植物組織培養(yǎng)是植物生物技術(shù)的重要組成部分和基本研究手段，已滲透到生物學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域，在植物的快繁、脫毒、植物育種、種質(zhì)資源的保存和次生代謝物的生產(chǎn)等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是現(xiàn)代生物學(xué)科中最有生命力的學(xué)科之一。

　　摘要：本文主要闡述了植物組織培養(yǎng)的發(fā)展以及在快繁、脫毒、育種、次生代謝物的產(chǎn)生、種質(zhì)資源保持、人工種子、觀賞組培等方面的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：組培,發(fā)展,應(yīng)用

　　1植物組織培養(yǎng)概念

　　植物組織培養(yǎng)即植物的離體培養(yǎng)，是指在無(wú)菌和人工控制的環(huán)境條件下，利用適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基，對(duì)離體的植物器官、組織、細(xì)胞及原生質(zhì)體進(jìn)行培養(yǎng)，使其生成完整植株的技術(shù)。植物組織培養(yǎng)廣義上是指對(duì)植物的植株、器官、組織以及原生質(zhì)體進(jìn)行培養(yǎng)的技術(shù)；狹義上是指對(duì)植物的組織及培養(yǎng)產(chǎn)生的愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)的技術(shù)。

　　2植物組織培養(yǎng)的發(fā)展

　　2.1植物組織培養(yǎng)的發(fā)展歷史

　　1838～1839年德國(guó)的植物學(xué)家T.Schleidon和動(dòng)物學(xué)家T.Schwann提出細(xì)胞學(xué)說(shuō)。1902年德國(guó)的植物學(xué)家Haberlandt提出：高等植物的器官和組織，具有植物細(xì)胞全能性。1904年Hanning在無(wú)機(jī)鹽和蔗糖溶液中對(duì)蘿卜和辣根菜的胚進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)離體胚可以發(fā)育成熟，并提前萌發(fā)成小苗。1937年White發(fā)現(xiàn)了B族維生素，建立了第一個(gè)由已知化合物組成的培養(yǎng)基，該培養(yǎng)基被定名為White培養(yǎng)基。同時(shí)法國(guó)的Gautherer和Nobecourt也發(fā)現(xiàn)了B族維生素的重要性，三個(gè)人被譽(yù)為植物組織培養(yǎng)學(xué)科的奠基人。1952年Morel和Martin通過(guò)莖尖分生組織的離體培養(yǎng)，從已受病毒侵染的大麗花中首次獲得脫毒植株。1953～1954年Muir利用震蕩培養(yǎng)和機(jī)械方法獲得了萬(wàn)壽菊和煙草的單細(xì)胞，實(shí)施了看護(hù)培養(yǎng)，使單細(xì)胞培養(yǎng)獲得了成功。1957年Skoog和Miller提出生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素控制器官形成。1958年英國(guó)學(xué)者Steward通過(guò)體細(xì)胞胚胎發(fā)生途徑獲得了人工體細(xì)胞胚，這一實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Haberlandt的細(xì)胞全能性理論。到20世紀(jì)60年代組織培養(yǎng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，在基礎(chǔ)理論、實(shí)際操作方面不斷取得進(jìn)展，比如在植物體細(xì)胞雜交、單倍體育種、種質(zhì)資源保存、快速育苗、人工種子制造、次生代謝物生產(chǎn)等方面取得了可喜的成果。

　　2.2植物組織培養(yǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

　　2.2.1國(guó)內(nèi)的研究發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)的組織培養(yǎng)與國(guó)外相比起步相對(duì)較晚，但發(fā)展卻比較快。20世紀(jì)70年代我國(guó)掀起了單倍體育種的高潮，在作物育種上取得了一些實(shí)用性的成果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自1974年我國(guó)科學(xué)家通過(guò)花藥培養(yǎng)育成了世界上第一個(gè)作物新品種——煙草單育一號(hào)，目前我國(guó)用花藥或花粉育出的植物已超過(guò)22科52屬160種。

　　目前我國(guó)組培已經(jīng)進(jìn)入了生產(chǎn)階段，實(shí)現(xiàn)了花卉、果樹(shù)、蔬菜等100多個(gè)品種的工廠化生產(chǎn)�；ɑ艹隹谀陝�(chuàng)匯達(dá)8000多萬(wàn)美元。重點(diǎn)組培公司與實(shí)驗(yàn)室有：云南省農(nóng)科院園藝所花卉研究中心，廣州花卉研究中心，中國(guó)科學(xué)院與廣東新會(huì)、順德兩地有關(guān)科研單位合作建立的香蕉試管苗廠、廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院所屬的廣西植物試管苗有限公司等等。

　　2.2.2國(guó)外植物組織培養(yǎng)的研究發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外的組培發(fā)展的比較快，20世紀(jì)70年代在美國(guó)形成了蘭花產(chǎn)業(yè)。歐洲很多國(guó)家建立了組培公司生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的觀賞類植物。80年代后，以商品為目的的組培苗生產(chǎn)量以20%～30%的速度遞增，年產(chǎn)組培苗在10萬(wàn)株以上的植物微繁殖公司約占50%，年產(chǎn)量大于50萬(wàn)株的公司約占25%，整個(gè)西歐年產(chǎn)組培苗達(dá)2億多株。

　　世界知名的組培公司與實(shí)驗(yàn)室有：以色列的SHEM、Benzur苗圃，美國(guó)Ball園藝公司、IVerson植物園、Wyford國(guó)際公司，印度AVT生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、HarrisonsMalayalam有限公司，馬來(lái)西亞的熱帶實(shí)驗(yàn)室與溫室苗圃，等等。近年來(lái)由于受到高昂勞動(dòng)力成本的制約，該產(chǎn)業(yè)在發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展出現(xiàn)停滯現(xiàn)象，尤其是美國(guó)。而發(fā)展中國(guó)家盡管起步比較晚，但產(chǎn)量及生產(chǎn)規(guī)模卻增加很快，如印度從1988年組培苗產(chǎn)量500萬(wàn)株到1996年躍升到1.9億株，生產(chǎn)設(shè)備也能與世界領(lǐng)先的荷蘭、美國(guó)相媲美。

　　3植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用

　　3.1植物的快繁

　　快繁是植物組織培養(yǎng)應(yīng)用最為廣泛的一項(xiàng)技術(shù)，主要應(yīng)用于那些通過(guò)其他方式不易繁殖，或繁殖率較低的植物的繁殖。由于快繁主要利用植物的莖尖、莖段、葉片等為材料進(jìn)行培養(yǎng)的，操作技術(shù)比較容易掌握，繁殖率高。20世紀(jì)80年代在世界上興起利用植物組織、細(xì)胞培養(yǎng)了一種新興的產(chǎn)業(yè)。據(jù)報(bào)道全球有1000多家組培公司，美國(guó)有100多家蘭花組培公司，年產(chǎn)值5000～6000萬(wàn)美元。例如美國(guó)的Wyford國(guó)際公司設(shè)有4個(gè)組培室，每年培養(yǎng)的組培苗有3000萬(wàn)株，研究和培育的新品種1000多個(gè)。

　　3.2脫毒苗的培育

　　植物脫毒常常是和植物快繁結(jié)合在一起應(yīng)用的。植物在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中幾乎都要遭受到病毒的侵染，特別是無(wú)性繁殖的植物，感染病毒后會(huì)代代相傳。解決這種問(wèn)題的方法只有進(jìn)行脫毒培養(yǎng)。在植物體內(nèi)病毒分布并不均勻，在莖尖0.1～1mm的部位含量比較低或者不含有，在無(wú)菌條件下對(duì)莖尖進(jìn)行培養(yǎng)可以獲得無(wú)病毒植株。植株脫除病毒后恢復(fù)植物的優(yōu)良性狀，生長(zhǎng)勢(shì)增強(qiáng)了，產(chǎn)量提高，品質(zhì)得到改善。如大蒜脫除病毒后蒜頭直徑由4.7cm增加到7.2cm。馬鈴薯脫除病毒后畝增產(chǎn)50%～100%。近兩年脫毒的種薯已在主產(chǎn)區(qū)普及，推廣面積達(dá)11.3萬(wàn)hm2，而且在日本、荷蘭、越南等國(guó)也已大面積應(yīng)用。

　　3.3培育新品種

　　植物組織培養(yǎng)為育種提供了新手段和方法。（1）單倍體育種。單倍體植株可通過(guò)花藥或花粉離體培養(yǎng)獲得。由于單倍體植株不能結(jié)實(shí)，需要用秋水仙素處理使染色體加倍成為二倍體，與常規(guī)的育種方式相比可縮短育種年限，加快育種進(jìn)程。

　　（2）胚培養(yǎng)。胚培養(yǎng)是植物組培中最早獲得成功的技術(shù)。在遠(yuǎn)源雜交中常導(dǎo)致雜交不孕，使得種間或種以上的遠(yuǎn)緣雜交很難成功，采用胚培養(yǎng)可以使自然條件下早夭的雜交胚正常發(fā)育，從而培育新品種。目前胚培養(yǎng)已在50多個(gè)科屬中獲得成功。利用胚乳培養(yǎng)還可獲得三倍體植株，通過(guò)染色體加倍可獲得六倍體，培育一些生長(zhǎng)旺盛、果實(shí)大的多倍體植株。此外還可以通過(guò)胚狀體的產(chǎn)生，進(jìn)行人工種子的繁育。

　　（3）細(xì)胞融合。通過(guò)原生質(zhì)體的融合，可部分克服有性雜交不親和性獲得體細(xì)胞雜交種，創(chuàng)造新物種或優(yōu)良品種。目前已獲得40多個(gè)種間、屬間甚至科間的體細(xì)胞雜種植株或愈傷組織。

　�。�4）選擇細(xì)胞突變體。離體培養(yǎng)的細(xì)胞處于不斷分裂的狀態(tài)，容易受到外界環(huán)境條件的影響而發(fā)生變異。從中可以選出對(duì)人們有益的突變體，進(jìn)而培育成新品種。目前通過(guò)這種方法獲得的抗病蟲(chóng)、抗鹽、高賴氨酸的突變體，有些已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)。

　�。�5）植物基因工程。植物基因工程是指利用重組DNA技術(shù)、細(xì)胞組織培養(yǎng)技術(shù)，將外源基因?qū)�入植物�?xì)胞或組織中，使遺傳物質(zhì)定向重組，從而獲得轉(zhuǎn)基因植物的技術(shù)。該技術(shù)課培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的作物新品種，縮短了育種年限，提高了工作效率，為人類開(kāi)辟了一條新的育種途徑，目前通過(guò)這種方法獲得的轉(zhuǎn)基因作物已經(jīng)有上百種。

　　3.4次生代謝物的生產(chǎn)

　　利用組織或細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)，可以生產(chǎn)人類需要的次生代謝物。次生代謝物的種類很多，主要分為萜類化合物、酚類化合物和含氮化合物三大類。迄今為止，大約有500多種植物的培養(yǎng)中獲得了600多種有效次生代謝物，包括一些重要的藥物。而有60多種植物通過(guò)組培獲得的有效物質(zhì)的含量超過(guò)原有植物。目前，世界75%人口依賴次生代謝物作為藥物，如三七、紫杉醇、生物堿等。

　　3.5人工種子

　　人工種子是由美國(guó)生物學(xué)家Murashige首先提出來(lái)的，是指植物離體培養(yǎng)中產(chǎn)生的胚狀體或不定芽，被包裹在含有養(yǎng)分和保護(hù)功能的人工胚乳和人工種皮中。人工種子技術(shù)是在組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新興生物技術(shù)，具有工廠化大規(guī)模制備、儲(chǔ)藏和迅速推廣而且種子的萌發(fā)率高等優(yōu)點(diǎn)。目前在蘭花、胡蘿卜、小麥、雜交水稻等人工種子已進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段，可以實(shí)現(xiàn)工廠化、自動(dòng)化生產(chǎn)。

　　3.6種質(zhì)資源的離體保存

　　種質(zhì)資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，由于自然災(zāi)害、人為活動(dòng)已造成相當(dāng)數(shù)量的植物消失或正在消失，特別是具有獨(dú)特遺傳性狀的物種。長(zhǎng)期以來(lái)，種質(zhì)資源大多數(shù)是以種子的形式保存下來(lái)的，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)種子生活力下降，并受到病蟲(chóng)害的侵?jǐn)_；雜交種子的性狀分離，導(dǎo)致遺產(chǎn)不穩(wěn)定。還有些植物沒(méi)有種子，只能進(jìn)行栽培保存，需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。如果采用組培的方式，將種質(zhì)資源的外植體放到無(wú)菌環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)，并置于低溫或超低溫條件下保存則可以達(dá)到長(zhǎng)期保存的目的。

　　離體保存的種質(zhì)資源無(wú)菌、材料小、便于地區(qū)間和國(guó)際間進(jìn)行交流、轉(zhuǎn)移，給保存和挽救有用基因帶來(lái)了希望。如草莓莖尖在4℃黑暗條件下，莖培養(yǎng)可以保存生活力達(dá)6年，只需每三個(gè)月加入些新鮮培養(yǎng)液。目前很多地方建立了植物種質(zhì)資源保存設(shè)施。

　　3.7觀賞組培

　　觀賞組培是指在透明的塑料瓶中培養(yǎng)生長(zhǎng)勢(shì)慢，可觀葉或觀根的植物，有些是可以開(kāi)花的植物，例如“手指玫瑰”。并將培養(yǎng)瓶做成各種個(gè)性十足的流行款式，使培養(yǎng)基著上各種鮮艷的顏色，更具有觀賞價(jià)值，可作為室內(nèi)裝飾或手機(jī)、鑰匙的裝飾物。

　　4前景展望

　　植物組織培養(yǎng)應(yīng)用雖然非常廣泛，但是也存在著缺點(diǎn)，比如成本高、技術(shù)復(fù)雜等問(wèn)題。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)技術(shù)的不斷完善，同時(shí)對(duì)組培中出現(xiàn)的問(wèn)題不斷研究，使之最小化。同時(shí)根據(jù)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展情況，吸取國(guó)外的先進(jìn)組培經(jīng)驗(yàn)和成果，積極發(fā)展我國(guó)的組培業(yè)，建立半自動(dòng)化、專業(yè)化的組培工廠，培育一些“名、優(yōu)、新、奇、特”的植物。在實(shí)踐中培育一批專業(yè)的生產(chǎn)、技術(shù)及管理人才，形成自己的特色和生產(chǎn)格局，在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中逐步縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。從而為我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供可靠的技術(shù)指導(dǎo)。

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