植物組織培養(yǎng)的應用及發(fā)展前景修訂稿

1、植物組織培養(yǎng)的應用及發(fā)展前景案編碼：YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08植物組織培養(yǎng)技術應用及進展摘要：本文綜述了植物組織培養(yǎng)理論的發(fā)展，重點論述其再脫毒、快繁、育種與有機化 合物工業(yè)生產以及種質資源的保存等方面的應用，并對應用的前景作簡單的展望。 關鍵詞:植物組織培養(yǎng)；應用；進展 中圖分類號：1 .理論起源19世紀30年代，德國家施萊登和德國動物學家創(chuàng)立了細胞學說，根據這一學說，如 果給細胞提供和生物體內一樣的條件，每個細胞都應該能夠獨立生活。1902年，德國植 物學家哈伯蘭特在的理論是植物組織培養(yǎng)的理論基礎。1958年，一個振奮人心的消息從 傳向世界各地，美國植物學家斯

2、等人，用韌皮部的細胞進行培養(yǎng)，終于得到了完整，并 且這一植株能夠開花結果，證實了哈伯蘭特在五十多年前關于細胞全能的預言。植物組織培養(yǎng)的簡單過程如下：剪接植物器官或組織一一經過（也叫去分化）形成 愈傷組織一一再經過形成組織或器官一一經過培養(yǎng)發(fā)育成一顆完整的植株。植物組織培養(yǎng)的大致過程是：在無菌條件下，將植物器官或組織（如芽、莖尖、根 尖或花藥）的一部分切下來，用纖維素酶與果膠酶處理用以去掉細胞壁，使之露出原生 質體，然后放在適當的人工上進行培養(yǎng)，這些器官或組織就會進行，形成新的組織。不 過這種組織沒有發(fā)生分化，只是一團薄壁細胞，叫做。在適合的光照、溫度和一定的營 養(yǎng)物質與激素等條件下，愈傷組織便

3、開始分化，產生出植物的各種器官和組織，進而發(fā) 育成一棵完整的植株。植物組織培養(yǎng)即植物無菌培養(yǎng)技術，乂稱離體培養(yǎng)，是根據植物細胞具有全能性的 理論，利用植物體離體的器官如根、莖、葉、莖尖、花、果實等）組織（如形成層、表 皮、皮層、髓部細胞、胚乳等）或細胞（如大抱子、小抱子、體細胞等）以及，在無菌和 適宜的人工培養(yǎng)基及光照、溫度等人工條件下，能誘導出愈傷組織、不定芽、不定根， 最后形成完整的植株的學科2 .植物組織培養(yǎng)發(fā)展簡史植物組織培養(yǎng)是20世紀30年代初期發(fā)展起來的一項生物技術。它是在人工配制的培養(yǎng) 基上，于無菌狀態(tài)下培養(yǎng)植物器官、組織、細胞、原生質體等材料的方法。植物細胞的全能性是植物組織培

4、養(yǎng)的理論基礎。20世紀初，曾有人提出能否將植物的薄 壁細胞培養(yǎng)成完整植株研究者從胡蘿卜根的韌皮部取下一塊組織，并在液體培養(yǎng)基中培 養(yǎng)，使其分化出了愈傷組織，從愈傷組織乂得到胚狀體，胚狀體轉移到固體培養(yǎng)基上繼 續(xù)培養(yǎng)后，獲得了完整的胡蘿卜試管植株。經過栽培，此植株能夠正常生長并開花結 果，其種子繁衍出來的后代與正常植株的種子所繁衍出的后代別無二致。根據此實驗可 以得出以下結論：即不經過有性生殖過程也能將植物的薄壁細胞培養(yǎng)出與母體一樣的完 整植株。由于植物的每個有核細胞都攜帶著母體的全部基因，故在一定條件下，它們均 能發(fā)育成完整植株，這就是所謂的植物細胞全能性?？茖W家在植物激素對器官建成，及改進培

5、養(yǎng)基配方等方面所取得的成果，極大地推動了 組織培養(yǎng)技術的發(fā)展，使這項技術可以實際應用于快速繁殖、品種改良等方面。20世紀 50年代初期，法國科學家利用組織培養(yǎng)技術成功地脫除了染病大麗花植株所攜帶的病 毒，從而為脫毒苗的生產提供了一種可行的途徑?，F在憑借組織培養(yǎng)技術來脫除植物的 病毒已經在生產中廣泛應用。20世紀50年代中期，由于細胞分裂素的發(fā)現，使組織培養(yǎng) 狀態(tài)下外植體芽的形態(tài)建成成為可人為調控的因素，從而使在組織培養(yǎng)狀況下進行植株 再生成為現實。進入60年代以后，組織培養(yǎng)技術在基礎理論、實際操作方面不斷取得進 展，相繼在植物體細胞雜交、單倍體育種、種質資源保存、快速育苗、人工種子制造、 次生

6、代謝物生產等方面有了可喜的成果。時至今日，組織培養(yǎng)技術已經成為基礎堅實、 易于掌握、應用面廣的一種技術手段。3 .在植物脫毒和快速繁殖上的應用脫毒植物脫毒和離體快速繁殖是目前植物組織培養(yǎng)應用最多、最有效的一個方面。很多 農作物如馬鈴薯、甘薯、大蒜等都帶有病毒，但感病植株并非每個部位都帶有病毒， White早在1943年就發(fā)現植物生長點附近的病毒濃度很低甚至無病毒。如果利用組織培 養(yǎng)方法，取一定大小的莖尖進行培養(yǎng)再生可獲得脫病毒苗，再用脫毒苗進行繁殖，則種 植的作物就不會或極少發(fā)生病毒。此法已在馬鈴薯、草莓等多種植物上獲得成功，并產 生了明顯的經濟效益。快繁由于運用組織培養(yǎng)法繁殖植物的明顯特點是

7、快速，每年可以數百萬倍的速度繁殖， 因此，對一些繁殖系數低、不能用種子繁殖的名、優(yōu)、特植物品種的繁殖，意義尤為重 大。目前，觀賞植物、園藝作物、經濟林木、無性繁殖等作物等部分或大部分都用離體 快繁提供苗木，試管苗已出現在國際市場上并形成產業(yè)化。4、在植物育種上的應用植物組織培養(yǎng)技術對培育優(yōu)良作物品種開辟了新途徑。目前，國內外以把植物組織 培養(yǎng)普遍應用于作物育種，并在以下幾個方面取得了較大的進展：單倍體育種單倍體植株往往不能結實在培養(yǎng)中用秋水仙素處理，可使染色體加倍，成為純和的 二倍體植株，這種培養(yǎng)技術在育種上的應用稱為單倍育種。單倍體育種具有高速、高效 率、基因型一次純和等優(yōu)點，因此，通過花藥

8、或花粉培養(yǎng)的單倍體育種，已經作為一種 嶄新的育種手段，自1964年Guha等獲得曼陀羅的花藥單倍體植株以來，單倍體育種在 國際上引起很大重視，各國紛紛開展這方面的研究工作，已先后在水稻、小麥、玉米、 辣椒以及許多藥用植物如枸杞、人參，平貝母中獲得單倍體植株，共計300多種。胚、子房、胚珠離體培養(yǎng)植物胚培養(yǎng)是采用人工的方法在無菌條件下從種子中將成熟和未成熟胚分離出來，在人工 合成的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，使它發(fā)育成正常的植株，從而有效地克服遠緣雜交不實的障礙， 獲得雜種植株。胚培養(yǎng)已在50多個科屬中獲得成功，如亞麻、棉花、黃麻等。從玉米的 的離體子房培養(yǎng)，經體外授粉也可以獲得種子。遠緣雜交中，可把未受精的

9、胚珠分離出 來，在試管內用異種花粉在胚珠上萌發(fā)受精，產生的雜種胚在試管中發(fā)育成完整的植 株，稱為“試管受精”。目前在這一方面獲得成功的自交或遠緣雜交不親和性植物 有：矮牽牛、普通小麥、黑燕麥等。體細胞雜交育種植物體細胞雜交（plant somatic hybridization）又稱原生質體融合（Protoplast fusion ）是指將植物不同種、屬，甚至科間的原 生質體通過人工方法誘導融合，然后進行離體培養(yǎng)，使其再生雜種植株的技術。植物細 胞具有細胞壁，未脫壁的兩個細胞是很難融合的，植物細胞只有在脫去細胞壁成為原生 質體后才能融合，所以植物的細胞融合也稱為原生質體融合。單細胞培養(yǎng)突變體的

10、選擇與應用這是從細胞水平改造植物的一條途徑。用單細胞培養(yǎng)的方法誘導單細胞突變，篩選需 要的突變體培養(yǎng)成植株，經有性繁殖使遺傳性狀穩(wěn)定下來。目前成功的例子有：已選育 出抗花葉病毒的甘蔗無性系;抗1%- 2%NaCl的野生煙草細胞株。三倍體育種植物三倍體的營養(yǎng)器官巨大、生長快、適應性和抗逆性強且大多高度不育、果實無 核或少核，因而，人工培育植物三倍體已成為對以營養(yǎng)器官為收獲產品的植物進行遺傳改 良的一種有效途徑。植物三倍體培育方面的研究,最早是從選育天然三倍體開始的，但由 于天然產生三倍體植株的概率很低，遠遠不能滿足人們的育種需要;所以，一些育種工作者 開始嘗試探索人工培育三倍體的方法，其中用得比

11、較多的是用二倍體和四倍體進行正反交; 但是,大多數被子植物中,通過這種雜交方式得到的三倍體胚很容易在生長發(fā)育中夭折。誘變和篩選細胞培養(yǎng)中，胞內遺傳物質會發(fā)生一些變異（自發(fā)產生或誘發(fā)產生），對于這種變 異進行選擇、利用也是育種的一條好途徑。（一）篩選細胞突變體的優(yōu)點L可在小規(guī)模實驗室對大量細胞實施選擇，節(jié)省土地、人力等，而且不受環(huán)境條件 的影響。2.獲得的突變體不會出現整體植物中的嵌合現象，遺傳穩(wěn)定，便于鑒定。（二）突變細胞選擇方法1.直接選擇法在培養(yǎng)基中直接添加對細胞具有毒害的物質（如植物毒素、除草劑、高濃度重金屬離子及鹽類等），從大量的細胞中直接 篩選出抗性細胞。2.間接選擇法有一些突變型，

12、不能用直接選擇法。如抗旱性選擇。可選抗羥基脯氨酸突變體，以獲得抗旱突變體。脯氨酸是植物適應干旱的反應， 抗羥基脯氨酸突變體可大量合成脯氨酸。轉基因育種利用植物組織培養(yǎng)技術建立植物的遺傳再生體系是轉基因育種的關鍵所在。我國從 20世紀80年代已開始轉基因植物的研究，到1990年，我國自行研制的抗煙草花葉病毒 煙草在遼寧進行商品化種植，成為世界上第一例商品化生產的轉基因植株。目前我國轉 基因植株研發(fā)大的整體水平在發(fā)展中國家處于領先地位，在一些領域已經進入國際先進 行列。我國是世界上繼美國之后，第二個擁有自主研制抗蟲棉知識產權的國家；我國抗 蟲轉基因水稻的研制處于世界的先進水平。我國接受轉基因生物安

13、全性評價的植物品種 有1000多項，通過國家安全性評價的轉基因作物有5種，包括轉基因抗蟲棉、耐貯藏番 茄等。另外，美國孟山都公司的抗蟲棉也獲準在我國進行商品化種植。全世界已分離的 目的基因有100多個，獲得轉基因植株近200種。糧食作物如水稻、玉米、馬鈴薯，經 濟作物如棉花、大豆、亞麻、油菜等，蔬菜作物如番茄、黃瓜、芥菜等；并且成功地將 抗病毒、抗蟲害、抗除草劑等有實用價值的基因轉入部分農作物。5 .種質資源的保存植物種質資源的保存、挽救瀕于滅絕的植物長期以來人們想了很多方法來保存植 物，如儲存果實，儲存種子，儲存塊根、種球、鱗莖；用常溫、低溫、變溫、低氧、 充情性氣體等，這些方法在一定程度上

14、收到了好的或比較好的效果，但仍存在許多問 題。主要問題是付出的代價高，占的空間大，保存時間短，而且易受環(huán)境條件的限制。 植物組織培養(yǎng)結合超低溫保存技術，可以給植物種質保存帶來一次大的飛躍。因為保存 一個細胞就相當與保存一粒種子，但所占的空間僅為原來的兒萬分之一，而且在-193度 的中可以長時間保存，不像種子那樣需要年年更新或經常更新。環(huán)境的不斷變化使許多種類的植物面臨著滅絕的危險，而且許多種植物已經滅絕， 留給人類的只是一種遺憾。如何挽救這些植物，還有許許多多的動物，已成為世人關注 的問題。實踐證明，通過組織培養(yǎng)的方法可以使一部分瀕危的植物種類得到延續(xù)和保 存；如果在結合超低溫保存技術，就可以

15、使這些植物得到較為永久性的保存。其實，對 大多數普通植物來說，用組織培養(yǎng)的方法保存其種質材料，也具有十分重要的意義。因 為，人們現在無法預知哪些植物會面臨滅頂之災，或許今天看似繁茂的植物，明天就可 能被沙漠、洪水、大火或戰(zhàn)爭吞沒。6 .有機化合物的工業(yè)化生產利用植物組織或細胞的大規(guī)模培養(yǎng)7 .我國植物組織培養(yǎng)的發(fā)展現狀與前景展望植物組織培養(yǎng)作為一種有效的技術手段已被廣泛應用于生產實踐的各個領域。本文 從植物組織培養(yǎng)技術的應用現狀,指出植物組織培養(yǎng)在植物學研究、育種學研究的基礎地 位和在林木花卉育苗產業(yè)中的科技支撐與保障作用。同時通過對植物組織培養(yǎng)中存在的 問題進行分析，結合當前國內外在這一領域

16、的一些范例，提出了我國植物組織培養(yǎng)的發(fā)展 對策與展望。園藝植物組培苗工廠化生產能快速將優(yōu)良品種轉化為現實生產力，在遺傳育種、種 質資源保護、次生代謝物利用上也將有很大的發(fā)展?jié)摿ΑＶ灰x好優(yōu)良品利I,合理布 局、節(jié)約成本，組培產業(yè)將會有蓬勃的發(fā)展和廣闊的前景。花卉種苗產業(yè)化生產 花卉業(yè)是21世紀的希望產業(yè)，是社會經濟發(fā)達與文明程度的 重要標志，我國目前花卉需求量以每年35%40%的速度遞增。在花卉生產方面，種苗 質量在栽培生產中的重要性日益明顯，因此花卉種苗工廠化生產是花卉種苗生產的主要 途徑。蔬菜種苗生產及脫毒馬鈴薯、食用白合、大蒜等是人們餐桌上的主要蔬菜，消費量和 種植面積均很大，也是我國出

17、口創(chuàng)匯的主要品利這些品種隨種植年限的增加，易受病 毒感染，產量、品質逐年下降，運用組培脫毒技術可迅速恢復品種種性，提高生產力。瓜果組培苗產業(yè)化草莓果實中所含的糅花酸具有抗癌效果，且草莓易栽培、產量高、 經濟效益好，因此在江浙一帶發(fā)展迅速。但草莓易感染各種病毒病，感病的果實畸形、 品質差，一般減產30%80%。對草莓進行熱處理結合分生組織培養(yǎng)脫毒，去病毒苗可增 產1000kg/ 667nl2,品質有較大提高。甜瓜以肉質細脆、香氣濃郁、味道甘甜而深受人們 喜愛，效益較高，但長期種植會使品質退化和混雜?？蓮拇筇锝阎仓晟先∧凵?，作為 外植體組培生產出優(yōu)良種苗，其生產性狀優(yōu)于種子苗，雖具有緩苗時間較長，苗早期生 長勢弱的特點，但緩苗以后的種子苗生長更日壬，后期能超過種子苗，且苗期較短，開 花結果期提前，整齊度大大提高，性狀一致，瓜的成品率明顯提高，完全保持所采植株 的優(yōu)良性狀，無退化和變異現象發(fā)生。歐美葡萄是當前最熱門的葡萄品種，果粒大、甜 度高、價格昂貴、經濟效益高，如運用組織培養(yǎng)