1、植物細(xì)胞與組織培養(yǎng)的技術(shù)意義

植物細(xì)胞與組織培養(yǎng)技術(shù)基于植物細(xì)胞的全能性，可實(shí)現(xiàn)作物育種加速（如單倍體育種、基因編輯材料擴(kuò)繁）、次生代謝產(chǎn)物定向生產(chǎn)（如藥用植物活性成分）及種質(zhì)資源長期保存，是解決糧食安全、藥用資源短缺及生物多樣性保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)手段。然而，該技術(shù)對培養(yǎng)環(huán)境的敏感性極高，除溫濕度、光照外，氣體組分是易被忽視的核心影響因素——CO?直接參與植物細(xì)胞的光合暗反應(yīng)與碳代謝，O?濃度過高易引發(fā)氧化應(yīng)激損傷，過低則抑制呼吸作用，而N?作為平衡氣體可維持環(huán)境穩(wěn)定性，三者的協(xié)同調(diào)控直接決定培養(yǎng)效率。

2、傳統(tǒng)培養(yǎng)設(shè)備的局限性

當(dāng)前主流的植物細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備以CO?培養(yǎng)箱為主，僅能調(diào)控CO?濃度（通常3%-5%）與溫濕度，無法實(shí)現(xiàn)O?濃度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致以下問題：

高氧環(huán)境（空氣中O?約21%）引發(fā)懸浮細(xì)胞活性氧（ROS）積累，抑制愈傷組織增殖；

對厭氧或微氧偏好性植物細(xì)胞（如水稻胚性愈傷）無法提供適宜環(huán)境，誘導(dǎo)率低于30%；

種質(zhì)低溫保存過程中，O?介導(dǎo)的脂質(zhì)氧化加劇，導(dǎo)致種質(zhì)活力衰減速度加快。

3、博清生物三氣培養(yǎng)箱的技術(shù)優(yōu)勢

博清生物三氣培養(yǎng)箱針對上述痛點(diǎn)，集成了多氣體精準(zhǔn)調(diào)控、智能環(huán)境監(jiān)控及穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)，核心技術(shù)參數(shù)如下：

氣體調(diào)控范圍：CO?精度±0.1%、O?精度±0.3%、N?自動平衡；

溫濕度控制：溫度3-60℃（波動 ±0.2℃）；

安全設(shè)計(jì)：氣體泄漏報(bào)警、超溫保護(hù)、斷電記憶功能。

本研究旨在驗(yàn)證該設(shè)備在不同植物細(xì)胞與組織培養(yǎng)場景中的應(yīng)用效能，為其在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域的推廣提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

一、材料與方法

（一）實(shí)驗(yàn)材料

選取4種代表性植物材料，覆蓋模式植物、糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物及種質(zhì)資源：

1、煙草：葉片誘導(dǎo)的愈傷組織，用于增殖效率測試；

2、水稻：成熟胚誘導(dǎo)的胚性愈傷，用于誘導(dǎo)率測試；

3、大豆：懸浮細(xì)胞系（BB5品系），用于活力與次生代謝產(chǎn)物測試；

4、馬鈴薯：塊莖誘導(dǎo)的分生組織，用于低溫保存測試。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置實(shí)驗(yàn)組（博清生物三氣培養(yǎng)箱）與對照組（傳統(tǒng)CO?培養(yǎng)箱，僅調(diào)控CO? 5%、溫度 25℃、濕度70%），每組3次重復(fù)，培養(yǎng)周期根據(jù)材料特性設(shè)定。

（三）檢測方法

1、生長指標(biāo)測定：愈傷組織鮮重通過電子天平直接測量，干重通過80℃烘干至恒重后測定；

2、細(xì)胞活力檢測：采用FDA-PI雙染色法，熒光顯微鏡觀察，計(jì)算活細(xì)胞比例；

3、次生代謝產(chǎn)物檢測：大豆異黃酮采用高效液相色譜測定，色譜柱為C18柱，流動相為甲醇-水（40:60，v/v），檢測波長254nm；

4、胚性愈傷誘導(dǎo)率：統(tǒng)計(jì)形成胚性愈傷的外植體數(shù)占總外植體數(shù)的比例，愈傷緊實(shí)度通過質(zhì)地分析儀（TA.XT Plus）測定硬度值；

5、種質(zhì)保存存活率：馬鈴薯分生組織解凍后接種于MS培養(yǎng)基，2周后統(tǒng)計(jì)綠色再生組織比例。

二、結(jié)果與分析

（一）對煙草愈傷組織增殖的影響

實(shí)驗(yàn)組（O?10%、CO?3%）煙草愈傷組織21d鮮重增長率達(dá)189.2%，顯著高于對照組（133.0%），提升幅度42.2%；干重增長率實(shí)驗(yàn)組為78.5%，對照組為55.1%，提升幅度42.5%。推測低O?環(huán)境（10%）降低了愈傷組織內(nèi)ROS積累（對照組ROS含量為實(shí)驗(yàn)組的2.3倍），減少了氧化損傷，而適宜的 CO?濃度（3%）促進(jìn)了碳同化效率，共同推動愈傷組織快速增殖。

（二）對水稻胚性愈傷誘導(dǎo)的影響

水稻胚性愈傷是遺傳轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵材料，其誘導(dǎo)率直接影響育種效率。實(shí)驗(yàn)組（O? 5%、CO? 4%）水稻胚性愈傷誘導(dǎo)率達(dá)68.3%，較對照組（29.7%）提升129.9%；且實(shí)驗(yàn)組愈傷組織硬度值為1.8N，顯著高于對照組（1.1N），表明其結(jié)構(gòu)更緊實(shí)、分化能力更強(qiáng)。這一結(jié)果與低O?環(huán)境抑制細(xì)胞凋亡、高CO?促進(jìn)胚性基因表達(dá)的機(jī)制一致。

（三）對大豆懸浮細(xì)胞活力與次生代謝的影響

大豆懸浮細(xì)胞是生產(chǎn)異黃酮的重要生物反應(yīng)器，其活力與代謝效率密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)組（O? 8%、CO?2%）大豆懸浮細(xì)胞14d存活率達(dá)89.5%，對照組僅為65.2%；HPLC檢測顯示，實(shí)驗(yàn)組異黃酮含量為2.8mg/g DW，較對照組（2.1mg/g DW）提升33.3%。分析表明，8%O?濃度既能滿足細(xì)胞呼吸需求，又避免了ROS過量積累，而2% CO?濃度通過調(diào)控苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性（實(shí)驗(yàn)組PAL活性為對照組的1.6倍），促進(jìn)了異黃酮的生物合成。

（四）對馬鈴薯種質(zhì)低溫保存的影響

馬鈴薯種質(zhì)低溫保存中，O?介導(dǎo)的脂質(zhì)氧化是導(dǎo)致活力下降的主要原因。實(shí)驗(yàn)組（O? 2%、CO? 1%、4℃）馬鈴薯分生組織90d保存后解凍存活率達(dá)76.8%，對照組僅為54.7%；且實(shí)驗(yàn)組再生率為68.3%，顯著高于對照組（45.2%）。低O?環(huán)境（2%）顯著降低了脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）的含量（實(shí)驗(yàn)組MDA含量為對照組的0.5倍），減少了細(xì)胞膜損傷，從而延長了種質(zhì)保存周期。

三、討論

（一）博清生物三氣培養(yǎng)箱的核心作用機(jī)制

本研究證實(shí)，博清生物三氣培養(yǎng)箱通過以下機(jī)制提升植物細(xì)胞與組織培養(yǎng)效能：

1、O?濃度精準(zhǔn)調(diào)控：根據(jù)不同植物材料的呼吸特性（如水稻胚性愈傷偏好微氧、大豆懸浮細(xì)胞需適度氧），將O?濃度控制在0.5%-21%，避免氧化應(yīng)激或呼吸抑制，維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)；

2、CO?與O?協(xié)同作用：CO?不僅為光合細(xì)胞提供碳源，還可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)pH值影響酶活性，與O?共同調(diào)控碳代謝與次生代謝通路；

3、穩(wěn)定的微環(huán)境保障：設(shè)備的溫濕度高精度控制（溫度波動±0.1℃）與N?平衡氣體設(shè)計(jì)，避免了環(huán)境參數(shù)波動對敏感細(xì)胞（如懸浮細(xì)胞）的沖擊，提升培養(yǎng)重復(fù)性。

（二）與傳統(tǒng)培養(yǎng)設(shè)備的性能對比

傳統(tǒng)CO?培養(yǎng)箱因無法調(diào)控O?濃度，在微氧需求型材料（如水稻胚性愈傷）培養(yǎng)中存在天然缺陷，且高氧環(huán)境導(dǎo)致細(xì)胞活力與代謝效率下降。而博清生物三氣培養(yǎng)箱的多氣體調(diào)控能力填補(bǔ)了這一空白，其在愈傷增殖、胚性誘導(dǎo)、代謝產(chǎn)物積累及種質(zhì)保存中的綜合效能較傳統(tǒng)設(shè)備提升22%-129%，尤其適用于高難度植物細(xì)胞培養(yǎng)場景。

（三）應(yīng)用前景與局限性

博清生物三氣培養(yǎng)箱在農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊：

1、作物育種：提升基因編輯材料（如CRISPR-Cas9編輯水稻）的胚性愈傷誘導(dǎo)率，加速育種進(jìn)程；

2、藥用植物生產(chǎn)：為紫杉醇（紅豆杉細(xì)胞）、青蒿素（青蒿細(xì)胞）等次生代謝產(chǎn)物的工業(yè)化生產(chǎn)提供優(yōu)化環(huán)境；

3、種質(zhì)資源庫建設(shè)：延長馬鈴薯、甘薯等無性繁殖作物的種質(zhì)保存周期，降低保存成本。

本研究的局限性在于僅測試了4種植物材料，后續(xù)需擴(kuò)展至更多物種（如木本植物、藥用植物），并探索氣體參數(shù)的動態(tài)調(diào)控模式（如不同培養(yǎng)階段調(diào)整O?濃度），進(jìn)一步挖掘設(shè)備潛力。

本研究系統(tǒng)驗(yàn)證了博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的三氣培養(yǎng)箱在植物細(xì)胞與組織培養(yǎng)中的應(yīng)用效能。結(jié)果表明，該設(shè)備通過精準(zhǔn)調(diào)控CO?、O?、N?氣體環(huán)境，可顯著提升植物愈傷組織增殖效率、胚性愈傷誘導(dǎo)率、懸浮細(xì)胞活力及種質(zhì)保存存活率，其綜合性能優(yōu)于傳統(tǒng)CO?培養(yǎng)箱。博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的三氣培養(yǎng)箱為農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域提供了穩(wěn)定、可控的微環(huán)境調(diào)控工具，對推動作物育種、次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)及種質(zhì)資源保護(hù)具有重要意義，值得在科研與產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域推廣應(yīng)用。