正交试验法在植物组培技术中的应用

一、定义

  植物组织培养（Plant tissue culture）广义又叫离体培养，指从植物体分离出符合需要的组织、器官或细胞，原生质体等，通过无菌操作，在无菌条件下接种在含有各种营养物质及植物激素的培养基上进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他产品的技术。狭义是指用植物各部分组织，如形成层、薄壁组织、叶肉组织、胚乳等进行培养获得再生植株，也指在培养过程中从各器官上产生愈伤组织的培养，愈伤组织再经过再分化形成再生植物。

  正交试验设计（Orthogonal experimental design）是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格，称为正交表。当析因设计要求的实验次数太多时，一个非常自然的想法就是从析因设计的水平组合中，选择一部分有代表性水平组合进行试验。因此就出现了分式析因设计（fractional factorial designs），但是对于试验设计知识较少的实际工作者来说，选择适当的分式析因设计还是比较困难的。例如作一个三因素三水平的实验，按全面实验要求，须进行3^3=27种组合的实验，且尚未考虑每一组合的重复数。若按L9（3^4）正交表安排实验，只需作9次，按L15（3^7）正交表进行15次实验，显然大大减少了工作量。因而正交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。

二、基本思想

  植物组培试验中，经常使用不同植物激素（例如玉米素、萘乙酸、6-BA、激动素、IBA、IAA、2,4-D）、生长因子、添加剂与抗生素进行搭配使用，从而才能得到较好的试验结果。但是较多的组合会增加试验过程的难度，耗费时间，最终造成试验效率的低下。而正交试验设计法，就是使用已经造好了的表格“正交表”来安排试验并进行数据分析的一种方法。它简单易行，计算表格化，使用者能够迅速掌握。

三、案例分析

  以“姚绍嫦等：正交试验优选罗汉果组培苗生根壮苗生产工艺”这篇文献进行介绍正交试验在植物组培技术中的应用。

  注：以下数据、图片和结论均来自“姚绍嫦等：正交试验优选罗汉果组培苗生根壮苗生产工艺”。

  采用L9（34）正交试验设计以培养基、NAA、蔗糖、活性炭为因素，每个因素设3个水平（表1），由L9（34）正交表得到正交试验设计表（表2）。

  培养20d观察测定罗汉果组培苗的株高（cm）、茎粗（cm）、新增叶片数、新增最大叶面积（cm2）、根数、根长（cm）、根粗（mm）、单株鲜重（g）等各个性状。实验数据用Excel和SPSS 17.0软件进行分析，最终得到表3、表4和表5的结果。

  根据统计结果发现，在罗汉果生根壮苗培养过程中，不同激素组合对生根壮苗效果影响较大，株高、茎粗等性状表现出不同的变化规律（表3），由正交试验设计结果（表4）中的极差R大小决定各因素对结果的影响程度依次为：A＞D＞B＞C，即培养基＞活性炭＞NAA＞蔗糖，由此可知，培养基对罗汉果生根壮苗的影响最大。

  从表5可见，培养基与活性炭的作用达到显著水平，而NAA与蔗糖对生根壮苗的作用不显著。在本试验设计范围内，得到罗汉果组培苗生根壮苗较优的组合为A2B3C3D2，即1/2MS培养基+NAA 0.5mg/L+蔗糖30g/L+活性炭0.5g/L。

  把罗汉果无菌苗转接到A2B3C3D2组合配制的培养基上，30d后统计株高、茎粗等各性状值之和达42.08（图1），比正交设计中任何一个组合都高，证实了正交试验筛选的结果。

  注：以上数据、图片和结论均来自“姚绍嫦等：正交试验优选罗汉果组培苗生根壮苗生产工艺”。

四、总结

  正交试验法是一种高效、经济的实验设计方法，其核心优势在于能够通过较少的试验次数获得全面的试验结果。这种方法利用“正交表”来安排和分析多因素试验，具有“均匀分散，齐整可比”的特点，确保了试验点的代表性和试验条件之间的可比性。正交试验法的优点具体体现在以下几个方面：

‌  1．试验次数少，效果好‌：正交试验法能够在较少的试验次数下，通过精心设计的试验方案，获得全面的试验结果，从而找到较好的生产条件或配方。

‌  2．方法简单，使用方便‌：正交表是一种已经制好的标准化表格，根据试验的需求选择合适的表格进行试验设计，大大简化了试验设计的复杂性，使得非专业人员也能够轻松掌握和应用。

‌  3．效率高‌：正交试验法能够在短时间内提供有效的解决方案，适用于多因素多水平的试验设计问题，为实际生产和科研提供有力的支持。

  4．结果分析容易‌：通过极差分析或方差分析等方法对试验数据进行处理，可以清晰地展示各因素对试验指标的影响程度以及交互作用的大小，同时还可以估计误差的大小，为后续的试验优化提供重要参考。

五、植物组培相关培养基的采购

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注：本文属海博生物原创，未经允许不得转载。

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