1、植物組織培養在農業中的應用摘要:植物組織培養是以細胞全能性為理論基礎建立的一種離體培養技術，它作為一種基本的試驗技術和基礎的研究手段。綜述了植物組織培養技術的原理及發展狀。通過有關植物組織培養方面的文獻綜述植物組織培養在農業上離體無性系的快速繁殖、培養無病毒種苗、新品種的選育和人工種子和種質的保存方面的應用，并對應用的前景作簡單的展望。關鍵詞:植物組織培養；無病毒種苗；應用；快速繁殖Abstract:Planttissuecultureisacelltotipotencyasthetheoreticalbasistoestablishakindofinvitroculturetechnique

2、,itasabasictesttechnologyandbasicresearchmeans.Planttissueculturetechnologywerereviewedtheprincipleanddevelopmentshape.Throughtherelevantplanttissuecultureonliteraturereviewofplanttissuecultureinagricultureinvitroclonalrapidpropagation,trainingnovirusseedlings,thebreedingofnewvarietiesandartificials

3、eedsandgermplasmpreservationapplications,andtheprospectoftheapplicationprospectofasimple.Keywords:Planttissueculture;Novirusseedlings;Application;Rapidpropagation植物組織培養(tissueculture)是二十世紀初興起的一項高新生物技術，至今已經有一百多年的歷史，如今已成為了生物領域里面十分活躍的技術。植物組織培養開始走上工廠化和商業化始于20世紀六十年代，得利于花粉小抱子培養和原生質體培養的成功1。和植物組織培養的歷史相比，中國的

4、在這方面的研究起步算是比較早的，在二十世紀四十年代在這方面就有所研究，但是大范圍的發展起來還是始于二十世紀七十年代的花藥培養。農業對農作物和經濟植物的最終要求是提高產量和改進質量。常規方法是以有性雜交為作為指導進行育種，這種方法局限性很大，而且周期長，效果還不理想。植物組織培養為農業的優化提供了新的途徑，如今，植物組織培養已廣泛應用于植物育種，在單倍體育種、胚培養、體細胞雜交、細胞突變體篩選、遺傳轉化等方面均取得了顯著成就。1植物組織培養概述植物組織培養，是指在人工控制的條件下，將植物體的任何一部分，或器官、或組織，或細胞，進行離體培養，使之發育形成完整的植物體。所謂人工控制的條件，即營養條件

5、和環境條件；植物體的任伺一部分是指根、莖、葉、花、果以及它們的組織切片l2和細胞1。它的優越性在于：可以在不受其他部分干擾的情況下研究被培養部分的生長和分化規律。特點是：取材少，培養材料經濟；人為控制培養條件，不受自然條件影響；生長周期短，繁殖率高；管理方便，利于自動化控制2。植物組織培養的理論基礎是植物細胞的全能性(totipotency)。一個生活的植物細胞，只要有完整的膜系統和細胞核，它就會有一整套發育成一個完整植株的遺傳基礎，在一個適當的條件下可以通過分裂、分化再生成完整植株，這就是所謂的細胞全能性4:O5植物組織培養的基本方法是材料選擇、培養基配置、接種與培養和最后的小苗移栽。2植物

6、組織培養在農業上的應用植物組織培養應用十分廣泛，特別是和植物密切相關一些領域。農業主要是以植物的栽培種植為主，因此植物組織培養在農業上的應用是其應用中十分重要的一個方面。目前植物組織培養在農業上的應用主要有以下四個方面：離體無性系的快速繁殖、培養無病毒種苗、新品種的選育和人工種子和種質的保存。植物離體快速繁殖植物離體快速繁殖是植物組織培養在生產上應用最廣泛，產生較大經濟效益的一項技術。其商業性應用始于20世紀70年代美國蘭花工業，80年代已被認為是能夠帶來全球經濟利益的產業。組培快繁技術不受季節等條件的限制，可周年生產，具有生長周期短、繁殖速度快、苗木整齊一致等優點。通過離體快繁可在較短時期內

7、迅速擴大植物的數量，在合適的條件下每年可繁殖出幾萬倍，乃至百萬倍的幼苗。如1個草莓芽1年可繁殖1億個芽，1個蘭花原球莖1年可繁殖400萬個原球莖，1株葡萄1年可繁殖3萬株。快繁技術加快了植物新品種的推廣，以前靠常規方法推廣一個新品種要幾年甚至十多年，而現在快的只要12年就可在世界范圍內達到普及和應用。特別是對繁殖系數低的名、優、新、奇、特”植物品種的推廣更為重要。全世界組培苗白年產量從1985年的1.3億株猛增到1991年的5.13億株，現在已超過10億株。如美國的Wyford國際公司設有4個組培室，研究和培育出的新品種達1000余個，年產觀賞花卉、蔬菜、果樹及林木等組培苗3000萬株；以色列

8、的Benzur年產觀賞植物組培苗800萬株；印度HarrisonsMalayalam有限公司年產觀賞植物組培苗400萬株。植物組培快繁技術在我國也得到了廣泛的應用，到目前為止已報道有上千種植物的快速繁殖獲得成功，包括觀賞植物、蔬菜、果樹、大田作物及其它經濟作物。其中蘭花、安祖花、馬蹄蓮、甘薯、草莓、香蕉、甘蔗、枝樹、非洲菊等經濟植物已開始工廠化生產。離體無性系的快速繁殖離體無性系的快速繁殖是組織培養在生產上應用最廣泛、最成功的一個方面。無性系繁殖植物的主要特點是繁殖速度快，通常一年內可以繁殖數以萬計的種苗，特別對于名貴品種、稀優種質、優良單株或新育成的品種的繁殖推廣具有重要的意義。離體繁殖良種

9、種苗最早在蘭花工業上獲得成功。蘭花成熟的種子中大多數的胚不能成活，種子不能發芽，通過球莖組織培養，使蘭花的繁殖系數大為提高，從而形成了20世紀60年代風靡全球的"蘭花工業"。甘蔗繁殖用種量大，1hm2地需要7.5-15t的種蔗。采用莖尖、嫩葉組織培養繁殖種苗，節省了大量的種蔗，加速了優良品種的推廣。其他如牡丹、香石竹、唐菖蒲和菊花等難以托插的名貴品種以及無籽西瓜、草莓、凍猴桃、葡萄、菠蘿、櫻桃、枝樹、杉木等的無性快速繁殖都取得了進展，有力地推動了農業生產萬hm2(1000萬畝)；已審定的品種如水稻中花10號、中花11號累計推廣面積約250萬畝、南抗2號名15萬畝，還有花培5

10、28、贛早釉11號；小麥京花3號推廣約100萬畝等。在生產上已應用的新品種如花培28、花535、花86-5,前兩個品種已推廣約100萬畝以上。新品系有水稻花8504;植物脫毒苗木培育植物在生長過程中幾乎都要遭受到病毒不同程度的危害，尤其是靠無性繁殖的植物，如蒙受病毒病后，代代相傳，越染越重，嚴重地影響了產量和品質，給生產帶來嚴重的損失。如草莓、馬鈴薯、甘薯、葡萄、香蕉等植物感染病毒后會造成產量下降、品質變劣；蘭花、菊花、百合、康乃馨等觀賞植物受病毒為害后，造成產花少、花小、花色暗淡，大大影響其觀賞價值。自20世紀50年代發現采用莖尖培養方法可除去植物體內的病毒以來，脫毒培養就成為解決病毒病危害

11、的主要方法。由于植物生長點附近的病毒濃度很低甚至是無病毒，切取一定大小的莖尖分生組織進行培養，再生植株就可能脫除病毒，從而獲得脫毒苗。脫毒苗恢復了原有優良種性，生長勢明顯增強，整齊一致。如脫毒后的馬鈴薯、甘薯、甘蔗、香蕉等植物可大幅度提高產量，改善品質，最高可增產300%,平均增產也在30%以上；蘭花、水仙、大麗花等觀賞植物脫毒后植株生長勢強，花朵變大，產花量上升，色澤鮮艷。目前利用組織培養脫除植物病毒的方法已廣泛應用花卉、果樹、蔬菜等植物上，并建立了脫毒苗的繁殖系數。植物新品種培育植物組織培養技術為育種提供了更多的手段和方法，使育種工作在新的條件下更有效的開展。育種研究基因工程育種是將一種生

12、物中決定某一性狀的基聞轉移到另一生物中，并使其表達的技術8。通過組織培養手段增加遺傳變異性來改良作物品種，開發新的種質資源，選育新品種已成為一條育種新途徑。在農業上.利用基因工程技術已創造出一些具有重大應用價值的品種，如抗蟲棉、抗除草劑大豆、玉米等忙I。通過秋水仙素處理，使單倍體植株染色體加倍。成為純合二倍體植株的技術稱為單倍體育種。單倍體育種可以縮短育種年限。節約人力物力.較快地獲得優良品種。目前已有40多種植物獲得了單倍體植株。原生質體融合技術在木本植物育種上有著較好的應用前景，如通過原生質體融合獲得的多抗的速生楊樹品系。已產生巨大的經濟效益和社會效益。另外原生質體融合技術也可為克服遠緣雜

13、交時有性生殖上的障礙并產生新類型雜種提供一種新的技術。美國科學家采用細胞融合技術將番茄和馬鈴薯的細胞融合在一起，培育出稱之為“番茄薯”或“薯番茄”的新型植物。(1)花藥和花粉培養通過花藥或花粉培養可獲得單倍體植株，不僅可以迅速獲得純的品系，更便于對隱性突變的分離，較常規育種大大地縮短了育種年限。到目前已有幾百種植物的花藥培養成功，一些作物已利用花粉單倍體育出了新品種并應用于大面積生產。如1974年我國科學家用單倍體育成世界上第一個作物新品種一一煙草單育1號，之后有育成水稻中花8號”、小麥京花1號”及大量花培新品系。（2）胚培養胚培養是組織培養中最早獲得成功的技術。在遠緣雜交中，雜交后形成的胚珠

14、往往在未成熟狀態下就停止生長，不能形成有生活力的種子，導致雜交不孕，這使得植物的種間和遠緣雜交常難以成功。采用胚的早期培養可以使雜交胚正常發育，產生遠緣雜交后代，從而育成新品種。如蘋果和梨雜交種、大白菜與甘藍雜交種、栽培棉與野生棉的雜交種等，胚培養已在50多個科、屬中獲得成功。利用胚乳培養可獲得三倍體植株，再經過染色體加倍獲得六倍體，進而育成植株生長旺盛、果實大的多倍體植株。（3）細胞融合通過原生質體的融合，可部分克服有性雜交不親合性，從而獲得體細胞雜種，創造新物種或優良品種。目前已獲得40多個種間、屬間甚至科間的體細胞雜種植株或愈傷組織。（4）選擇細胞突變體離體培養的細胞處于不斷的分裂狀態，

15、容易受到培養條件和外界物理、化學等因素的影響而發生變異，從中可以篩選出對人們有用的突變體，進而育成新品種。現已獲得一批抗病蟲、抗鹽、高賴氨酸的突變體，有些已用于生產。（5）植物基因工程植物基因工程是在分子水平上有針對性的定向重組遺傳物質，改良植物性狀，培育優質高產作物新品種，大大地縮短了育種年限，提高了工作效率，為人類開辟了一條誘人的植物育種新途徑。迄今為止，已獲得轉基因植物百余種。植物基因轉化的受體除植物原生質體外，愈傷組織、懸浮細胞也都可以作為受體。幾乎所有的基因工程的研究最終都離不開應用植物組織培養技術和方法，它是植物基因工程必不可少的技術手段。植物次生代謝產物生產利用植物組織或細胞的大

16、規模培養，可以生產一些天然有機化合物，如蛋白質、糖類、脂肪、藥物、香料、生物堿及其他生物活性物質等。這些次生代謝產物往往具有一些特定的功能，對人類有重要的影響和作用。目前次生代謝產物的生產主要集中在制藥工業中一些價格高、產量低、需求量大的化合物上（如紫杉醇、長春堿、紫草寧等），其次是油料（如小豆蔻油、春黃菊油）、食品添加劑（如生姜、洋姜等）、色素、調味劑、飲料、樹膠等。植物種質資源的離體保存種質資源是農業生產的基礎，常規的植物種質資源保存方法耗資巨大，使得種質資源流失的情況時有發生。通過抑制生長或超低溫儲存的方法離體保存植物種質，可節約大量的人力、物力和土地，還可挽救那些瀕危物種。如一個0.2

17、8m3的普通冰箱可存放2000支試管苗，可容納相同數量白蘋果植株則需要近6hm2土地。離體保存還可避免病蟲害侵染和外界不利氣候及其栽培因素的影響，可長期保存，有利于種質資源材料的遠距離之間的交換。人工種子人工種子是模擬天然種子的基本構造，利用人工種子包皮被植物組織培養中得到的體細胞胚。人工種子在自然條件下能夠象天然種子一樣正常生長，它可為某些珍稀物種的繁殖以及轉基因植物、自交不親和植物、遠緣雜種的繁殖提供有效的手段9。低溫儲存及種質庫的建立近些年來植物組織培養技術在植物材料保存及其種質庫的建立方面也取得了重要進展。超低溫種質保存就是將植物材料保存在液氮（一1960C）條件下.降低其代謝水平，但

18、仍保持生長和形態建成的潛力。具有節省人力物力.保持較高的增殖率。保存空間小.有利于國際間的種質交流及瀕危物種的搶救和快繁.因此是一種經濟有效的種質保存方基金項目：寧夏自然科學基金“不同光質對植物組織培養的影響研究植物組織培養技術作為生物科學的一項重要技術，已經滲透到生物科學的各個領域，它為研究植物細胞、組織分化以及器官形態建成規律提供了實驗條件，促進了植物遺傳、生理生化、病理學的深入研究。隨著科學技術的發展，組織培養技術的應用范圍將日趨廣泛，發揮越來越重要的作用。藥物及其它生物制劑的工業化生產目前植物細胞的大量培養主要用來生產藥物和次生代謝物質，如抗癌藥物、生物堿、調味品、香料、色素等阿。近年

19、來.這一領域的發展極為迅速，已經研究了400多種植物，從培養細胞中分離到600多種次級代謝產物。另外.還可以借助植物基因工程技術通過農桿菌介導的方法獲得轉基因藥用植物。藥用植物的細胞培養，克服了藥用植物生長緩慢、有效成分積累有限的缺陷，其發展前景十分誘人。3植物組織培養新技術的應用1開放組培技術植物開放式組織培養，簡稱開放組培，是在使用抗菌劑的條件下，使植物組織培養脫離嚴格無菌的操作環境，不需高壓滅菌和超凈工作臺，利用塑料杯代替組培瓶。在自然開放的有菌環境中進行的植物組織培養。崔剛等P噪用中醫理論，從多種植物中提取具有殺菌、抗菌活性物質，成功研制出了具有廣譜性殺菌能力的抗菌劑。已有研究報道，通

20、過開放組培方法成功建立了葡萄外植體的開放式培養。趙青華等18J采用開放式組培技術.在培養基中添加抑菌劑，克服了非滅菌條件下魔芋組織培養污染問題，有效地簡化了實驗步驟.降低了生產成本。開放組培技術突破了人工光源培養的限制.實現了大規模利用自然光進行植物培養的目標。2無糖組培技術（光獨立培養法）植物組織培養過程中。小植株生長方式是以植物體靠培養基中的糖以人工光照進行異養和自養生長。由于傳統的組培技術中使用的是含糖培養基，雜菌很容易侵入培養容器中繁殖，造成培養基的污染。為了防止雜菌侵入，通常將培養容器密閉，這樣既造成植物生長緩慢，又容易出現形態和生理異常，同時增加了費用。20世紀80年代末，日本千葉

21、大學古在豐樹教授發明了一種全新的植物組培技術一一無糖組培技術冏，又叫光自養微繁技術。其特點在于將大田溫搴環境控制的原理引入到常規組織培養中。通過改變碳源的供給途徑，用CO:氣體代替培養基中的糖作為組培苗生長的碳源。采用人工環境控制的手段，提供適宜不同種類組培苗生長的光、溫、水、氣、營養等條件，促進植株的光合作用.從而促進植物的生長發育.使之由異養型轉變為自養型.從而達到快速繁殖優質種苗的目的I刪。由于該培養基主要采用多孔無機物質.如蛭石、珍珠巖和砂等作為培養基.因此不易引起微生物的污染IIII。無糖培養技術的優點在于可大量生產遺傳一致、生理一致、發育正常、無病毒的組培苗，并且縮短馴化時問.降低

22、生產成本舊。目前，無糖組培技術已經成功的應用于半夏呻1、草莓1141、花椰菜1151的培養中。并且取得了很好的實驗效果。但是，無糖培養法對環境要求較高.若無糖組培環境不能被控制并達不到一定的精度.就會嚴重影響組培苗質量和經濟效益。隨著理論研究的不斷深入及相關配套技術的不斷完善，無糖組培技術必將成為今后組培生產的一種重要手段。4植物組織培養技術在農業上的應用前景植物組織培養是根據植物細胞全能性這個理論，近幾十年來發展起來的一項無性繁殖的生物技術12,13,我們組培室這幾年的應用主要是：中藥材良種苗的組織培養擴繁及快繁已成功應用在桔梗、半夏等品種，馬鈴薯脫毒組培苗的生產及微型薯擴繁，花卉組織培養，

23、組織培養是分離和誘導產生突變體的有效途徑，在作物改良上的作用已突顯。其作用改良的優點是：（1）加速改良后代的遺傳特性穩定，使雜種從雜合子迅速轉變為純合子從而縮短育種周期，提高選擇效率。（2）誘變群體大誘變率高，篩選方便時間短，可在人力條件下篩選出特定種群，便于進行細胞遺傳分析。為了加快組培苗的生長速度.提高其質量.改善其品質。并降低生產成本，國內外的學者將環境控制技術和植物組織培養技術有機結合起來做了大量研究，發明了一些植物組織培養的新技術和新方法。開放組培技術使組織培養突破了傳統組培必須無菌的概念，使帶菌組培成為現實，具有很好的發展潛力。無糖培養改革了傳統組培以糖作為碳源的培養模式.通過增加CO:濃度，創造更接近于自然狀態的植物生長環境，從而提高了組培苗的成活率和生長發育速度。不僅降低了組培苗的生產成本。更有利于實施組培微生態環境的自動化監控和自動化生產管理，用此項技術構建的組培快繁技術新體系，將使植物組培形成規模化和產業化格局。新型光源LED的應用為組培苗的生長提供了更加適宜的光照條件.有利于提高組培苗的成活率和促進其生長發育，還能延長光源的使用壽命.大大降低了生產成本.新型光源還具有高效、節能、節省空間等優點。隨著研究工作的不斷深入，植物組織培養技術的發