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

班级：生物技术103 姓名：杨潇学号：2010013460

摘要：

植物组织培养是以细胞全能性为理论基础建立的一种离体培养技术,它作为一种基本的实验技术和基础的研究手段,已经显示出了巨大的应用价值。综述了植物组织培养技术的原理及发展现状,对植物组织培养过程中所采用的新技术进行了介绍,并提出了植物组培技术发展的新方向。

关键词：植物组织培养。新技术。应用。

正文：

植物组织培养技术自20 世纪初建立以来，在理论研究和应用技术上不断发展，广泛应用于植物的快速繁殖、品种改良、基因工程育种、种质资源保存、次生代谢产物生产等方面，产生了巨大的经济效益和社会效益，对现代农业和医

药等领域产生了深刻影响。随着对植物组织培养技术的不断深入研究，一些新的培养方法和技术不断出现，为植物组织培养技术的不断优化和发展提供了很大的帮助。

1 组织培养的应用领域及研究简况

植物组织培养可以进行植物离体快繁、无病毒苗木培育、培育新品种或创造新物种、次生代谢产物的生产、植物种质资源的离体保存等方面的应用。

1.1 脱毒及快速繁殖

随着组培技术的不断发展，培养的植物种类也由观赏植物逐渐发展到园艺植物、大田作物、经济植物和药用植物等。利用组织培养进行植物快速繁殖及无病毒种苗生产，不仅能够挽救珍稀濒危物种，而且能够解决植物野生资源缺乏的问题。

植物脱毒和离体快速繁殖是目前应用最多、最有效的一项组培技术。植物病毒不仅对作物产量、品质等具有严重影响，同时也会影响植物材料的国际交流。通过组织培养可以培育无病毒植株。

离体快速繁殖是组织培养在林木生产上应用最广泛、最成功的一项技术。可以解决在较短时间内繁殖稀有植物和经济价值较高的植物的难题，达到快速、高效的目的。尤其对一些繁殖系数低、不能用种子繁殖的“名、优、特、新、奇”品种意义更大。

1.2 育种研究

基因工程育种是将一种生物中决定某一性状的基因转移到另一生物中，并使其表达的技术。通过组织培养手段增加遗传变异性来改良作物品种，开发新的种质资源，选育新品

种已成为一条育种新途径。在农业上，利用基因工程技术已创造出一些具有重大应用价值的品种，如抗虫棉、抗除草剂大豆、玉M等[5]。

通过秋水仙素处理，使单倍体植株染色体加倍，成为纯合二倍体植株的技术称为单倍体育种。单倍体育种可以缩短育种年限，节约人力物力，较快地获得优良品种。目前已有40 多种植物获得了单倍体植株。

原生质体融合技术在木本植物育种上有着较好的应用前景，如通过原生质体融合获得的多抗的速生杨树品系，已产生巨大的经济效益和社会效益。另外原生质体融合技术也可为克服远缘杂交时有性生殖上的障碍并产生新类型杂种提供一种新的技术。美国科学家采用细胞融合技术将番茄和马铃薯的细胞融合在一起，培育出称之为“番茄薯”或“薯番茄”的新型植物。

1.3 低温储存及种质库的建立

近些年来，植物组织培养技术在植物材料保存及其种质库的建立方面也取得了重要进展。超低温种质保存就是将植物材料保存在液氮(-196℃)条件下，降低其代谢水平，但仍保持生长和形态建成的潜力。具有节省人力物力，保持较高的增殖率，保存空间小，有利于国际间的种质交流及濒危物种的抢救和快繁，因此是一种经济有效的种质保存方法。一些国家已利用这种方法建立了种质库，而我国在这方面还有待发展。

1.4 药物及其它生物制剂的工业化生产

目前植物细胞的大量培养主要用来生产药物和次生代目前植物细胞的大量培养主要用来生产药物和次生代谢物质，如抗癌药物、生物碱、调味品、香料、色素等。近年来，这一领域的发展极为迅速，已经研究了400 多种植物，从培养细胞中分离到600 多种次级代谢产物。另外，还可以借助植物基因工程技术通过农杆菌介导的方法获得转基因药用植物。药用植物的细胞培养，克服了药用植物生长缓慢、有效成分积累有限的缺陷，其发展前景十分诱人。

2 植物组织培养新技术的应用

2.1 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，利用塑料杯代替组培瓶，在自然开放的有菌环境中进行的植物组织培养。崔刚等采用中医理

论，从多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。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式培养。赵青

华等采用开放式组培技术，在培养基中添加抑菌剂，克服了非灭菌条件下魔芋组织培养污染问题，有效地简化了实验步骤，降低了生产成本。开放组培技术突破了人工光源培养的限制，实现了大规模利用自然光进行植物培养的目标。

2.2 无糖组培技术（光独立培养法）

植物组织培养过程中，小植株生长方式是以植物体靠培养基中的糖以人工光照进行异养和自养生长。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，这样既造成植物生长缓慢，又容易出现形态和生理异常，同时增加了费用。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，又叫光自养微繁技术。随着理论研究的不断深入及相关配套技术的不断完善，无糖组培技术必将成为今后组培生产的一种重要手段。

2.3 新型光源的应用

光是影响植物生长发育的重要因素之一，光质对植物的生长、形态建成、光合作用、物质代谢以及基因表达均有调控作用。因此，作为第四代新型照明光源的发光二极管（light emitting diode，LED）应运而生，其波长正好与植物光合成和光形态建成的光谱范围吻合，光能有效利用率可达80%～90%，并能对不同光质和发光强度实现单独控制。在植物组织培养中，目前使用最广泛的光源有高压钠灯、金属卤化物灯和荧光灯，这些灯具普遍存在寿命短、发热量大以及发光效率不理想等缺点。最新研究发现, 光质比例和光照强度可调的LED 光源比通常植物组织培养使用的荧光灯更能有效地促进试管苗的光合作用和生长发育。因此在植物组织培养中采用LED 提供照明，调控光质和光合光量子通量密度，不仅能够调控组培植物的生长发育和形态建成，缩短培养周期，还能节约能耗，降低生产成本。除此之外，LED 还具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定、发热低等优点，而且还能根据植物的生长需要进行发光光谱的精确配置，实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。有关研究表明，在常用的植物光照光源中，LED 是最佳的人工照明光源。目前，LED 在植物组织培养上的应用研究主要集中在光质和光强对组培苗生长的影响方面，而对光周期的研究较少。将LED 应用于植物设施栽培中具有很多优势：可提供多种纯正单色光和复合光谱，可根据不同作物及不同生长发育时期提供相应的谱组合等。LED 在农业和生物领域的应用已经显示出旺盛的活力和巨大的应用潜力。随着半导体光源工程的启动、LED 技术的不断成熟、制造成本的逐渐降低以及国家对节能工程的进一步重视，相信不久的将来LED 会在农业与生物的众