浅谈植物组织培养及其应用

浅谈植物组织培养及其应用[摘要] 本文系统介绍了植物组织培养的基本概念以及植物组织培养在植物快速繁殖、脱毒、新品种的培育、和有用化合物的工业化生产、种质资源保存及其与其他学科的联系等方面的应用现状。

[关键词] 植物组织培养应用1902年，哈布兰特(G.Haberlandt)提出细胞全能性理论，即是每个植物的本细胞或性细胞都具有该植物的全套遗传基因，因此在一定培养条件下每个细胞都可发育成一个与母体一样的植株[1]。

近40年来，在无数科学家的努力下以及进行离体培养以来，植物组织培养在农林作物的脱毒快繁、突变诱发、细胞工程和基因工程等方面都发挥着重要作用，并已渗透到植物生理学、病理学、药学、遗传学、育种以及生物化学等各个研究领域，成为生物学科中的重要研究技术和手段之一，经过80多年的历程，才使这项技术趋于完善，趋于成熟。

且广泛应用于农业、林业、工业、医药业等多种行业，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当代生物科学中最有生命力的一门学科。

1.植物组织培养的基本概念植物组织培养是指在无菌条件下，将离体的植物器官(如根尖、茎尖、叶、花、未成熟的果实、种子等)、组织(如形成层、花药组织、胚乳、皮层等)、细胞(如体细胞、生殖细胞等)、胚胎(如成熟和未成熟的胚)、原生质体(如脱壁后仍具有生活力的原生质体)，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，使其生长、分化并成长为完整植株或有经济价值的其他产品器官的过程。

由于培养物是在离体条件下的试管内进行，而且培养的是脱离植物母体的培养物，亦可称为离体培养或试管培养。

根据外植体来源和培养对象的不同，又分为植株培养、胚胎培养、器官培养、组织培养、原生质体培养等[2]。

2.植物组织培养的应用2.1快速繁殖种苗依靠自然条件在较短时间内繁殖稀有植物和经济价值较高的植物，受到地理环境和季节的限制，很难达到快速、高效的目的；特别对于在短时期内需要达到一定数量，才能创造应有价值的植物，时间就是效益，只有通过组织培养的方法才能满足这一要求。

用组织培养法繁殖植物，这是组织培养应用于生产的主要的和成效最大的实例。

首先是在兰花上的成功应用。

自Morel在1960年得到兰花组织培养苗后，很快应用于生产，形成了组织培养法繁殖兰花工业。

由于组织培养法繁殖植物的明显特点是快速，每年可以数以百完倍速度繁殖，因此对一些繁殖系数低，不能用种子繁殖的名特优植物品种的繁殖，尤为意义重大。

2.2脱去病毒植物在生长过程中几乎都要遭受到病毒病不同程度的危害，有的种类甚至同时受到数种病毒病的危害，严重影响植物的产量和品质，给生产带来灾害。

特别是无性繁殖植物，由于病毒是通过维管束传导的，因此利用这些植物营养器官繁殖，就会把病毒带到新的植物个体上而发生病害[3]。

若靠无性方法来增殖，蒙受病毒病，代代相传，越染越重，甚至会造成极严重的后果。

自从Morell952年发现采用微茎尖培养方法可得到无病毒苗后，微茎尖培养就成为解决病毒病危害的重要途径之一。

若再与热处理相结合，则可提高脱毒培养的效果。

对于木本植物，茎尖培养得到的植株难以发根生长，则可采用茎尖微体嫁接的方法来培育无病毒苗。

组织培养无病毒苗的方法已在很多作物的常规生产上得到应用，如马铃薯，甘薯，草莓，苹果，香石竹，菊花等。

而且已有不少地区建立了无病毒苗的生产中心，这对于无病毒苗的培养、鉴定、繁殖、保存、利用和研究，形成了一个规范的系统程序，从而达到了保持植物的优良种性和经济性状的目的。

但是一定要注意：所获得的脱毒苗一定要经过鉴定，确认不带病毒才能使用。

2.3新品种的培育植物组织培养技术为育种提供了许多手段和方法，使育种工作在新的条件下更有效的进行。

如用花药培养单倍体植株；用原生质体进行个体细胞杂交和基因转移；用子房、胚和胚珠完成胚的试管发育和试管受精，以及种质资源的保存等等。

胚培养技术很早就有利用，在种属间远缘杂交的情况下，由于生理代谢等方面的原因，杂种胚常常停止发育，因此不能得到杂种植物，所以通过胚培养就可保证远缘杂交的顺利进行。

到50年代在实践上的应用就更多了，如在桃、柑橘、菜豆、南瓜、百合、鸢尾等等许多园艺植物远缘杂交育种上都得到了应用。

大白菜X甘蓝的远缘杂交种”白兰”，就是通过杂种胚的培养而得到的。

对早期发育幼胚因太小难以培养的种类，还可采用胚珠和子房培养来获得成功。

利用胚珠和子房培养也可进行试管受精，以克服柱头或花柱对受精的障碍，使花粉管直接进入胚珠而受精。

花药、花粉的培养在苹果、柑橘、葡萄、草莓、石刁柏、甜椒、甘蓝、天竺葵等约20种园艺植物得到了单倍体植株。

在常规育种中为得到纯系材料要经过多代自交，而单倍体育种，经染色体加倍后可以迅速获得纯合的二倍体，大大缩短了育种的世代和年限。

利用组织培养可以进行突变体的筛选。

突变的产生因部位而异，茎尖遗传性比较稳定，根、茎、叶乃至愈伤组织和细胞的培养则变异率就较大。

培养基的激素也会诱导变异，因浓度而不同。

此外还可采用紫外线、x射线、Y射线对材料进行照射，来诱发突变的产生[4]。

在组织培养中产生多倍体、混倍体现象的比较多，产生的变异为育种提供的材料，可以根据需要进行筛选。

利用组织培养，采用与微生物筛选相似的技术，在细胞水平上进行突变体的筛选更加富有成效。

原生质体培养和体细胞杂交技术的开发，在育种上展现了一幅崭新的前景。

已有多种植物经原生质体培养得到再生植物，有些植物得到体细胞杂种，无论在理论和实践上都有重要价值。

随着这方面工作的深入和水平的提高，原生质体培养一定会在育种上产生深远的影响。

2.4有用化合物的工业化生产组织培养除了在农业上的应用外，目前世界各国都在重视另一个方面，即有用化合物的工业化生产。

有用化合物包括药物、橡胶、香精油、色素……等。

这些化合物许多都是高等植物的次生代谢物，有些化合物还不能大规模地人工合成，而靠植物产生这些化合物来源有限。

因此，利用组织培养方法，培养植物的某些器官或愈伤组织，并筛选出高产、高合成能力、生长快的细胞株系，以进行工业化生产，是一条行之有效的途径。

用组织培养可以生产的化合物有强心苷、吲哚生物碱、黄连素、辅酶Q10等，现已选出高产的细胞系，大规模生产亦有成效。

人参为我国名贵药材，现今因野生资源缺少，多用人工栽培，但人参生长慢，6年才有10克左右的人参根（干重），采用组织培养方法可比天然生长速度提高上百倍左右。

我国科学家罗士韦早在1963年就成功地培育了人参的组织，但此工作后被迫中断。

近年来，南京药学院丁家宜利用组织培养生产出人参干粉。

2.5植物种质资源的保存长期以来人们想了很多方法来保存植物，如储存果实，储存种子，储存块根、块茎、种球、鳞茎；用常温、低温、变温、低氧、充惰性气体等，这些方法在一定程度上收到了好的或比较好的效果，但仍存在许多问题。

主要问题是付出的代价高，占的空间大，保存时间短，而且易受环境条件的限制。

植物组织培养结合超低温保存技术，可以给植物种质保存带来一次大的飞跃。

因为保存一个细胞就相当与保存一粒种子，但所占的空间仅为原来的几万分之一，而且在-193℃的液氮中可以长时间保存，不像种子那样需要年年更新或经常更新[5]。

环境的不断变化使许多种类的植物面临着灭绝的危险，而且许多种植物已经灭绝，留给人类的只是一种遗憾。

如何挽救这些植物，还有许许多多的动物，已成为世人关注的问题。

实践证明，通过组织培养的方法可以使一部分濒危的植物种类得到延续和保存；如果在结合超低温保存技术，就可以使这些植物得到较为永久性的保存。

其实，对大多数普通植物来说，用组织培养的方法保存其种质材料，也具有十分重要的意义。

2.6与其他学科的联系要揭开生命活动的秘密，需要多科学、多技术的相互配合，其中植物组织培养技术是不可缺少的，它为遗传学、分子生物学、细胞生物学、生物工程等提供了一种有效、快速的方法。

因为要揭示生命的奥秘，首先要研究单个基因的作用，研究它在细胞内是如何组装的，如何与其它基因发生联系，如何表达和调控等。

分离单个基因，对它DNA进行测序，再对其中的某些碱基实行突变，然后还需要将基因送到受体细胞当中，看表达情况，以确定其功能。

接受基因的受体细胞要产生再生植株，就需要通过组织培养的方法才能实现[6]。

3.展望目前，在国际上一个新的动向是”人工种子”的试验。

所谓”人工种子”，是指以胚状体为材料，经过人工薄膜包装的种子。

在适宜条件下它萌发长成幼苗。

据美国遗传公司报道，美国科学家已成功地把芹菜，苜蓿，花椰菜的胚状体包装成人工种子，并得到较高的萌发率，这些人工种子已生产并投放市场。

我国科学工作者成功地研制成水稻人工种子。

可见，组织培养将在遗传育种、作物改良和改革作物栽培中获得更大的成效。

现在的植物组织培养仍然处于发展阶段，远远没有达到它的高峰期，很多机理人们还没有搞清楚，它的潜力还远远没有发挥出来。

相信在今后的几十年内，组织培养在我国将会有更大的发展，在农业、制药业、加工业等方面将会发挥更大的作用，创造出更大的经济效益。

总之，随着组织培养这一技术的发展及各种培养方法的广泛应用，使这一技术在遗传育种、品种繁育等方面表现出了巨大的潜力，特别是生物工程和工厂化育苗实施以后，它将以新兴产业的面目在技术革命中发挥重大作用。

参考文献:[1]李浚明编译.植物组织培养教程.北京，北京农业大学出版社，2000.[2]王清连.植物组织培养教程. 北京:中国农业出版社，2006.[3]瞿宏杰.植物组织培养在农业上的应用.农村经济与科学，2000，11（11）：23.[4]曹孜义等.实用植物组织培养技术教程.兰州：甘肃科学技术出版社，2001.[5]王学利等.植物组织培养及其在在农业上的应用.天津农林科技，2005，8（4）：25-27.[6]胡琳.植物脱毒技术[M].北京:中国农业大学出版社,2000，111-112.。