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植物组织培养中,蔗糖作为标准碳源与培养物的生长速度和生长量密切相关,是影响植物组织培养成功与否的关键因素。植物组织培养是在无菌,半封闭环境下进行的,而传统的蔗糖测定方法无法在保持无菌环境下对培养基中的蔗糖进行测定。近红外光谱分析技术是一种快速、无损的分析检测技术,样品几乎不需要任何前处理的特点使无损检测培养基中蔗糖含量成为可能。本研究尝试用近红外光谱分析技术对植物组培培养基中的蔗糖含量进行定量分析,并对其在组培中的应用进行初步的探讨。
为观察组培玻璃瓶装样对实验产生的影响,实验根据组培培养基中蔗糖浓度的范围,配备了组培锥形瓶装样,带均质玻璃盖的玻璃培养皿装样和不带盖的裸露的玻璃培养皿装样三组培养基样品,在相同状态下采集其光谱。每组样品77个,其中57个样品作为校正集,20个作为验证集。实验首先对三组光谱原始数据进行建模,显示组培瓶装样对模型的预测精度产生很大的影响;实验结合PLS对常规的预处理方法(平滑,一阶和二阶导数,多元散射校正等)进行分析比较,同时采用相关系数法和遗传算法对波长进行筛选优化。基于组培瓶装样及样品本身易造成的非线性,实验引入PLS+ANN的建模方法并和PLS进行分析比较,对模型进行优化。结果显示,PLS+ANN的建模效果要普遍优于PLS,而经过预处理及优选波长后最终的模型,组培瓶装样组的预测均方根误差和相对误差分别为2.083和6.367%,相关系数为0.988,逼近裸露组的1.7336和5.636%,达到了实验的检验标准。用此模型对移栽植物后的培养基进行验证,预测均方根误差和相对平均误差分别2.6239和8.7622%,相关系数为0.966,得到了比较好的检验效果。
分别利用近红外光谱分析技术和图像处理法对组培过程中培养基蔗糖含量和组培苗的质量进行无菌动态监测,把组培苗生长的质量和对培养基中蔗糖的消耗结合起来对组培苗的生长状况进行分析。结果显示:在接种后初期生长阶段,植物量小的组培苗对蔗糖的平均消耗速率在15%-30%之间,要明显大于植物量大的组培苗(4%-7%),暗示着组培中植物量小的组培苗在培养的初期具有更强的异养能力;从组培苗对吸收的蔗糖的利用效率来看,同种组培苗在不同的时间段对蔗糖的利用效率是不同的,存在峰和谷的交替,不同种类组培苗在不同的生长阶段对对蔗糖的利用效率也存在很大的差异,其中,在培养的前中期,诸葛菜对蔗糖的利用效率要明显大于同属十字花科的油菜,而缺刻型茅苍术在培养的中后期对蔗糖的利用效率比长披针型茅苍术更具优势。