導致雜種胚發育退化問題。果樹類作物也常配合育種計畫,利用珠心組織的培養,誘導珠心胚的分化進而進行營養系之繁殖。此外,組織培養過程常被應用於抗病育種計畫中。例如,台灣香蕉研究所以體細胞變異進行抗黃葉病的選種,已成功育成抗病品種。

    近年來基因轉殖技術已日趨成熟,由於基因轉殖作物之育成除了前置作業所需的外源基因選殖、構築與轉殖等基因工程技術外,基因轉殖細胞則需利用到癒合組織誘導、器官分化等組織培養技術才能夠順利獲得完整的基因轉殖植株。目前全世界以商品化基因轉殖作物中,農藝作物佔了大部份,前述有關細胞再生技術的掌握對於相關基因轉殖作物種之開發絕對有關鍵性之助益。國內方面,配合基因轉殖所建立之水稻、蕃茄、馬鈴薯、木瓜、甘藍、甘藷等作物等體細胞再生技術亦已相當成熟,可有效提供基因轉殖種苗生產平台。


  3. 利用細胞培養生產二次代謝產物
    台灣紅豆杉之細胞培養紫杉醇二次代謝產物是組織培養研究成果應用於林本類作物典型的例子。

    林業試驗所近10年來投入大量的研發經費於紫杉醇之生產,所掌握之關鍵生產技術並已開始進行技術移轉。近年來,藥用及保健植物如石斛、枸杞、黃水茄、紫錐菊等也有許多研發單位或私人企業投入二次代謝產物的生產技術開發,惟一般含量低,偶有含量高者往往有產量不穩定等問題存在。

    在細胞培養最佳生長及二次代謝物形成最佳條件之研究進展中,已有形成二次代謝物高於原植株之報導,例如人參之ginsenosides,黃蓮之berberine,丹蔘之tanshinones等。值得注意的是,二次代謝產物的有效成份含量是培養成功與否之關鍵。因此利用細胞培養生產二次代謝產物的過程中,應先確認相關代謝產物的有效成份,其次才是尋求提高有效成份含量之培養技術改進。


  4. 利用體胚繁殖技術生產人工種子
    人工種子最早的概念始於1980年代,其主要生產程序是利用細胞培養於試管內進行體胚大量的誘導,而後再將這些體胚經適當乾燥處理並配合特殊的造粒技術將成熟體胚披覆一層膠體,而形成類似種子的產品。與天然種子相比,對於種子生產困難、發芽率低的作物而言,人工種子具有確保優質種苗生產與可高度自動化生產等優點。目前商業上成功生產的人工種子種類主要包括芹菜、萵苣、苜蓿、天竺葵等。國內方面有關人工種子之研究仍止於實驗室階段,有關體胚同步化與成熟度的控制乃至製造粒技術等關鍵技術仍待開發。


細胞培養技術開發未來應繼續努力之方向


由目前組織培養種苗產業現況可以看出,花卉類之組培種苗產業位居極重要之一環,特別是蝴蝶蘭產業經多年來經營業者之努力,產值已居世界領先地位。但不可諱言,相關花卉組培產業所面臨的技術、管理乃至策略思考問題仍多,如何透過技術的創新以突破產業的發展瓶頸,有待產關學各方共同努力。例如,蝴蝶蘭種苗過去市場之需求一直以實生苗為主,近年來由於國際市場之需求,分生苗之生產量正逐年提昇。利用擬原球體(PLB)進行種苗增殖是目前多數業者採行之方式。但植株容易產生變異是最大之隱憂。利用PLB增殖特性及瓶苗型態觀察雖可早期篩檢可疑變異株,但是業者間技術與經驗水平差異頗大,以不定芽方式增殖種苗,植株發生變異的比例相對較低,然而倍率與移植時機之控制須要較高之技術層次,業者則普遍缺乏此關鍵技術。拖鞋蘭種苗之銷售目前主要以實生種苗為主,由於不同雜交組合間之實生苗繁殖效率差異極大,特定雜交組合之供應量常因不穩定或無法預測而影響市場商機。大量供應優良種苗一直是業者努力目標,但由於組織培養分生繁殖技術瓶頸至目前為止仍無法突破,單一品種之種苗量產幾乎不可能,未來有關組織培養之分生繁殖及花期調節相關技術如能突破,對產業的發展將有明顯之助益。

就目前國際生技種苗產業之商業行為而言,主要生技種苗輸出國多以農藝作物之基因轉殖產品為主,國內賓客觀因素,相關基因轉殖產品之開發尚待加強,短中期之生技種苗基本面主要仍需仰賴組織培養種苗產業來維持。組織培養產品的發展除了基於市場需求外,與相關品種權之掌握有絕對之關係,歐美國家之組織培養種苗生產以花卉類之觀葉植物為主,充份掌握品種優勢也是主要原因之一,整體而言,品種種原收集與選育工作早已普深植於產業中,品種育成之雜交技術多數業者大體均能掌握。基於市場之需求,部份蘭花類作物,如文心蘭或拖鞋蘭之遠源雜交亦被納入業者之育種計畫中,但對於部份組合雜交困難或屬間雜交親合性不容易掌握等瓶頸,尚缺乏突破性的關鍵性技術,值得持續積極開發相關組培技術加以協助解決此一瓶頸。

藥用作物二次代謝產物多年來一直是政府支持研究成果產業化的項目,但這些年來相關產業發展推展仍相當遲緩。歷年來研究單位進行之藥用作物種類繁多,少部份種類雖的確有產業化潛力,但是多數作物前景則尚待觀察。以細胞培養技術生產種苗,國內多數學研單位也的確掌握相關關鍵技術,惟種苗仍需回歸於溫室內或一般田間培育,以目前國內的栽培環境與生產成本,要如何才能成為具國際競爭力的產業,值得深入思考。



以多樣化研發因應瞬息萬變的市場


植物插圖整體而言,近五年來國內組培業者由少量多樣化之經營特質,轉而以蘭科植物單一作物為目標之專業性生產。基本上產業的前景需有多樣化的研發成果來因應瞬息萬變的市場汰舊換新機制,但產業的現況仍需即時的技術支援以確保其競爭優勢。協助生技種苗產業建立優良品種競爭基石,掌握高品質種苗生產技術優勢,是口號也是政府研究單位共同努力之目標。組培種苗相關產品在外銷市場上仍面臨強大之競爭壓力,為保有競爭優勢並因應加入WTO後產業結構必然面臨之轉型調整,政府正大力推動生技種苗相關產業,期待國內生技種苗產業在面對世界各國產業快速發展之情形下能順利轉型,維持生技種苗產業及整體農業之永續經營。


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