從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)

近十幾年來(lái)，張憲省團(tuán)隊(duì)圍繞激素對(duì)植物干細(xì)胞的調(diào)控機(jī)理開展了深入研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素調(diào)控干細(xì)胞的機(jī)理。根據(jù)他們的研究結(jié)果，生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的響應(yīng)信號(hào)在莖端分生組織重塑呈現(xiàn)出十分有規(guī)律的變化過(guò)程，逐漸從相互重疊的均勻分布變成相互拮抗的分布模式，最終細(xì)胞分裂素分布在原分生組織的中心，生長(zhǎng)素在細(xì)胞分裂素的上方周圍區(qū)域呈環(huán)狀分布。

“海棠苗木繁育仍采用扦插、嫁接等老辦法，樹苗的脫毒、品質(zhì)控制等方面還存在一些問(wèn)題和困難。聯(lián)盟成立后，我們將建立山東農(nóng)業(yè)大學(xué)組培實(shí)驗(yàn)室，依靠科學(xué)技術(shù)和專家力量來(lái)提高海棠組培苗木品質(zhì)和生產(chǎn)水平。”

“育苗是果樹產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。我們希望參加這個(gè)聯(lián)盟后，利用最先進(jìn)的組培等技術(shù)提高苗木繁育和生產(chǎn)水平，促進(jìn)蘋果產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)?！?/p>

近日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與來(lái)自4省區(qū)的12家苗木企業(yè)、科研單位聯(lián)合成立植物干細(xì)胞與生物技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（以下簡(jiǎn)稱聯(lián)盟）。山東省聊城綠澤園林科技有限公司總經(jīng)理李群述和甘肅省靜寧縣果樹果品研究所所長(zhǎng)李建明等與會(huì)者希望，通過(guò)此舉加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，用最新的科研成果推動(dòng)植物組織培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

高價(jià)值物種難以組培的謎團(tuán)

植物特別是木本植物的有性生殖獲得的后代往往性狀雜亂不一；而營(yíng)養(yǎng)繁殖是對(duì)親本的“克隆”，優(yōu)良性狀得以完全保留。

組織培養(yǎng)（簡(jiǎn)稱“組培”）就是一種營(yíng)養(yǎng)繁殖方式。相對(duì)于扦插、壓條等，組培苗有生長(zhǎng)勢(shì)更好、更加整齊、生產(chǎn)過(guò)程更容易控制、占地面積小、速度快、不受季節(jié)限制、適合工廠化大規(guī)模高效生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。組培還是植物基因工程操作和分子設(shè)計(jì)育種的必要步驟。

“組織培養(yǎng)已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)科學(xué)研究和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的手段和重要途徑。” 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張憲省教授告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，目前蘋果、櫻桃和一些花卉、林木可以通過(guò)組織培養(yǎng)來(lái)進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)快速繁殖，但還有許多經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的物種或性狀優(yōu)異的品種難以實(shí)現(xiàn)組織培養(yǎng)。

例如，很多生物技術(shù)企業(yè)組培生產(chǎn)的花卉僅限于非洲菊、蝴蝶蘭、紅掌等，而牡丹、芍藥、玫瑰、月季等經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高、市場(chǎng)更大的花卉卻從未見有人利用組培進(jìn)行生產(chǎn)。原因就在于它們?cè)偕щy，很難建立組培再生體系。

再如，很多公司利用組培生產(chǎn)大櫻桃矮化自根砧苗木，基本都生產(chǎn)吉塞拉等幾個(gè)品種。原因就是其他品種，哪怕是性狀更加優(yōu)良的品種，也很難建立組培體系。

為什么會(huì)產(chǎn)生上述情況？

科學(xué)家認(rèn)為，只有搞清楚外源細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素誘導(dǎo)莖端干細(xì)胞再生的作用機(jī)制，才能徹底揭開這個(gè)謎團(tuán)。

揭開謎團(tuán)的重要一步

近十幾年來(lái)，張憲省團(tuán)隊(duì)圍繞激素對(duì)植物干細(xì)胞的調(diào)控機(jī)理開展了深入研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素調(diào)控干細(xì)胞的機(jī)理。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授桑亞林告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，根據(jù)他們的研究結(jié)果，生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的響應(yīng)信號(hào)在莖端分生組織重塑呈現(xiàn)出十分有規(guī)律的變化過(guò)程，逐漸從相互重疊的均勻分布變成相互拮抗的分布模式，最終細(xì)胞分裂素分布在原分生組織的中心，生長(zhǎng)素在細(xì)胞分裂素的上方周圍區(qū)域呈環(huán)狀分布。

“這一特定模式是誘導(dǎo)干細(xì)胞產(chǎn)生的必要條件。”桑亞林說(shuō)。

他們經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，這一特定模式是生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和合成途徑中的基因相互抑制造成的，而其中細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的B類響應(yīng)因子直接啟動(dòng)干細(xì)胞調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。

“這些結(jié)果為我們進(jìn)一步提高難再生物種和品種的再生能力，進(jìn)而建立組培體系奠定了理論基礎(chǔ)?！睆垜検≌f(shuō)，從理論上講，植物的所有器官都可以誘導(dǎo)產(chǎn)生，這與使用的培養(yǎng)材料，以及激素的種類、激素的水平等都有密切的關(guān)系。

過(guò)去一般都是利用莖、葉通過(guò)誘導(dǎo)愈傷組織來(lái)進(jìn)行組織培養(yǎng)，而該團(tuán)隊(duì)最近的研究發(fā)現(xiàn)，用根經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)分化過(guò)程培養(yǎng)產(chǎn)生的芽不僅數(shù)量多，而且時(shí)間短。

科研人員介紹說(shuō)，隨著研究的進(jìn)一步深入、拓展，將來(lái)有可能直接產(chǎn)生花瓣、心皮、雄蕊，甚至果實(shí)，建立真正的“植物工廠”：生產(chǎn)心皮和雄蕊，從而直接在培養(yǎng)基上結(jié)出大米；生產(chǎn)果實(shí)，讓宇航員只帶接種了植物組織的培養(yǎng)基上飛船，便可以在太空中吃到新鮮的番茄……可以說(shuō)，組織培養(yǎng)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)帶來(lái)美好的前景。

產(chǎn)學(xué)研合作提高創(chuàng)新水平

“基礎(chǔ)研究要為技術(shù)創(chuàng)新提供指導(dǎo)。我們剛申報(bào)了山東省植物干細(xì)胞與生物技術(shù)創(chuàng)新研究中心，目的是讓這些最新研究成果在推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮作用。我們不僅希望通過(guò)與國(guó)內(nèi)外頂尖科研單位加強(qiáng)合作取得一流研究成果，而且希望與企業(yè)加強(qiáng)合作，讓這些研究成果接地氣、指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，用科技提高我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水平?！睆垜検≌f(shuō)。

記者注意到，聯(lián)盟中既有山東豐沃農(nóng)業(yè)有限公司、山東聊城綠澤科技有限公司等國(guó)內(nèi)苗木行業(yè)的知名企業(yè)，也有地方科研和推廣單位。

桑亞林認(rèn)為，企業(yè)最想看到的就是越來(lái)越多的重要物種或品種建立組培體系，由它們來(lái)進(jìn)行工廠化的生產(chǎn)。而科研工作者最看重的是揭示某個(gè)生物學(xué)過(guò)程的機(jī)理?！奥?lián)盟的意義在于，讓企業(yè)告訴高校，哪些物種或品種經(jīng)濟(jì)價(jià)值最大；由高校根據(jù)自己的基礎(chǔ)研究積累，去建立這些物種或品種的組培體系；再由高校和企業(yè)一道，優(yōu)化方案，降低成本，建立可商業(yè)化的成熟體系?！?/p>

著名果樹專家、中國(guó)工程院院士束懷瑞指出，干細(xì)胞和組織培養(yǎng)研究是作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的特色優(yōu)勢(shì)方向，已經(jīng)取得的重要成果要想應(yīng)用于生產(chǎn)，必須與企業(yè)結(jié)合。通過(guò)建立聯(lián)盟，把創(chuàng)新能力強(qiáng)的相關(guān)單位聯(lián)合起來(lái)，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，形成合力，這樣才能保證研究成果和產(chǎn)品是高水平、高效益的。