植物组织培养的研究进展和发展趋势

植物组织培养的研究进展和发展趋势

（甘肃农业大学生命科学技术学院植物生物技术，甘肃兰州730070）

摘要:植物组织培养是根据植物细胞具有全能性的原理而发展起来的一门生物技术。本文简要概述了植物组织培养的概念及研究进展，较全面的综述了植物组织培养新技术以及在快繁脱毒、育种、种质资源保存、次生代谢物提取、基因转化等方面的研究现状，最后展望了植物组织培养的发展趋势。

关键词：组织培养；研究进展；发展趋势

Research Progress in Plant Tissue Culture and trends (College of life science and technology of plant biotechnology of Gansu Agricultural University,gansulanzhou 730070)

Abstract: Plant tissue culture plant cells are totipotent under the principle and developed a biotechnology. This article provides a brief overview of the concepts and plant tissue culture research, a more comprehensive overview of plant tissue culture propagation of new technologies as well as in detoxification, breeding, germplasm conservation, extraction of secondary metabolites, and other aspects of gene transfer research status , Finally, the future trends in plant tissue culture.

Key words: organizational culture; research status; trends

引言

植物组织培养是20世纪之初，以植物细胞全能性为理论基础发展起来的一门新兴技术，是指在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、细胞以及原生质体，在人工配制的环境里培养成完整的植株，也称离体培养或植物克隆。自1902年德国科学家Haberlandt提出植物细胞具有全能性理论, 到1934 年美国White 等用番茄根进行离体培养证实这一观点以来,植物离体培养技术在基础理论和应用研究，已广泛应用到植物生理学、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[1]。近年来，随着

科学技术的不断发展，植物组织培养新方法和新技术不断涌现，研究重点也由器官、细胞水平向分子、基因方向转移。21世纪，生物技术是最有生命力的一门学科，而植物组织培养作为一种基本的试验技术和基础的研究手段，被认为具有巨大的潜力，现就植物组织培养技术研究进展做一简单综述。

1在植物育种上的应用

植物组织培养技术对培养有粮作物品种开辟了全新的途径。目前，国内外已

在植物组织培养普遍应用于作物育种[2]，并在单倍体育种，胚胎育种，细胞融合育种，细胞突变育种，基因工程育种等方面取得了较大的进展。

1.1单倍体培养育种

单倍体育种（haploid breeding）是植物育种手段之一。即利用植物组织培养技术（如花药离体培养等）诱导产生单倍体植株，再通过某种手段使染色

体组加倍（如用秋水仙素处理），从而使植物恢复正常染色体数[3]。单倍体

是具有体细胞染色体数为本物种配子染色体数的生物个体,在国际上引起了很大的重视,各国纷纷开展单倍体育种方面的研究工作自 1964 年 Guha 等获得世界上第一株曼陀罗的花药单倍体植株以来, 已有农作物如水稻、小麦、玉米高粱等; 经济作物如大豆、橡胶、烟草、油菜等; 园艺作物如苹果、葡萄、辣椒、黄瓜、油菜以及许多药用植物如枸杞、人参、地黄、平贝母等获得单倍体植株, 目前已有 300 多种植物花药培养获得成功。1974 年, 我国科学家利用单倍体培育出世界上第一个作物新品种烟草单育1号, 随后又育成水稻中华8号、小麦京华1 号等作物新品种。现在已经培育出水稻新品种 15 个、小麦新品种 6 个。在林业育种方面我国学者在单倍体培养方面也做了大量研究, 已有 20~ 30 种树木获得了花粉植株, 并初选出了一些优良的杨树, 橡胶等花粉植株品系。我国在花药培养及单倍体育种方面总体上处于世界前列, 由朱至清等研制的 N6 培养基广泛应用于禾本科植物的花药和花粉培养, 已成为国内外花培的通用培养基。

1.2 胚胎培养育种

植物的胚( 包括成熟胚和幼胚) 、胚珠、子房和胚乳的离体培养技术统称胚胎培养, 其应用领域主要包括胚胎发育机理、克服杂交不亲合、胚胎拯救、克服自交不亲和、克服珠心胚的干扰、打破种子休眠、获得体细胞胚和人工种子等方面, 因此在农作物、园艺作物、林木和药用植物上有着广泛应用。在克服杂交不亲合、克服自交不亲和方面主要通过植物离体受精来实现, 在广义上通过离体柱头授粉、离体子房授粉、离体胚珠授粉、离体精细胞和卵细胞融合等均称做植物离体受精( in v itro Fertilizat ion, IV F) 。但严格意义上的离体受精或试管受精是 20 世纪 90 年代精、卵离体融合成功。该技术不仅可以克服植物授粉不亲和问题, 还可以进行胚胎、种子和果实发育机理等基础研究。人工分离的精细胞和卵细胞融合后进行合子胚培养, 已在玉米、药用牡丹、罂粟、烟草等植物上获得成功。植物离体受精技术是植物细胞工程中的重要实验技术, 为研究植物胚胎发育机理提供了新的实验系统, 为开发新的植物转基因途径提供了可能。胚培养在打破种子休眠应用较为广泛, 种子休眠的原因很多, 利用组织培养方式打破种子休眠一般有种胚发育不全或种子含抑制物抑制种胚发芽 2 种情况, 如胚乳发育尚不完全的兰科种子可以通过组织培养的方式获得再生植株, 而鸢尾属、蔷薇科、野麦等植物可以通过组织培养的方式打破抑制物对种子发芽的影响。另外, 胚培养还可以应用于胚胎拯救。

胚乳培养的主要目的是获得具有利用价值的三倍体植株, 再经过染色体加倍获得六倍体, 从而育出多倍体新品种。目前有 40 多种植物的胚乳培