植物细胞与组织培养概述

植物细胞与组织培养概述

一、生物技术概念及内容

生物技术(biotechnoliogy),有时也称生物工程(bioengineering),是指人们以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。

⏹先进生物技术手段：基因工程、细胞工程、发酵工程及蛋白质酶工程。

⏹改造生物体：获得优良品质的动物、植物、微生物品系。

⏹生物原料：生物体的某一部分或生物生长过程中所能利用的物质，如淀粉、糖、纤

维素及次生产物等有机物质。

现代生物技术综合了分子生物学､生物化学､遗传学､细胞生物学､胚胎学､免疫学､化学､物理学､信息学､计算机等多学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等｡

⏹

⏹近些年来，以基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程为代表的现代生物技术发展

迅猛，并日益影响和改变着人们的生产和生活方式。据统计有60%以上的生物技术成果集中应用于医药产业，用以开发特色新药或对传统医药进行改良，由此引起了医药产业的重大变革，生物制药也得以迅速发展。

⏹生物制药就是把生物工程技术应用到药物制造领域的过程，其中最为主要的是基因

工程方法。即利用克隆技术和组织培养技术，对DNA进行切割、插入、连接和重组，从而获得生物医药制品。

⏹生物药品是以微生物、寄生虫、动物毒素、生物组织为起始材料，采用生物学工艺

或分离纯化技术制备，并以生物学技术和分析技术控制中间产物和成品质量而制成的生物活化制剂，包括菌苗、疫苗、毒素、类毒素、血清、血液制品、免疫制剂、细胞因子、抗原、单克隆抗体及基因工程产品等。

⏹以植物作为生物技术的实验材料有其特定的优点，那就是植物细胞大部分都有全能

性(totipotency），可以用单个细胞分化发育出整个植株。这样，经过基因工程改造的单个植物细胞有可能再生成一棵完整的转基因植株。

⏹植物基因工程用作外源基因的转化受体有许多种，包括愈伤组织（胚性愈伤组织）、

分生细胞、幼胚、成熟胚、受精胚珠、种子和原生质体等。从这些受体细胞都可获得再生的转基植株。

截至2009年底，全球已有25个国家批准了24种转基因作物的商业化应用。以转基因大豆、棉花、玉米、油菜为代表的转基因作物种植面积，1996年的2550万亩发展到2009年的20亿亩，14年间增长了79倍。

⏹基因工程（gene engineering)：基因工程是现代生物技术的核心，20世纪70年代后

兴起的一门新技术，其原理应用人工方法将生物遗传物质脱氧核糖核酸（DNA）分离，在体外进行切割、拼接和重组。再将重组的DNA导入寄主细胞或个体，从而改变它们的遗传品性。这种创造新生物并给予新生物以特殊功能的过程称为基因工程，也称DNA重组技术。

⏹细胞工程(cell engineering)：是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖、

或改变细胞的生物学特性，达到改良生物品种创造新品种，加速繁殖动植物个体，或获得某种有用物质过程，所以细胞工程包括①动植物细胞的体外培养技术、②细胞融合技术（也称细胞杂交技术）、③细胞器移植技术等。

⏹发酵工程（fermentation engineering)：利用微生物生长速度快、生长条件简单及代

谢过程特殊等特点，通过现代化工程技术手段，由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品，也称微生物发酵工程。发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。

在医药工业上的应用：基于发酵工程技术，开发了种类繁多的药品，如人类生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体等。

在食品工业上的应用：主要有三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生产食品添加剂；

在环境科学领域的应用：污水处理中微生物的强化。

在植物方面主要基因工程，如农杆菌介导遗传转化，转基因植物。

⏹酶工程(enzyme engineering)：利用酶、细胞器和细胞所具有的特殊催化功能(生物转

化功能），或对酶进行修饰改造，并借助生物反应器和工艺过程来生产人们所需产品的技术。它包括酶的固定化技术、细胞固定化技术、酶的修饰改造技术及酶反应器设计等技术。

⏹蛋白质工程（protein engineering)：是指在基因工程基础上，结合蛋白质结晶学、

计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科知识，通过对基因人工定向改造，从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以生产人类所需要的新型蛋白质。（典型例子如人工合成胰岛素）

⏹蛋白质是一切生命活动存在的物质基础和唯一形式，同时也是诊断疾病、治疗疾病

的物质基础或药物。人类蛋白数量不仅远超过基因数量，而且由于蛋白质的可变性和多样性导致了蛋白质研究技术远比核酸技术要复杂和困难的多。因此人类蛋白质构成了后基因组时代最重要的研究内容，具有无限广阔的研究前景。

二、植物组织培养的发展史

1）萌芽阶段（20世纪初-30年代）：

20世纪初（1902），德国著名的植物生理学家Haberlandt 提出植物细胞全能性的预言。高等植物器官组织可以不断分割至单个细胞，具有潜在的功能单位，即植物细胞具有全能性。首次进行离体培养研究,野芝麻和紫鸭跖草栅栏组织进行细胞培养，但培养物进行有限生长，没有发生细胞分裂。对组织培养有先导作用，并提出通过组织或细胞培养有可能得到人工胚。

德国Kotte和美国的Robbins（1922）采用无机盐、葡萄糖及氨基酸等培养豌豆和玉米茎尖分生组织，获得了某些成功。

It was only when a new approach was taken in 1922 that progress was made in culturing plant tissue aseptically. The credit for this new approach lies with two men who simultaneously and independently conceived the idea to use tissue that was already meristematic as an explant source. These men were a German KOTTE and an American ROBBINS.

2）奠基阶段（20世纪30-50年代）：

1934年,美国植物生理学家White，利用

番茄根建立了第一个活跃生长的无性