植物细胞工程在农业生产中的应用

细胞工程是指体外人工培养细胞，通过细胞杂交的方法人为改变细胞的某些生物学特性，加速动物或植物个体繁殖，改良种质或创造生物新品种及获得某些有用物质的过程[1]。植物细胞工程是一门以植物组织培养为基础，具有广泛应用前景和实用价值的生物技术，其理论基础是植物细胞的全能性。植物细胞培养是指可以把植物的胚、胚轴、根、茎、叶、花、果实、种子、花粉或分生组织等任一部分离体培养成为植株；植物细胞杂交是指分离植物体上的细胞后用纤维素酶除去细胞壁，使其变为原生质体，在灭活的仙台病毒或PEG 诱导下促进不同品种的两个细胞完成杂交过程，从而培养为杂种植株[2]。目前，根据人们的需要已经相继完善和发展了一些具有特色的植物细胞工程实用技术，包括植物细胞组织培养技术、无性快繁技术及单倍体育种技术等，这些技术在脱毒苗生产、经济植物快繁、植物新品种选育及有用次生代谢产物生产方面发挥了重要作用[3]。1

植物细胞工程在脱毒苗生产方面的应用

长期进行营养繁殖的农作物及果树、蔬菜等

往往会积累许多病毒和类病毒，病毒和类病毒的感染常导致亲本性状退化，使农产品的产量和质

量明显下降。

植物细胞工程可应用于脱毒苗生产，一般多采用茎尖脱毒的方法，通过茎尖组织培养

可以获得无病毒和类病毒感染的再生苗。如茎尖

脱毒获得的脱番茄斑萎病毒（TSWV ）[4]

、脱黄瓜花叶病毒（CMV ）[5]及脱菊花病毒B （CVB ）[6]的再生苗等。近年来，中国相继出现了许多脱毒试管苗生产工厂，黑龙江、内蒙古、湖南、湖北、河南和甘肃等地都建立了生产脱毒种薯的原种场，脱毒马铃薯已经推广了近30万hm 2，平均增产50%以上。目前，草莓、苹果、柑橘和葡萄等经济植物都已建立了脱毒苗生产技术。2

植物细胞工程在经济植物快繁方面的应用

植物快繁是指利用组织培养技术，将来自优良植株的植物组织或细胞进行离体培养，短期内获得大量遗传性状一致的个体的方法。植物快繁技术在农业上有着广泛的应用，如可以使生根困难的名贵花卉大量繁殖，还可应用于杂合植物材料的快繁，因为很多优良的观赏植物和经济植物

植物生理与生物技术

植物细胞工程在农业生产中的应用

柳成荫，杨洪兵

（青岛农业大学生命科学学院，山东青岛266109）

摘要：介绍了植物细胞工程在脱毒苗生产、经济植物快繁、植物新品种选育及有用次生代谢产物生产方面的应用情况。

关键词：细胞培养；细胞杂交；脱毒苗；生物发生器；育种中图分类号：Q813

文献标识码A

DOI 编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2011.05.003

Application of Plant Cell Engineering in Agricultural Production LIU Cheng-yin,YANG Hong-bing

（College of Life Science,Qingdao Agricultural University,Qingdao ，Shandong 266109,China ）

Abstract :This article introduced the application of plant cell engineering in production of virus-free seedlings,rapid propagation of economic plants,breeding of new plant variety and production of useful secondary metabolites.Key words:cell culture;cell hybridization;virus-free seedlings;bio-generator;breeding

2011，17（5）：9-11

天津农业科学Tianjin Agricultural Sciences 收稿日期：2011-05-10；修订日期：2011-07-26

基金项目：山东省自然科学基金项目（ZR2010CL019）；青岛农业大学院重点课程建设项目（YZDK1003）作者简介：柳成荫（1989-），男，山东青岛人，在读本科生，从事植物逆境生理研究。通讯作者为杨洪兵。

第17卷天津农业科学

都是杂种，一旦有性繁殖，其后代性状会发生分离，而通过无性繁殖则能够保持其杂合性，并可以大量生产性状均一的商品苗。目前已在木薯、马铃薯、咖啡、橡胶、菠萝、甘蔗和苹果等经济植物上建立了植物快繁技术[3]。

随着无性快繁技术的发展和植物细胞工程的应用，出现了植物快繁生物反应器，为植物快繁技术带来了根本性变革，成为快繁技术发展的新方向[7]。生物反应器具有生产规模大、便于自动化控制、降低成本、减少污染及节约人力资源等优点，通过对营养成分、空气流量、温度、光照时间和光量子流量等外在因素的调节与控制，可使培育的植株生理性状基本一致、无病虫害，并提高了观赏价值[8]。利用生物反应器生产大量的繁殖体和制作人工种子，可以实现人工种子的规模化，为植物快繁、杂种优势利用和种业发展带来革命性的变化。目前，植物快繁生物反应器已在多种植物上获得了成功[9]。

3植物细胞工程在新品种选育方面的应用

3.1单倍体细胞培养与抗逆作物育种

传统的杂交育种在自交5代以后可以产生一些同质配子结合的纯合植株，经6~8代才可选育出新品系。而单倍体育种是通过单倍体培养迅速获得纯合二倍体，从而大大缩短了育种年限，有些单倍体育种只需要两年左右的时间[3]。花药培养单倍体育种是20世纪60年代发展起来的新技术，中国是最早利用花药培养和加倍花粉单倍体育成新品种的国家之一，中国已成功培育了20多种农作物新品种，其中小麦、玉米和高粱等作物为中国首先培育成功的[10]。

通过作物单倍体细胞培养并结合胁迫筛选的方法可进行单倍体抗逆作物育种，对培养的单倍体细胞进行非生物胁迫（如盐胁迫、水分胁迫、缺氧胁迫、高温和低温胁迫等）或生物胁迫（如细菌毒素和病毒素胁迫等），从中筛选出高度抗逆的单倍体细胞，运用单倍体细胞培养系统，单倍体植株经过染色体加倍后就成为加倍单倍体（DH株系）或纯合二倍体，单倍体细胞所携带的相关抗性基因一次性纯合，分化形成的DH株系或纯合二倍体再生植株再通过田间的一次性农艺综合性状鉴定，即可获得纯合的株系，这种抗逆的DH株系或纯合二倍体不仅可育，而且遗传上是高度稳定的。如在亚麻花粉愈伤组织继代培养中定向筛选亚麻抗除草剂突变体，经染色体加倍快速纯合抗性基因，已获得了一批抗除草剂的亚麻突变体再生植株[11]，抗除草剂亚麻育种的成功是单倍体抗逆作物育种很好的例证[12]。上海市农科院生物技术研究所植物细胞工程研究团队正利用上述单倍体细胞培养系统实施非生物胁迫和病毒素胁迫的筛选研究，并积累了丰富的经验。

3.2二倍体体细胞杂交获得杂交优势种

体细胞杂交技术打破了生物学上种属间杂交的障碍，使不能进行有性杂交的两个生物种进行无性杂交，通过筛选和纯化创造出自然界中本来不存在的兼有两个物种优良性状的新物种[2]。动物细胞杂交最明显的例子就是单克隆抗体技术的应用。1975年，英国科学家Milstein和Kohler将淋巴细胞与肿瘤细胞杂交，筛选出既分泌抗体又能无限增殖的杂交瘤细胞[13]。植物体细胞杂交的例证很多，如将马铃薯和番茄进行细胞杂交，可培育出上结番茄下结马铃薯的“番茄马铃薯”；将豆科植物细胞与向日葵细胞进行细胞杂交，将豆科植物细胞的贮藏蛋白基因转入向日葵细胞内，培育出了高营养价值的“向日豆”[2]。

中国学者利用植物体细胞杂交技术在蔬菜育种方面做了很多工作，如应用原生质体电融合技术获得了茄子近缘野生种与栽培种的四倍体再生植株；利用原生质体融合技术获得了不结球白菜胞质杂种；采用原生质体非对称融合技术获得了胡萝卜种内胞质杂种等[14]。在水稻育种方面，通过细胞杂交技术可以将水稻近缘种的一些优良基因引入水稻基因组，还可以快速转移重要性状基因，缩短育种进程，从而扩大农业生产中应用品种的遗传基础；另外，植物体细胞杂交在水稻雄性不育系的育种方面也发挥了重要作用[15]。

4利用植物细胞工程获得生物产品

植物次生代谢的产物有很多可以作为药物或工业原料，也可以提炼为优良的食品添加剂或名贵化妆品。通过植物细胞悬浮培养、固定化培养及各种生物反应器可以实现植物次生代谢产物尤其是药用植物成分的大量生产，这对于实现中药技术的现代化具有重要意义。目前，中国药用植物细

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