植物组织培养在农业上的应用

植物组织培养在农业上的应用

董保会(1011010209) 生科院10级2班

摘要：植物组织培养是20世纪初兴起的一种高新的生物技术，至今已有90多年的历史，现已成为国际上最活跃的研究领域之一。经过多年的知识累积,近年来获得飞跃发展。它不仅引起了国内外多种学科工作者的兴趣和重视,而且对于农业、医药、工业生产上的作用也日益明显,本文着重介绍植物组织培养在农业方面的应用，并对应用的前景作简单的展望。关键词：植物组织培养农业细胞培养快速繁殖单倍体远缘杂交细胞突变体无性繁殖胚培养

正文：植物组织培养（tissue culture）是二十世纪初兴起的一项高新生物技术，至今已经有一百多年的历史，如今已成为了生物领域里面十分活跃的技术。它不仅引起了国内外多种学科工作者的兴趣和重视,而且对于农业、医药、工业生产上的作用也日益明显，植物组织培养开始走上工厂化和商业化始于20 世纪六十年代，得利于花粉小孢子培养和原生质体培养的成功。

中国的在这方面的研究起步算是比较早的，在二十世纪四十年代在这方面就有所研究，但是大范围的发展起来还是始于二十世纪七十年代的花药培养。农业对农作物和经济植物的最终要求是提高产量和改进质量。常规方法是以有性杂交为作为指导进行育种，这种方法局限性很大，而且周期长，效果还不理想。植物组织培养为农业的优化提供了新的途径，如今，植物组织培养已广泛应用于植物育种，在单倍体育种、胚培养、体细胞杂交、细胞突变体筛选、遗传转化等方面均取得了显著成就。

1植物组织培养的概念及重要性

植物组织培养，是指在人工控制的条件下，将植物体的任何一部分，或器官、或组织，或细胞，在人工预知的控制条件下，置于含有营养物质和植物生长调节剂等组成的培养基中，使其生长、分化形成完整植株的过程。所谓人工控制的条件，即营养条件和环境条件；它的优越性在于：可以在不受其他部分干扰的情况下研究被培养部分的生长和分化规律。特点是：取材少，培养材料经济；人为控制培养条件，不受自然条件影响；生长周期短，繁殖率高；管理方便，利于自动化控制。

植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性（totipotency）。一个生活的植物细胞，只要有完整的膜系统和细胞核，它就会有一整套发育成一个完整植株的遗传基础，在一个适当的条件下可以通过分裂、分化再生成完整植株，这就是所谓的细胞全能性，植物组织培养的基本方法是材料选择、培养基配置、接种与培养和最后的小苗移栽。植物组织培养在理论上是研究细胞学、遗传学、育种学、生物化学和药物学等学科的重要手段，在农学、园艺、林业和次生代谢产物工程等领域也都广泛应用。因此，组织培养无论在理论研究还是在生产实践上都具有十分重要的作用。

2植物组织培养在农业上的应用

组织培养技术在农业上的应用潜势巨大，范围广阔。可通过花药培养，进行单倍体育种和抗病育种的筛选材料；利用细胞融合方式，从事杂交育种工作，以节省传统育种过程所需耗费的土地、人力与时间；用来保存种原，增进生物的多样性，避免原生种因生态环境的人为破坏而灭绝；生产无病种苗，进行商业化的大量繁殖、生产苗种等。

2.1 离体无性系的快速繁殖

离体无性系的快速繁殖是组织培养在生产上应用最广泛、最成功的一个方面。无性系繁殖植物的主要特点是繁殖速度快，通常一年内可以繁殖数以万计的种苗，特别对于名贵品种、稀优种质、优良单株或新育成的品种的繁殖推广具有重要的意义。离体繁殖良种种苗最早在兰花工业上获得成功。兰花成熟的种子中大多数的胚不能成活，种子不能发芽，通

过球茎组织培养，使兰花的繁殖系数大为提高，从而形成了20 世纪60 年代风靡全球的“兰花工业” 。甘蔗繁殖用种量大，1hm2 地需要7.5-15t 的种蔗。采用茎尖、嫩叶组织培养繁殖种苗，节省了大量的种蔗，加速了优良品种的推广。其他如牡丹、香石竹、唐菖蒲和菊花等难以扦插的名贵品种以及无籽西瓜、草莓、猕猴桃、葡萄、菠萝、樱桃、桉树、杉木等的无性快速繁殖都取得了进展，有力地推动了农业生产。目前世界上80%~85%兰花是通过组织培养进行脱毒和快繁的。我国第一个将优质杉木组培苗进行人工造林并取得了良好的经济效益；选用“雷林 1 号”优良桉树进行商业化生产的桉树组培苗，结合常规营养繁殖方法营造大面积人工林也获得了成功。目前我国为其他国家代加工生产或直接出口的组培苗品种有甘蔗、香蕉、百合、玉簪、大花萱草、唐菖蒲、丝石竹等近30 种。另外，植物离体快繁也适合于一些价值较高的F1 杂种植株的繁殖。如美国每年种植火炬松F1 实生苗20 亿株，采用试管繁殖的约占10 亿株。

2.2 培养无病毒种苗

许多植物都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，严重地影响了产品的商品价值。对于无性繁殖的作物如绝大部分的果树、部分蔬菜（洋葱、大蒜、石刁柏、菊芋、马铃薯）和花卉（菊花、唐菖蒲、风信子、秋海棠、月季）等，如遭受病毒侵染后，代代相传，则体内可以积累相当高浓度的病毒，影响生长和成活，严重危害生产的发展。而病毒病又不同于真菌和细菌病害，采用杀菌剂和抗生素等化学药剂防止很难凑效。自从Morel(1952)发现采用茎尖培养的方法可以从严重感染病毒的植株得到无病毒苗后，这方面的工作引起了人们的重视。在许多园艺植物上进行培育试验也相继得到成功，从此茎尖培养就成为解决病毒病害的一个重要途径。也可以采用茎尖培养与热处理相结合的方法来提高茎尖培 2 乐山师范学院毕业论文（设计）养的脱毒效果。对于一些木本果树植物，如果茎尖培养得到的植株难以发根生长，且结果晚，则可采用茎尖微体嫁接的方法来培养无病毒苗。〔8〕利用组织培养生产无病毒苗的方法，已在许多果树（柑橘、苹果、草莓、葡萄）、蔬菜（马铃薯、大蒜）、花卉（兰花、菊花、康乃馨、水仙、唐菖蒲）等作物的常规生产上得到应用。目前中国已建成葡萄、苹果、香蕉、马铃薯、甘蔗等作物脱毒快繁生产线多条。

2．3组织培养应用于作物品种改良

（1）单倍体育种通过花药或花粉的离体培养诱导产生单倍体植株，然后对它们进行染色体加倍，可得到纯系。在作物育种上应用这一技术可以加快纯合，降低误选，缩短育种年限。花药培养自20世纪60年代获得植株以来，发展很快，取得很大成绩。首先获得小麦、玉米、橡胶、柑桔等10多种作物花培植株，并已培育出小麦、水稻、烟草等花培新品种50多个，例如水稻品种新秀、单丰1号、花育1号等及中科院作物所李梅芳等培育的中花号、北京市农科院培育的京花号、吉林农科院培育的吉粳号、辽宁省盐碱地所培育的花粳45等。小麦品种京花1号、花培l号、京花3号等均推广应用于生产，其中小麦品种京花3号推广面积达6万hm2。选育玉米自交系通常需要连续自交多代，花费大量的人力物力，用花药培养单倍体植株，再经染色体加倍即可得到纯合的自交系。广西农校1983年用该技术育成了自交系花83—2。我国已获得100多个玉米花培纯系，并已配制出优良组合应用于生产。利用单倍体植株作为诱变材料，无论诱变突变是显性还是隐性，在处理当代即可看到，优良变异一经选出，经染色体加倍就可得到纯系，可以提高诱变育种的效果。目前，花药培养技术已成为加快育种进程的有效手段，人们正在对该技术进行更深入地研究。魏小平等试验表明，在诱导愈伤组织阶段加入CPPU可提早小麦花药出愈时间，对于难培养的材料有显著的诱导作用，所诱导的愈伤组织易分化绿苗。辽宁省盐碱地利用研究所试验表明，水稻MS分化培养基中加入适量MET可提高绿苗分化率及幼苗素质。王培等研究发现，染色体的加倍时期对冬小麦花粉植株的结实率有影响。