综述：微型综述：使用临时浸没生物反应器的植物微繁殖——以甘蔗和马铃薯为重点

《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》：Mini-review: plant micropropagation using temporary immersion bioreactors with emphasis on sugarcane and potato

本综述系统阐述了临时浸没生物反应器(TIBs)如何通过周期性浸没方式优化植物组织的营养吸收与气体交换，显著提升甘蔗（采用多效唑和赤霉素两步法）和马铃薯等作物的微繁殖效率，在降低成本（如甘蔗生产成本降低46%）的同时保障植株质量，展现了其在大规模、可持续农业生产中的巨大潜力。

　　

临时浸没生物反应器：植物生物技术的革命性平台

临时浸没生物反应器（Temporary Immersion Bioreactors, TIBs）的出现，为植物微繁殖（micropropagation）领域带来了一场静默的革命。与传统固体培养基或持续浸没培养方式不同，TIBs的核心创新在于其“间歇性”供液机制。该技术通过程序控制，使植物组织周期性地、短暂地浸没在液体培养基中，随后又暴露于气体环境。这种巧妙的“呼吸-进食”循环，完美地平衡了营养吸收与气体交换（特别是氧气和乙烯的调控）这一对在离体培养中常常相互制约的关键因素，从而显著促进了植物的生长与发育。

技术优势：效率与质量的双重飞跃

TIBs的优势是全方位且令人瞩目的。首先，它极大地提高了繁殖系数和生长速率。植物材料能够更均匀、更有效地接触养分，避免了固体培养基中可能存在的营养梯度问题。其次，所获得的再生植株质量更高。由于通气状况改善，植株的生理性胁迫（如玻璃化现象）显著减少，形态结构更接近自然生长的个体，这为后续的驯化移栽和田间生长奠定了坚实基础。再者，从生产角度看，TIBs自动化程度高，能减少人工操作，并易于放大规模，从而在单位时间内生产更多、更一致的植物材料，最终大幅降低生产成本。除了作为高效的微繁殖工具，TIBs的应用领域已扩展至次级代谢产物（如一些具有药用价值的植物化合物）的生产和濒危植物的离体保存，显示出其在生物技术领域的广泛适用性。

聚焦应用：甘蔗与马铃薯的成功范例

该综述特别聚焦于甘蔗和马铃薯这两种具有全球重要性的作物，并分享了经过验证的优化方案。

在甘蔗微繁殖中，研究人员开发了一套高效的“两步法”TIBs protocol。第一步，在培养基中添加生长调节剂多效唑（paclobutrazol），其主要作用是促进芽的增殖，有效使繁殖率翻倍。第二步，则转换至含有赤霉素（gibberellic acid, GA₃）的培养基，以诱导芽的伸长生长，形成健壮的植株。这套组合拳不仅将甘蔗的繁殖率提升了一倍，更将生产成本降低了惊人的46%。田间试验证实，通过TIBs技术生产的甘蔗种苗，其农艺表现与常规方法生产的种苗相当甚至更优。

在马铃薯的案例中，TIBs技术被成功应用于微型薯（microtuber）的生产。在秘鲁进行的研究表明，相较于传统的固体培养基方法，利用TIBs生产的马铃薯微型薯在质量和数量上均有显著提升。具体表现为，每株植物在收获时能够产生更多的微型薯，这些微型薯大小均一、活力强，为马铃薯的良种繁育和病害脱除提供了优质的起始材料。

挑战与展望

尽管TIBs技术前景广阔，但其推广应用仍面临一些挑战。初始的设备设置成本相对较高，系统的灭菌和维护需要专业知识，且最佳培养参数（如浸没频率、持续时间）往往因植物物种甚至品种而异，需要大量的前期优化工作。然而，这些挑战也正是未来研究与技术发展的方向。随着自动化控制、传感器技术和材料科学的进步，TIBs系统有望变得更加智能、经济和用户友好。

总而言之，临时浸没生物反应器（TIBs）是一项将生物技术与可持续农业需求紧密结合的 pivotal 创新。它以其高效、可扩展和成本效益高的特点，为满足全球对高质量植物材料日益增长的需求提供了强有力的解决方案，特别是在应对粮食安全、生物多样性保护和特种化合物生产等重大挑战方面，展现出巨大的潜力。