植物组织培养的展望

植物组织培养的展望

摘要：植物组合培养是从20世纪30年代初期发展起来的一项生物技术，现已渗透到各个研究领域。植物组织培养技术是指在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、胚胎、原生质体等，在人工配制的培养基上给予适宜的培养条件，进行繁殖的方法。为了加快组培苗的生长速度，提高其质量，改善其本质，并降低生产成本，国内外的学者将环境控制技术和组培技术有极大的结合起来做了大量研究，改善组培苗的生长环境。本文对植物组织培养过程中所面临的问题和所采用的新技术进行了综述，并提出了植物组织培养技术发展的新方向。

关键词：意义问题应用现状发展方向工业化生产

1.植物组织培养的意义

目前，生物技术正在世界突飞猛进地发展，尤其在医学、农业、食品工业、能源工业、环境保护各个领域显示出极大的生产潜力。组织培养是最基础的生物技术，它的全面应用正在使农业的生产走向集约化、工厂化。植物组织培养也就是所谓的植物克隆。简单地说就是提取植物的根、茎、叶、芽或一个细胞，通过生物高科技手段，在很短的时间内诱导分化出与母体完全相同的植物。

2.目前植物组织培养所存在问题及其对策

2.1褐变问题

褐变是植物组培育苗中常见的现象，以木本植物较为严重。褐变是指外植体在诱导脱分化或再分化过程中，自身组织从表面养基释放褐色物质，以至培养基逐渐变成褐色，外植体也随之进变褐而死亡的现象。褐化包括酶促褐化和非酶促褐化。酶促褐变是主要因素，一般认为培养材料变褐是由于伤口处分泌的多酚氧化酶(PPO)被氧化成醌类物质，呈红褐色，并抑制许多酶的活性，影响培养物的正常生长．严重时导致其死亡。从理论上讲，酶促褐变可以通过以下三种方法加以抑制：一是除去引起氧化的物质-氧；二是捕捉或减少聚合反应的中间产物：三是抑制有关的酶。抑制外植体褐变的措施如下：选择适当的外填体，培养材料进行预处理。选择适当的培养基和培养条件，加入抗氧化剂和其他抑制剂．适当缩短转瓶周期。适当改变培养基的硬度等。

2.2、污染问题

污染是植物组培过程中的技术难题之一。培养物受到污染在组织培养中经常遇到，并且难以控制。若不能把污染率降低到可接受的范围，将会造成重大的经济损失。因此，分析污染的产生和来源，控制污染的发生，成了植物组织培养中的重要工作。外植体材料、培养基、接种工具、接种室消毒不严格或无菌操作不规范等因素均会导致污染的发生。针对植物组织培养中污染产生的原因。应从以下两个方面着手来控制污染。一是控制外植体自身带菌，外植体的表面带菌可以经过一系列的杀菌处理来减少。而外植体的内部带菌可以通过对外植体的预培养来加以控制；一是降低环境污染和操作污染．这类污染可通过规范操作程序加以控制。

2.3、玻璃化问题

玻璃化是指在培养过程中材料呈半透明状，组织结构发育畸形的现象。又称“过度水化”。玻璃化的苗由于组织畸形，分化能力降低，不易成活。因此，不宜用作继代和移栽的材料。培养过程中，光照、温度、湿度和pH值等的影响；另外培养材料的植物种类、外植体类型也影响着玻璃苗的发生；除此外，培养基的成分变化对玻璃化现象也起了重要作用。由于培养基中Ca、N、Mn、Fe、B、Zn等含量的不同，导致玻璃化现象发生率也不同。有研究表明糖与玻璃化现象的发生率有着负相关关系。玻璃化防治对策：选不易玻璃化的植物品种及部位作外植体材料；利用固体培养基，增加琼脂浓度，选择适当的碳源，提高培养基中蔗糖含量；采用通气性好

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的封口材料，降低培养容器内部环境的相对湿度，减少有害气体的积累；选择适宜的外源激素的种类和浓度，并注意生长素与细胞分裂素的配合，尽量兼顾繁殖系数；控制温度，避免过高的培养温度，进行变温处理，同时，提高光照强度，适当延长光照时间。 3.植物组织培养新技术的应用现状 3.1 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的操作环境,不需高压灭菌和超净工作台，利用塑料杯代替组培瓶，在自然开放的有菌环境进行植物的组织培养，从根本上简化组培环节，降低组培成本开放组培主要是改造培养基，决传统组培过程中培养基的污染， 而改造培养基的关键是要找到一种或几种能够添加到培养基的广谱性抗菌剂。崔刚等采用中医理论，遵循中药药性配伍的君、臣、佐、使原则，从种植物中提取具有杀菌、抗菌活性物质，成功研制出了具有广谱性杀菌能力的抗菌剂,并对其有效浓度和使用方法作了大量探索性试验，取得了理想的效果。何松林在培养基中添加杀菌剂( Naclo) 并在有菌条件下进行文心兰试管苗的接种，研究表明在添加了适宜浓度 Naclo 的培养基中，文心兰试管苗在培养过程中未有污染现象的发生，且多数试管苗可正常生长。已有研究报道通过开放组培方法成功建立了葡萄外植体的开放性培养。

3.2 无糖组培技术( 光独立培养法)

由于传统的组培技术中使用的是含糖培养基，杂菌很容易侵入培养容器中繁殖，造成培养基的污染。为了防止杂菌侵入，通常将培养容器密闭，这样则造成培养植物生长缓慢，并且容易出现形态和生理异常，同时增加了费用。为了解决这些问题，20 世纪 80 年代末，日本千叶大学古在丰树教授发明了一种全新的植物组培技术-无糖组培技术，其特点在于将大田温

室环境控制的原理引入到常规组织培养应用中， 用CO2气体代替培养基中

的糖作为组培苗生长的碳源，采用人工环境控制的手段， 提供适宜不同种类组培苗生长的光、温、水、气、营养等条件，促进植株的光合作用，从而促进植物的生长发育， 达到快速繁殖优种苗的目的。无糖组培技术解决了培养容器中气体环境( CO2和乙烯) 差、易污染等问题；与常规组织培养相比， 无糖组培主要引进了以下新技术：去除培养基中的糖，导入大型培养容器； 调节培养容器内的 CO2浓度；调节培养容器内的相对湿度； 提高光照度。无糖培养法具有很多优势，如可大量生产遗传一致、生理一致、发育正常、无病毒的组培苗，可缩短驯化时间，降低成本等。无糖培养法对环境要求较高，若无糖组培环境不能被控制并达到一定的精度，将会严重影响组培苗质量和经济效益。经无糖培养法培养出来的植株具有以下优点：生长速度快， 生长发育均匀；减少了因高温、弱光等引起的生理及形态的异常； 简化或省略了驯化过程； 减少了因污染引起的植物损失；光合成和生根得以促进， 可减少生根植物生长调节剂的使用。吉林工学院李晓玲等对“苹博一号”梨组培苗进行了无糖组培试验， 结果发现“苹博一号”梨组培苗能在无糖培养基上存活并生长。昆明环境科学研究所对非洲菊等多种植物进行了无糖培养技术的研究， 开发了大型的培养容器和 CO2强制性供气系统应用于生产，并取得了一定的效果。

3.3 新型光源的应用 3.3.1 LED 光源的应用

应用新型光源‘如发光二极管( LED) ’作为植物生长的光源，国内外已经有一些学者开始了这方面的研究。最新研究发现， 光质比例和光照强度可调的 LED 光源比通常使用的植物组织培养用的荧光灯能更有效地促进试管苗的光合作用。LED 被应用与植物组织培养中其主要优点有：体积