《Frontiers in Horticulture》：Development of a portable plant tissue culture box: an eco-friendly solution for tissue culture laboratories
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这篇文献报道了一种便携式植物组织培养（PTC）箱的开发与验证。传统PTC实验室需要昂贵、高能耗的专业培养室。本研究设计并构建了一种便携、低成本的PPTCB，其采用基于帕尔贴（Peltier）效应的环保冷却系统和LED光源，能在20-30°C范围内精确控温。以菠萝为材料进行的实验表明，在该便携箱中培养的植株，其鲜重、干重、含水量、叶绿素/类胡萝卜素含量等生理指标，以及遗传保真度，均与传统培养室的结果无显著差异。该系统显著降低了能耗和二氧化碳（CO2）排放，为小型实验室、教育机构及实地应用提供了一种可持续、经济高效的组织培养替代方案。
便携式植物组织培养箱的研发：设计与验证
植物组织培养（Plant Tissue Culture, PTC）是一种在严格无菌和受控环境下，促进植物细胞、组织或器官生长与增殖的关键技术。它在基础研究（如细胞全能性、激素作用）和应用领域（如植物生物技术、农业、濒危物种保护）都发挥着核心作用。然而，传统的PTC实验室需要配备专用培养室、控温控光系统、空调等，其建设与维护成本高昂，能耗巨大，且依赖专业人员，这限制了该技术的普及，特别是在资源有限的环境中。此外，常规空调系统使用的制冷剂可能对环境造成危害。为了应对这些挑战，本研究旨在开发并验证一种低成本、便携、环保的植物组织培养箱，以取代或补充传统的培养设施。
材料与方法
便携式植物组织培养箱的设计与构建
本研究设计并构建了一款低温和携式植物组织培养箱（Portable Plant Tissue Culture Box, PPTCB）。其外观和内部结构如文中图片所示，该箱体尺寸为18×18×24英寸，总容积130L，培养室容积60L。其核心创新在于采用基于帕尔贴（Peltier）效应的热电冷却模块作为主要温控手段，替代了传统的压缩机制冷空调。该系统通过定制设计的铝制热交换器、直流风扇和辅助加热元件，构成了一个闭环温控系统，能够将内部温度稳定维持在20°C至30°C之间。箱壁覆有隔热材料以减少热损失。照明系统由蓝、红、白光LED组成，光强可在100-3000 Lux间调节，并可通过数字定时器控制光暗周期。整个系统可使用220V市电或太阳能供电，体现了其环保与便携特性。箱体的主要技术规格，包括温度控制器（数字PID控制器）、空气循环（轴流风扇强制通风）、照明、内外门设计（透明内门和带磁力密封条的绝缘外门）以及机身材料（再生塑料）等，均在文中表格详细列出。此外，用于控制系统电路的印刷电路板（PCB）是通过化学蚀刻工艺自主设计并制造的。
实验设计与培养
本研究以菠萝（Ananas comosusL. ‘Queen’品种）的茎尖分生组织为外植体，将其接种于添加了3 mg L-1BAP和0.5 mg L-1IAA的固体MS培养基中进行初始培养和增殖。随后，将获得的菠萝组培苗转入新的MS培养基（含0.75 mg L-1IAA）中，设置两个处理组进行对比实验：对照组在常规植物组织培养系统中培养，实验组则在开发的便携式PTC箱中培养。两组均维持25 ± 2 °C的温度，14小时光照/10小时黑暗的光周期，以及50 ± 5 μmol m-2s-1的光强。每个处理培养25株苗，培养30天后进行各项指标测定。
生长与生理生化指标测定
培养30天后，测量植株的鲜重、干重并计算含水量。通过分光光度法测定叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素以及类胡萝卜素的含量，以评估光合能力。使用氯仿-十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）法提取植株叶片DNA，并利用随机扩增多态性DNA（Random Amplified Polymorphic DNA, RAPD）分子标记技术，通过一组随机引物（OPA1-OPA10, OPB1-OPB10）进行PCR扩增和凝胶电泳分析，以检测组培苗的遗传保真度，确保无显著的体细胞无性系变异。
结果与讨论
能耗与环境影响分析
与传统空调系统相比，便携式PPTCB展现出显著的节能环保优势。计算表明，一台标准的1.5吨5星级空调每小时耗电约1.5 kWh，日耗电36 kWh。若以燃煤发电计，生产这些电力每日需燃烧约18.28 kg烟煤，并排放约44.24 kg的CO2。而PPTCB的功率仅为300W（0.3 kWh），日耗电7.2 kWh，对应燃煤量仅为3.65 kg，CO2日排放量约8.83 kg，减排幅度达80%。若完全使用太阳能供电，则可实现CO2的零排放。这凸显了该系统在降低运行成本和环境足迹方面的双重效益。
植株生长性能评估
经过30天的培养，无论是在常规系统还是便携式PTC箱中，菠萝组培苗的鲜重和干重均较培养初期（第0天）有显著增加。具体数据表明，常规系统组培苗的鲜重和干重分别为347 ± 17 mg和201 ± 8 mg/g鲜组织，而便携箱组分别为341 ± 15 mg和196 ± 7 mg/g鲜组织，两者无显著差异。同时，两组的含水量也相近（约80%），且均低于初期，表明组织成熟度提高。这些结果证明，便携式PTC箱能够提供与传统培养室相当的生长条件，支持正常的生物量积累和组织发育。文中图片也直观展示了在不同系统中培养30天后，植株均呈现出健康的生长状态。
光合色素含量分析
光合色素含量的测定进一步证实了便携式系统的有效性。培养30天后，两组植株的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量均较第0天显著上升。重要的是，便携箱中植株的各类色素含量与常规系统中的植株含量均无统计学显著差异。这表明便携箱所提供的LED光照和温控环境足以支持叶绿体的正常发育和光合色素的合成，保证了植株良好的光合生理功能。
遗传保真度验证
遗传稳定性是组培技术大规模应用的关键。RAPD分析结果显示，使用多对随机引物扩增，从便携式PTC箱和常规系统中培养的植株DNA样品，均产生了一致、清晰的条带模式，未出现多态性条带。文中展示的凝胶电泳图清晰显示了这种一致性。该结果表明，在本研究采用的培养条件下，便携式系统并未诱导可检测的遗传变异，所繁殖的植株保持了良好的遗传均一性。
结论
本研究所开发的便携式植物组织培养箱成功复制了标准组织培养室的生长环境与效率。以菠萝为模型植物的综合评估表明，在该便携箱中培养的植株，其形态生长（鲜重、干重）、生理生化指标（光合色素、含水量）以及分子水平的遗传保真度，均与在传统培养室中生长的植株相当。因此，该便携式PTC箱可作为一种可行的替代方案，用于植物离体（in vitro）培养的各个阶段，包括愈伤组织维持、芽的诱导增殖以及再生苗的保存。该系统结构简单、成本低廉、节能环保且便于携带，特别适合小型实验室、教学机构、资源有限地区使用，甚至在种质资源短中期活体保存、濒危物种转移以及航空航天植物学研究等特殊场景中也具有应用潜力。这项创新为推广植物组织培养技术、同时降低其环境和经济成本，提供了一条可持续的新路径。
