植物组织培养的研究进展及新技术应用

植物组织培养的研究进展及新技术应用

【摘要】植物组织培养研究与应用是20 世纪科技进步的重大成果之一, 为研究植物生长发育、抗性生理、激素及器官发生与胚胎发生等提供了许多良好的实验材料和有效途径。本文探讨了植物组织培养的研究进展及新技术应用。

【关键词】植物组织；培养；研究进展；新技术；应用

【Abstract 】plant tissue culture research and application progress of science and technology in the 20th century is one of the significant accomplishments for the study of plant growth and development, physiological resistance, hormone and organogenesis and embryogeny and provides many good experimental materials and effective way. This paper discusses the research progress of plant tissue culture and new technology application.

【Key words 】plant tissue; Training; Research progress; New technology; application

植物组织培养是在无菌条件下, 将离体的植物器官( 根尖、茎尖等) 、组织( 形成层、花药组织等) 、细胞( 体细胞、生殖细胞等) 、胚胎( 成熟或未成熟的胚) 、原生质体等在人工配制的培养基上培养, 给予适宜的培养条件, 诱发其产生愈伤组织或潜伏芽或长成完整的植株的技术。

一、植物组织培养的优点

植物组织培养技术有其显著的优越性, 因为它可以提供生理状态比较一致的材料, 从而保证了试验的可靠性、结果的精确性。第一, 试验材料来源单一, 无性系遗传特性一致。由于植物组织培养材料是细胞、组织块或器官、小植株等, 个体微小, 均可来自同一个植物个体, 遗传性状高度一致, 培养中获得的各种水平的无性系(即克隆)具有相同的遗传背景, 极大地提高了试验精度。第二, 低成本、高集约度、高效率。实验微型化、精密, 管理集约、精细, 工作效率高。第三, 环境条件可控, 实验误差小。温度、湿度、光照等环境条件完全可以人工控制或自动控制, 试验处理条件一致, 误差很小。第四, 生长快、周期短, 可重复性强。由于营养等外在条件接近植物生长的最佳条件, 故生长迅速, 试验结果的重演性很高。第五, 可连续运行、周年试验生产。由于环境条件可控, 全年四季均可连续作业。

二、植物组织培养技术的研究进展

早在1902 年, 德国著名的植物学家Hanberlandt 根据细胞理论预言细胞的全能性, 认为每个细胞像胚胎细胞那样,可经过体细胞发育成一棵完整的植株, 但限于当时的技术条件, 培养没有获得成功, 然而他所提出的具有开创性的科学推断吸引了许多科学家去探索. 1904 年, E.hanning 培养了萝卜和辣根属的一种植物的近成熟胚, 发现可使其发育成熟, 这是胚培养的第一篇论文; 1909 年,

Kuster 将植物原生质体进行融合, 但是融合产物未能存活下来; 1908 年S.simon 研究白杨嫩茎在培养中的发育过程, 观察到愈伤组织的发生和根、芽的形成; 1922 年W.kott 用稀释的Knop 溶液并加入相当复杂的有机物质, 培养豌豆和玉米的根尖, 但是失败多于成功, 在当时并没有发现细胞有形态发生的能力;Laibach(1925,1929)将由亚麻种间杂交形成的的幼胚在人工培养基上培养至成熟, 从而证明了胚培养的在植物远缘杂交中利用的可能性.

到30 年代, 1933 年, 我国科学家李继桐和沈同研究银杏的胚培养, 将胚乳提取物加入培养基, 获得成功; 后来由于生长素的发现及应用, B 族维生素对植物细胞生长的重要性被认识, 并被普遍采用; 1934 年美国的White 由番茄根建立了第一个活跃生长的无性系, 使根的离体培养首次获得了真正的成功( 其培养基含有无机盐、酵母提取液和蔗糖) ;1937 年, 他用三种 B 族维生素即吡多醇, 硫胺素和烟酸取代酵母液获得成功; 同时法国的Gautheret( 1934) 在培养山毛柳和黑杨等植物的形成层细胞时发现, 虽然在含有葡萄糖和盐酸半胱氨酸Knop 溶液中, 这些组织可以不断增值几个月, 但是只有在培养基中加入 B 族维生素和生长素IAA后, 山毛柳形成层组织的生长才能显著增加; Gautheret 和White 所发展的基本方法, 奠定了植物组织培养的技术基础。随着植物组培技术的提高, 1952 年Morel 和Martin 首次通过茎尖分生组织培养获得大丽花的无毒植株; 1955 年,Miller 发现了激动素并发现激动素比腺嘌呤活性高3 万倍;并且提出通过终于改变细胞分裂素和生长素的比率, 能够调节植物的器官根和芽形成的主要条件之一; 在1958 年,英国人Steward 和法国人Reinert, 从胡萝卜愈伤组织和细胞培养中产生了完整的植株, 对植物细胞的全能性给予了科学的证实。

进入60 年代, 植物组织培养除了在理论研究上获得重大突破外, 在实际应用中也显示了它的巨大潜能, 进入迅速发展时期. 1962 年, Murashige 和Skoog 发表了促进烟草组织快速生长的的培养基组成, 这是现在普遍使用的著名的MS 培养基; 1970 年, Power 首次成功实现原生质体融合; 在世界上的不少国家和地区, 它已从实验室的研究手段一跃而成为大规模成批量的一种工厂化生产方法,“无性繁殖系的快速繁殖的生产,试管品种的商品化, 是目前植物组织和细胞培养技术在应用上的主流之一”. 因此, 该技术在国内外蓬勃发展起来.

上世纪60、70 年代以来, 国外组培发展很快, 欧洲许多国家纷纷建立植物微繁殖公司, 据欧洲及地中海植物保护( EPPO) 1991 年公报, 西欧国家共有248 个植物微繁公司,重点是繁殖那些经济价值较高的观赏植物, 如香石竹、月季、百合、大花萱草等30 余种. 70 年代以后, 植物组织培养研究对象和内容发生了根本的变化, 研究对象由经典的实__验植物转向有重要经济价值的农作物, 研究内容也由探索和完善农作物技术逐步转向把这些技术应用于生产实践的研究。

三、植物组织培养新技术的应用

1、开放组培技术

植物开放式组织培养，简称开放组培，是在使用抗菌剂的条件下，使植物组织培养脱离严格无菌的操作环境，不需高压灭菌和超净工作台，利用塑料杯代替