高校農(nóng)科植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及管理探析

程 玲 周 瓊

1.長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院 湖北荊州 434025;2.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院 廣西南寧 530004

植物組織培養(yǎng)是指在無菌和人工控制的環(huán)境條件下,利用人工培養(yǎng)基,對植物的胚胎、器官或器官原基(如根、莖、葉、花、果實(shí))、組織、細(xì)胞、原生質(zhì)體進(jìn)行精細(xì)操作與培養(yǎng),使其按照人們的意愿增殖、生長或再生發(fā)育成完整植株的一門生物技術(shù)學(xué)科,又稱為離體培養(yǎng),是現(xiàn)代生物技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù),它已成為現(xiàn)代植物生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上重要的研究手段,廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè),創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。目前,植物組織培養(yǎng)技術(shù)在離體快繁、脫毒苗育種,人工種子培育、種質(zhì)資源的保存與交換等方面均有所應(yīng)用,同時具有技術(shù)含量較高、效果良好、經(jīng)濟(jì)效益突出等特點(diǎn)[1]?！爸参锝M織培養(yǎng)”課程已成為農(nóng)林專業(yè)及生物學(xué)專業(yè)的重要課程,而植物組織培養(yǎng)技術(shù)也成為科研單位以及農(nóng)業(yè)、生物等公司的常規(guī)技術(shù)手段。因此,農(nóng)林類高校的組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室作為大學(xué)生實(shí)踐的重要場所和科研平臺,其功能和作用地位越來越重要。如何使實(shí)驗(yàn)室集教學(xué)、科研和生產(chǎn)化運(yùn)作,實(shí)現(xiàn)以產(chǎn)養(yǎng)教、以科養(yǎng)教,是實(shí)驗(yàn)室自我建設(shè)、自我完善、自我發(fā)展的有效途徑,可以形成“產(chǎn)學(xué)研”相互促進(jìn)、共同發(fā)展的有機(jī)整體[2-3]。發(fā)揮本實(shí)驗(yàn)室在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用中的重要戰(zhàn)略意義,以便為地方經(jīng)濟(jì)和鄉(xiāng)村振興發(fā)揮力所能及的作用。

本文基于筆者所工作的植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室近20年的實(shí)踐,從以下幾個方面對該類實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及管理進(jìn)行總結(jié)和探討,以便更好促使該類型實(shí)驗(yàn)室的功能和開放得到進(jìn)一步的提高。

1 我國中西部地區(qū)植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀

本文選取我國中部地區(qū)省屬高校長江大學(xué)、西部一所綜合性高校的植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室為調(diào)查對象,描述該類實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀。作為湖北省地方性的綜合大學(xué),長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院的植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室已初見規(guī)模,特別是新農(nóng)科大樓的投入使用,現(xiàn)其擁有設(shè)施完善、裝備一流的藥品儲藏室、準(zhǔn)備室、滅菌室、超凈工作室、培養(yǎng)室及室外大型的溫室大棚及大學(xué)科技園區(qū)的大田苗圃基地。其使用場地面積和儀器設(shè)備的臺件套數(shù)能夠滿足本科大學(xué)生教學(xué)需求以及教師科研工作要求,規(guī)模已相當(dāng)于一個中型的植物組織培養(yǎng)工廠。西部綜合性高校建設(shè)的植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室也具有完善的設(shè)施,包括整個實(shí)驗(yàn)流程中需要的工作室及相應(yīng)設(shè)備,且完全能夠滿足在讀大學(xué)生課程需要以及部分教師科研需求。綜合來看,我國中西部省級高校均已建設(shè)設(shè)施完備、功能齊全且運(yùn)轉(zhuǎn)合理的植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室,完全能夠滿足教學(xué)及科研等需要;而對于經(jīng)濟(jì)更發(fā)達(dá)、各項(xiàng)條件更好的東部及沿海地區(qū)的高校和科研單位來說,應(yīng)該具有更完善的同類實(shí)驗(yàn)室。因此,我國應(yīng)該具備大范圍普及植物組織培養(yǎng)技術(shù)的軟硬件條件,以滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

2 所調(diào)查的植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室存在的問題

在調(diào)查的兩個植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室后發(fā)現(xiàn),盡管我國中西部地區(qū)的高校已具備完善的植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室,且日常運(yùn)行正常,但仍然存在一些問題。首先,科學(xué)研究工作是枯燥的,如果不感興趣,大學(xué)生主動參與科研的能動性不強(qiáng),創(chuàng)新意識缺乏。如何培養(yǎng)大學(xué)生的自主能動性和創(chuàng)新能力,是擺在高校培養(yǎng)人才任務(wù)中的第一難關(guān)。其次,相對于植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模,植物組織培養(yǎng)室場地和設(shè)施資源閑置時間相對較長,利用率和運(yùn)轉(zhuǎn)率不高。高校投入各個實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)有限,而實(shí)驗(yàn)室的水、電等能耗大,這也制約著實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展。由于不同單位的功能定位不同,高等院校植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室主要是為了滿足本科和研究生實(shí)踐教學(xué),同時承擔(dān)了部分教師科研工作,其余時間基本處于閑置狀態(tài)。最后,服務(wù)社會和促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面不足。鑒于所調(diào)查的兩個實(shí)驗(yàn)室均來自高校,它們的重點(diǎn)均在于培養(yǎng)人才和完成科研任務(wù)方面,基本未涉及直接的社會服務(wù)和發(fā)展經(jīng)濟(jì)功效。

3 植物組織培養(yǎng)室的建設(shè)及管理思考

3.1 提高大學(xué)生自主能動性和創(chuàng)新能力

高校是教書育人的重要場所,植物組織培養(yǎng)具有較強(qiáng)的實(shí)踐操作性,而植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生開展植物組織培養(yǎng)、操作技能訓(xùn)練的重要實(shí)驗(yàn)基地。如何讓枯燥的理論知識轉(zhuǎn)變成身邊活生生的成品,高校可以以大學(xué)生創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目為前提,以科研興趣為啟發(fā),讓大學(xué)生早日走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室,在植物組織培養(yǎng)實(shí)踐中享受完成具體項(xiàng)目的成就感,并相應(yīng)地學(xué)會各種實(shí)驗(yàn)操作技能,這對以后發(fā)展他們的動手能力、職業(yè)能力和科研素養(yǎng)都有幫助。在有限的時間內(nèi),通過植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室看到自己的科研材料成型出苗,體會到自己的“科研成果”以一種有形的東西呈現(xiàn)出來,這樣大大提高自己的價值感和成就感,激發(fā)了他們參與科學(xué)研究的興趣,學(xué)生的創(chuàng)新思維得到激發(fā),最后的實(shí)踐成果得以應(yīng)用于社會生產(chǎn)中,既讓學(xué)生在操作中享受到成果產(chǎn)生利潤的快樂,也讓大學(xué)生們真正體會到理論知識和實(shí)踐結(jié)合的價值體現(xiàn),進(jìn)一步提高他們的自主能動性和創(chuàng)新能力。

3.2 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的管理,提高實(shí)驗(yàn)室的“供血”功能和經(jīng)濟(jì)效益

為了使植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室常年高效運(yùn)轉(zhuǎn),使設(shè)備一直處于正常工作中,其中的水、電能耗和人工成本,是一筆不小的開支,如何提高實(shí)驗(yàn)室自身的“供血”功能、提高經(jīng)濟(jì)效益,是不得不考慮的問題。加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)室的管理就顯得很有必要,如何開源節(jié)流,如何以最少的成本,創(chuàng)造最大的效益?現(xiàn)兩所高校農(nóng)科植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)格完全可以滿足訂單農(nóng)業(yè)的需要,但由于高校的特殊性,實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)本科生的植物學(xué)、生物工程等學(xué)科的基礎(chǔ)性科研工作,如果僅從現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室日常管理經(jīng)費(fèi)和科研教師的課題經(jīng)費(fèi)中開支,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足。如何讓植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮最大的功能,節(jié)省開支,又能提高其經(jīng)濟(jì)效益,該實(shí)驗(yàn)室可以直接考慮與社會相關(guān)企業(yè)聯(lián)合運(yùn)營,這樣既解決了外面小型植物組織培養(yǎng)企業(yè)的研發(fā)經(jīng)費(fèi),節(jié)省成本,也能利用高校植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室攻關(guān)某些植物組織培養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù),生產(chǎn)出滿足市場需要的成品,或者直接用于企業(yè)生產(chǎn)需要,達(dá)到雙方互利共贏,這樣既提高設(shè)備和設(shè)施的利用效率,也能讓植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入一個良性循環(huán)的“造血”機(jī)制中。筆者覺得利用高校組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室給外面的企事業(yè)單位代工也是一個不錯的選擇。利用高校科學(xué)研究的優(yōu)勢,讓植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室走入市場,與外面的企業(yè)單位融合及互補(bǔ),真正為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到拓展作用。這樣不僅可以讓師生定期到植物組織培養(yǎng)的生產(chǎn)企業(yè)學(xué)習(xí)最前沿的生產(chǎn)技術(shù)、工藝流程等生產(chǎn)實(shí)踐知識,了解組織培養(yǎng)的最新熱點(diǎn)及最新資訊,也為學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)和就業(yè)提供了機(jī)會。

同時,作為生產(chǎn)企業(yè)代工的一個實(shí)習(xí)點(diǎn),師生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)水平大大提高,而且植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室常年高效運(yùn)轉(zhuǎn),也避免了長時間不用,重新啟用的耗時耗力,也讓植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入了良性的運(yùn)行機(jī)制中,實(shí)驗(yàn)室工作人員多勞多得,積極性也會大大提高,構(gòu)成教學(xué)、科研、應(yīng)用一體化的實(shí)驗(yàn)體系,為實(shí)驗(yàn)室的科研創(chuàng)新和高效利用提供了強(qiáng)有力的經(jīng)濟(jì)保障。實(shí)驗(yàn)室自身的“供血”功能也得到大大的改善,實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入一個良性的循環(huán)發(fā)展之中。

3.3 高效運(yùn)轉(zhuǎn)“產(chǎn)學(xué)研”模式,振興鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè),服務(wù)地方經(jīng)濟(jì),創(chuàng)造更高的社會效益

我國高等農(nóng)林教育要走融合發(fā)展之路、多元發(fā)展之路、協(xié)同發(fā)展之路,因此,亟須因地制宜培育農(nóng)林特色優(yōu)勢專業(yè)集群,打造人才培養(yǎng)新模式,推進(jìn)科教融合、產(chǎn)教融合和農(nóng)科教結(jié)合,最終培養(yǎng)出具有較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才,為我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展打下良好基礎(chǔ)[4]。如何有效整合校企資源,促進(jìn)植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室科研工作及成果能滿足社會需要、服務(wù)地方經(jīng)濟(jì),有效對接社會化方面是擺在高校人才培養(yǎng)方案面前的又一新課題。

高校教師既有教學(xué),又有科研任務(wù),但科研主要依托國家自然科學(xué)基金及一些橫向課題,從事一些基礎(chǔ)的科研工作,與外面企業(yè)單位沒有建立共同的合作互惠機(jī)制,這樣就使得科研教師的一些創(chuàng)新科研成績轉(zhuǎn)化為科研成果的轉(zhuǎn)化率不高,沒有建立起“產(chǎn)學(xué)研”一體化的創(chuàng)新體系,也使得一些科研成果僅僅只局限于紙面上[5]。而高校植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室是可以開發(fā)生產(chǎn)許多新的產(chǎn)品的,這是許多外面植物組織培養(yǎng)工廠所缺乏的,而植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室如果開發(fā)生產(chǎn)產(chǎn)品,會創(chuàng)造較好的經(jīng)濟(jì)效益,這是其他許多實(shí)驗(yàn)室所欠缺的。高校應(yīng)積極拓寬門路,特別是有農(nóng)科的高校,可以利用自身的科研、人才和技術(shù)優(yōu)勢,積極響應(yīng)國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略,讓高校的科研成果盡快地滿足鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)需求,積極打造高校農(nóng)科特色。比如美麗鄉(xiāng)村建設(shè)中,“美麗經(jīng)濟(jì)”作為鄉(xiāng)村振興的首要任務(wù),大量農(nóng)村合作社的玫瑰采摘園、草莓園、花卉基地、中藥材基地等,都可以通過植物組織培養(yǎng)技術(shù)達(dá)到快繁,而且離體快繁系數(shù)大?？梢灾苣昕旆?繁殖速度快,苗木成規(guī)模、整齊一致,這樣可以方便為更多的農(nóng)戶提供優(yōu)質(zhì)種苗、花苗和中藥苗,特別是經(jīng)濟(jì)作物生姜、土豆等。為了提供無毒種苗,只有組織培養(yǎng)技術(shù)才能做到這點(diǎn)。根據(jù)農(nóng)戶需求和良種繁育中的技術(shù)難題,共同攻關(guān),并使成果和技術(shù)得到迅速轉(zhuǎn)化,以科技服務(wù)為導(dǎo)向,生產(chǎn)符合市場需求的產(chǎn)品,給農(nóng)民提供優(yōu)質(zhì)價廉的產(chǎn)品,提高產(chǎn)品的售后服務(wù),為農(nóng)民提供從生產(chǎn)到收獲的服務(wù),對振興鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)、服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)做出不可估量的貢獻(xiàn)。比如,高校中農(nóng)科“產(chǎn)學(xué)研”三結(jié)合做得比較好的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院香蕉試管苗和浙江農(nóng)林大學(xué)的杭州木木生物科技有限公司等[6],我校也學(xué)習(xí)了其成功的經(jīng)驗(yàn)和管理,在鄉(xiāng)村振興、服務(wù)三農(nóng)的大環(huán)境下,越來越多的“產(chǎn)學(xué)研”模式創(chuàng)造了更大的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。我校的劉奕清教授創(chuàng)立生姜“苗繁種”理論與生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)體系,發(fā)明了無菌苗工廠化繁育與苗繁種技術(shù),形成以無菌苗繁育為核心的種姜高效快繁技術(shù)體系,改變了“姜母”繁育種姜的傳統(tǒng)模式,建成第一個國家無菌種姜繁育綜合標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū),使生產(chǎn)種帶菌率由35%降至1%,用種量比常規(guī)種減少35%,育成國內(nèi)目前僅有的兩個抗姜瘟病菜姜新品種渝姜1號和渝姜2號,取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益;還有我校周燚老師的白芪種苗育苗培養(yǎng)體系的建立及推廣帶動了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的種植熱情和創(chuàng)收,現(xiàn)在已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化種植模式中。這些成功的例子,可以進(jìn)一步推廣在其他的種苗繁育中,讓植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室的功能應(yīng)用更廣泛,創(chuàng)造更大的社會效益。

3.4 拓展植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用范圍,凸顯高校農(nóng)科特色,為國家的種業(yè)發(fā)展盡力

2022年中央一號文件提出,大力推進(jìn)種源等農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān),全面實(shí)施種業(yè)振興行動方案;加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源普查收集,強(qiáng)化精準(zhǔn)鑒定評價;推進(jìn)種業(yè)領(lǐng)域國家重大創(chuàng)新平臺建設(shè)[7]。啟動農(nóng)業(yè)生物育種重大項(xiàng)目,如何打好種業(yè)翻身仗,培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病的農(nóng)作物品種,是擺在科研人員面前的一道道課題。而加快構(gòu)建我國現(xiàn)代種業(yè)體系,提升現(xiàn)代種業(yè)工程建設(shè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)。植物組織培養(yǎng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代種業(yè)體系,組織培養(yǎng)技術(shù)在種質(zhì)創(chuàng)制、種苗繁育、種質(zhì)資源保存、遺傳資源保存等方面得到了普遍的應(yīng)用,已成為當(dāng)代生物科學(xué)中最有生命力的一門學(xué)科。比如,水稻育種技術(shù)逐漸由單一的育種技術(shù)過渡到不同技術(shù)的相互作用,水稻花藥培養(yǎng)多采用先誘導(dǎo)出愈傷組織,國內(nèi)已經(jīng)通過花藥培養(yǎng)的方法培育出了多個優(yōu)質(zhì)的水稻品種,并且到現(xiàn)階段,已經(jīng)逐漸結(jié)合其他選育手段來進(jìn)行花藥培養(yǎng)選種[8];另外,植物組織培養(yǎng)技術(shù)的莖尖培養(yǎng)和熱處理與常規(guī)育種相比,可以獲得無病毒的苗木,從根本上防治作物病毒,這種無病毒苗木已在很多作物的常規(guī)生產(chǎn)上得到應(yīng)用,等等。高校農(nóng)科植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該緊跟國家政策方針,大力拓展植物組織培養(yǎng)新技術(shù)應(yīng)用和創(chuàng)新,為國家的種業(yè)助力,進(jìn)一步凸顯高校農(nóng)科的特色和優(yōu)點(diǎn)。

結(jié)語

高校植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)采取有效的管理措施,進(jìn)一步深化該實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵,拓寬實(shí)驗(yàn)室的開放功能,努力提升該實(shí)驗(yàn)室的管理水平和服務(wù)社會的能力,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的自我“供血”的循環(huán),促進(jìn)高?？蒲泻蛣?chuàng)收帶來的可持續(xù)性的良性發(fā)展,使得育人和服務(wù)社會兩不誤。同時,以植物組織培養(yǎng)技術(shù)課程實(shí)踐教學(xué)改革中獲得的成果,也能應(yīng)用于其他應(yīng)用性較強(qiáng)的課程實(shí)踐教學(xué)改革中,使該類實(shí)驗(yàn)室社會服務(wù)的功能發(fā)揮到極致。