高校农科植物组织培养实验室的建设及管理探析

程 玲 周 琼

1.长江大学农学院 湖北荆州 434025;2.广西大学农学院 广西南宁 530004

植物组织培养是指在无菌和人工控制的环境条件下,利用人工培养基,对植物的胚胎、器官或器官原基(如根、茎、叶、花、果实)、组织、细胞、原生质体进行精细操作与培养,使其按照人们的意愿增殖、生长或再生发育成完整植株的一门生物技术学科,又称为离体培养,是现代生物技术中应用最广泛的技术,它已成为现代植物生物技术和农业生产上重要的研究手段,广泛应用于农业、林业、工业、医药卫生等行业,创造了巨大的经济效益和社会效益。目前,植物组织培养技术在离体快繁、脱毒苗育种,人工种子培育、种质资源的保存与交换等方面均有所应用,同时具有技术含量较高、效果良好、经济效益突出等特点[1]。“植物组织培养”课程已成为农林专业及生物学专业的重要课程,而植物组织培养技术也成为科研单位以及农业、生物等公司的常规技术手段。因此,农林类高校的组织培养实验室作为大学生实践的重要场所和科研平台,其功能和作用地位越来越重要。如何使实验室集教学、科研和生产化运作,实现以产养教、以科养教,是实验室自我建设、自我完善、自我发展的有效途径,可以形成“产学研”相互促进、共同发展的有机整体[2-3]。发挥本实验室在农业生产和应用中的重要战略意义,以便为地方经济和乡村振兴发挥力所能及的作用。

本文基于笔者所工作的植物组织培养实验室近20年的实践,从以下几个方面对该类实验室的建设及管理进行总结和探讨,以便更好促使该类型实验室的功能和开放得到进一步的提高。

1 我国中西部地区植物组织培养实验室现状

本文选取我国中部地区省属高校长江大学、西部一所综合性高校的植物组织培养实验室为调查对象,描述该类实验室的现状。作为湖北省地方性的综合大学,长江大学农学院的植物组织培养实验室已初见规模,特别是新农科大楼的投入使用,现其拥有设施完善、装备一流的药品储藏室、准备室、灭菌室、超净工作室、培养室及室外大型的温室大棚及大学科技园区的大田苗圃基地。其使用场地面积和仪器设备的台件套数能够满足本科大学生教学需求以及教师科研工作要求,规模已相当于一个中型的植物组织培养工厂。西部综合性高校建设的植物组织培养实验室也具有完善的设施,包括整个实验流程中需要的工作室及相应设备,且完全能够满足在读大学生课程需要以及部分教师科研需求。综合来看,我国中西部省级高校均已建设设施完备、功能齐全且运转合理的植物组织培养实验室,完全能够满足教学及科研等需要;而对于经济更发达、各项条件更好的东部及沿海地区的高校和科研单位来说,应该具有更完善的同类实验室。因此,我国应该具备大范围普及植物组织培养技术的软硬件条件,以满足社会经济发展的需要。

2 所调查的植物组织培养实验室存在的问题

在调查的两个植物组织培养实验室后发现,尽管我国中西部地区的高校已具备完善的植物组织培养实验室,且日常运行正常,但仍然存在一些问题。首先,科学研究工作是枯燥的,如果不感兴趣,大学生主动参与科研的能动性不强,创新意识缺乏。如何培养大学生的自主能动性和创新能力,是摆在高校培养人才任务中的第一难关。其次,相对于植物组织培养实验室的规模,植物组织培养室场地和设施资源闲置时间相对较长,利用率和运转率不高。高校投入各个实验室的经费有限,而实验室的水、电等能耗大,这也制约着实验室的发展。由于不同单位的功能定位不同,高等院校植物组织培养实验室主要是为了满足本科和研究生实践教学,同时承担了部分教师科研工作,其余时间基本处于闲置状态。最后,服务社会和促进地方经济发展方面不足。鉴于所调查的两个实验室均来自高校,它们的重点均在于培养人才和完成科研任务方面,基本未涉及直接的社会服务和发展经济功效。

3 植物组织培养室的建设及管理思考

3.1 提高大学生自主能动性和创新能力

高校是教书育人的重要场所,植物组织培养具有较强的实践操作性,而植物组织培养实验室是学生开展植物组织培养、操作技能训练的重要实验基地。如何让枯燥的理论知识转变成身边活生生的成品,高校可以以大学生创业项目为前提,以科研兴趣为启发,让大学生早日走进实验室,在植物组织培养实践中享受完成具体项目的成就感,并相应地学会各种实验操作技能,这对以后发展他们的动手能力、职业能力和科研素养都有帮助。在有限的时间内,通过植物组织培养实验室看到自己的科研材料成型出苗,体会到自己的“科研成果”以一种有形的东西呈现出来,这样大大提高自己的价值感和成就感,激发了他们参与科学研究的兴趣,学生的创新思维得到激发,最后的实践成果得以应用于社会生产中,既让学生在操作中享受到成果产生利润的快乐,也让大学生们真正体会到理论知识和实践结合的价值体现,进一步提高他们的自主能动性和创新能力。

3.2 加强实验室的管理,提高实验室的“供血”功能和经济效益

为了使植物组织培养实验室常年高效运转,使设备一直处于正常工作中,其中的水、电能耗和人工成本,是一笔不小的开支,如何提高实验室自身的“供血”功能、提高经济效益,是不得不考虑的问题。加强对实验室的管理就显得很有必要,如何开源节流,如何以最少的成本,创造最大的效益?现两所高校农科植物组织培养实验室的规格完全可以满足订单农业的需要,但由于高校的特殊性,实验室主要承担本科生的植物学、生物工程等学科的基础性科研工作,如果仅从现有的实验室日常管理经费和科研教师的课题经费中开支,远远不能满足。如何让植物组织培养实验室发挥最大的功能,节省开支,又能提高其经济效益,该实验室可以直接考虑与社会相关企业联合运营,这样既解决了外面小型植物组织培养企业的研发经费,节省成本,也能利用高校植物组织培养实验室攻关某些植物组织培养关键技术,生产出满足市场需要的成品,或者直接用于企业生产需要,达到双方互利共赢,这样既提高设备和设施的利用效率,也能让植物组织培养实验室进入一个良性循环的“造血”机制中。笔者觉得利用高校组织培养实验室给外面的企事业单位代工也是一个不错的选择。利用高校科学研究的优势,让植物组织培养实验室走入市场,与外面的企业单位融合及互补,真正为社会经济发展起到拓展作用。这样不仅可以让师生定期到植物组织培养的生产企业学习最前沿的生产技术、工艺流程等生产实践知识,了解组织培养的最新热点及最新资讯,也为学生的生产实习和就业提供了机会。

同时,作为生产企业代工的一个实习点,师生的实验技能和实验水平大大提高,而且植物组织培养实验室常年高效运转,也避免了长时间不用,重新启用的耗时耗力,也让植物组织培养实验室进入了良性的运行机制中,实验室工作人员多劳多得,积极性也会大大提高,构成教学、科研、应用一体化的实验体系,为实验室的科研创新和高效利用提供了强有力的经济保障。实验室自身的“供血”功能也得到大大的改善,实验室进入一个良性的循环发展之中。

3.3 高效运转“产学研”模式,振兴乡村农业,服务地方经济,创造更高的社会效益

我国高等农林教育要走融合发展之路、多元发展之路、协同发展之路,因此,亟须因地制宜培育农林特色优势专业集群,打造人才培养新模式,推进科教融合、产教融合和农科教结合,最终培养出具有较强实践能力和创新能力的应用型人才,为我国农业的现代化发展打下良好基础[4]。如何有效整合校企资源,促进植物组织培养实验室科研工作及成果能满足社会需要、服务地方经济,有效对接社会化方面是摆在高校人才培养方案面前的又一新课题。

高校教师既有教学,又有科研任务,但科研主要依托国家自然科学基金及一些横向课题,从事一些基础的科研工作,与外面企业单位没有建立共同的合作互惠机制,这样就使得科研教师的一些创新科研成绩转化为科研成果的转化率不高,没有建立起“产学研”一体化的创新体系,也使得一些科研成果仅仅只局限于纸面上[5]。而高校植物组织培养实验室是可以开发生产许多新的产品的,这是许多外面植物组织培养工厂所缺乏的,而植物组织培养实验室如果开发生产产品,会创造较好的经济效益,这是其他许多实验室所欠缺的。高校应积极拓宽门路,特别是有农科的高校,可以利用自身的科研、人才和技术优势,积极响应国家乡村振兴战略,让高校的科研成果尽快地满足乡村农业需求,积极打造高校农科特色。比如美丽乡村建设中,“美丽经济”作为乡村振兴的首要任务,大量农村合作社的玫瑰采摘园、草莓园、花卉基地、中药材基地等,都可以通过植物组织培养技术达到快繁,而且离体快繁系数大。可以周年快繁,繁殖速度快,苗木成规模、整齐一致,这样可以方便为更多的农户提供优质种苗、花苗和中药苗,特别是经济作物生姜、土豆等。为了提供无毒种苗,只有组织培养技术才能做到这点。根据农户需求和良种繁育中的技术难题,共同攻关,并使成果和技术得到迅速转化,以科技服务为导向,生产符合市场需求的产品,给农民提供优质价廉的产品,提高产品的售后服务,为农民提供从生产到收获的服务,对振兴乡村经济、服务地方经济做出不可估量的贡献。比如,高校中农科“产学研”三结合做得比较好的华南农业大学农学院香蕉试管苗和浙江农林大学的杭州木木生物科技有限公司等[6],我校也学习了其成功的经验和管理,在乡村振兴、服务三农的大环境下,越来越多的“产学研”模式创造了更大的社会效应和经济效益。我校的刘奕清教授创立生姜“苗繁种”理论与生产应用技术体系,发明了无菌苗工厂化繁育与苗繁种技术,形成以无菌苗繁育为核心的种姜高效快繁技术体系,改变了“姜母”繁育种姜的传统模式,建成第一个国家无菌种姜繁育综合标准化示范区,使生产种带菌率由35%降至1%,用种量比常规种减少35%,育成国内目前仅有的两个抗姜瘟病菜姜新品种渝姜1号和渝姜2号,取得了巨大的经济效益;还有我校周燚老师的白芪种苗育苗培养体系的建立及推广带动了当地农民的种植热情和创收,现在已进入产业化种植模式中。这些成功的例子,可以进一步推广在其他的种苗繁育中,让植物组织培养实验室的功能应用更广泛,创造更大的社会效益。

3.4 拓展植物组织培养实验室的应用范围,凸显高校农科特色,为国家的种业发展尽力

2022年中央一号文件提出,大力推进种源等农业关键核心技术攻关,全面实施种业振兴行动方案;加快推进农业种质资源普查收集,强化精准鉴定评价;推进种业领域国家重大创新平台建设[7]。启动农业生物育种重大项目,如何打好种业翻身仗,培育出高产、优质、抗病的农作物品种,是摆在科研人员面前的一道道课题。而加快构建我国现代种业体系,提升现代种业工程建设是现代农业生产领域的重要环节。植物组织培养广泛应用于现代种业体系,组织培养技术在种质创制、种苗繁育、种质资源保存、遗传资源保存等方面得到了普遍的应用,已成为当代生物科学中最有生命力的一门学科。比如,水稻育种技术逐渐由单一的育种技术过渡到不同技术的相互作用,水稻花药培养多采用先诱导出愈伤组织,国内已经通过花药培养的方法培育出了多个优质的水稻品种,并且到现阶段,已经逐渐结合其他选育手段来进行花药培养选种[8];另外,植物组织培养技术的茎尖培养和热处理与常规育种相比,可以获得无病毒的苗木,从根本上防治作物病毒,这种无病毒苗木已在很多作物的常规生产上得到应用,等等。高校农科植物组织培养实验室应该紧跟国家政策方针,大力拓展植物组织培养新技术应用和创新,为国家的种业助力,进一步凸显高校农科的特色和优点。

结语

高校植物组织培养实验室应采取有效的管理措施,进一步深化该实验教学的内涵,拓宽实验室的开放功能,努力提升该实验室的管理水平和服务社会的能力,实现实验室的自我“供血”的循环,促进高校科研和创收带来的可持续性的良性发展,使得育人和服务社会两不误。同时,以植物组织培养技术课程实践教学改革中获得的成果,也能应用于其他应用性较强的课程实践教学改革中,使该类实验室社会服务的功能发挥到极致。