组织培养的论文

植物组织培养的应用

［摘 要］ 植物组织培养技术是根据植物细胞具有全能性的原理而发展起来的一门技术。植物组织培养已渗透到与之相关的农业、林业、园艺、医药等领域的多个学科，同时与其他技术结合创造了巨大的经济效益和社会效益。 ［关键词］ 植物；组织培养；育种

The application of plant tissue culture

[pick to] plant tissue culture technology is based on the principle of plant cell has the totipotency and developed a door technology. Plant tissue culture has penetrated into the related agricultural, forestry, gardening, medicine and other areas of multiple disciplines, at the same time and the other technology in combination with created the huge economic efficiency and the social efficiency [key words] plant; Tissue culture; breeding

目前,生物技术在世界范围内的发展日新月异,在农业、食品工业、能源、环保以及医药等各个领域都显示出极大的生产应用潜力。作为其重要手段与途径的植物组织培养也日益受到重视,多方面发挥其作用。

植物组织培养技术又称植物克隆,是根据植物细胞具有全能性的原理,即植物体任何一个细胞都携带着一套发育成完整植株的全部遗传信息,在离体培养的条件下,这些信息可以表达并发育成一个与母体同样的植株。[8]

组织培养的简史：

自1902年,德国植物学家预言离体的植物细胞具有发育上的全能性,到1934年美国White等用番茄根进行离体培养,首次建立了活跃生长的无性繁殖系,再到1958年,美国植物学家斯图尔德等人,用胡萝卜韧皮部的细胞进行培养,终于得到了完整植株以来,植物离体培养技术发展很快。特别是70年代以后,植物组织培养已渗透到与之相关的农业、林业、园艺、医药等领域的多个学科,为这些学科的发展提供了理论基础与研究手段,同时与其他技术结合创造了巨大的经济效益和社会效益,在种质保存、挽救珍稀植物、开发利用野生植物资源、创造新物种、生物制药、人工种子研究等方面做出了巨大贡献。[1]

植物组织培养的应用：

一、在植物快速繁殖与脱毒方面的应用

1．离体快速繁殖快速繁殖在植物组织培养中应用最多。也最有成效。Morel提出的离体无性繁殖兰花方法，很快被兰花生产者所采用，迅速建立起“兰花工业”。以后，国内外植物快繁技术的发展突飞猛进，许多花卉、林木、果树、蔬菜都可通过组织培养进行大规模离体快繁，试管苗已在国际市场形成产业化，取得了巨大的经济效益和社会效益。离体

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快速繁殖可用于新育成、新引进、短期内急需大量生产的良种的快速繁殖，生产用苗量大、需进行无性系繁殖的品种的快速繁殖，繁殖系数低、不能用种子进行繁殖或经种子繁殖后常易丧失其优良特性的植物的快速繁殖，少量脱毒良种苗的快速繁殖和无病毒苗的大量繁殖，特殊育种材料和制种材料的快速繁殖，基因工程植株、自然和人工诱导有用突变体(芽变)、离体保存种质的快速繁殖，新发现的、稀有的、珍贵的或濒危的植物的快速繁殖.[5]

2．脱毒培养果树、花卉、蔬菜等植物病毒病有500多种，由于病毒通过无性繁殖(扦插、分株等)传递，在母体内逐代积累，种性退化严重，表现为植物生长受到抑制，形态畸变，产量下降，品质变劣，严重时只好拔除病株，因而造成很大经济损失，可目前生产上对病毒病的防治尚无特效药物。由于病毒在植物体内分布不均匀，生长点附近的病毒浓度低，甚至无病毒，因此可利用茎尖进行离体培养，获得无毒苗，再用无毒苗进行大量繁殖来脱除病毒，恢复品种特性，快速增殖，以满足生产的需要。[4]

目前，通过组织培养实现商业化的脱毒试管苗，在果树、蔬菜、花卉领域已十分普遍，如马铃薯、甘薯、大蒜、香蕉、柑橘、苹果、葡萄、百合、草莓、矮牵牛、康乃馨、月季、菊花、牡丹花、叶芋、山茶、甘蔗等已在中国广泛应用，经脱毒处理的作物产量可以得到大幅度提高。[6]

二、在种质资源的保存和交流方面的应用

一直以来，种质资源大多是以种子的形式保存的，但随着时间的延长种子的生活力下降，并会受到病虫害的侵扰；尤其是杂交种在有性繁殖中会产生性状分离，导致遗传的不稳定。另外，还有些植物没有种子，只能在植物园内长期栽培保存，耗费大量的土地和劳力。如果采用组培的方式，将种质资源的外植体放在无菌环境中进行离体培养，并置于低温(1-90C)或超低温(一1960C)条件下，由于培养物缓慢生长甚至无生长，则可以达到长期保存的目的。近年来，人们为了保持生态平衡、维护遗传多样性和持续利用野生植物资源，对濒危野生植物的保护加大了研究力度，已由室外的种子和田间保存转向应用组织培养技术，利用植物的少量器官、组织和细胞等，离体培养再生成完整植株，建立室内的“试管植物园”以保护这些濒危植物，再结合技术进行大量繁殖，为人类所用。[4] 三、在植物育种方面的应用 1.胚胎培养

在植物远缘杂交中，由于生理代谢等方面的原因，常使杂种胚早期败育，不能形成有活力的种子，因而得不到杂种植物。用胚培养技术可以将早期的杂种胚从母体上分离下来进行组织培养，使杂种胚顺利生长，从而克服远缘杂交不亲和的障碍，获得远缘杂种。胚

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培养已在植物50多个科属中获得成功。 2.花药或花粉培养

通过花药或花粉培养可以获得单倍体植株，对其进行染色体加倍后便可得到基因纯合的二倍体植株。单倍体育种方法不仅可以快速获得纯系，而且还能缩短育种年限、提高选择效率。花药培养在20世纪70年代得到了迅速发展，获得成功的物种数目不断增加，其中包括很多种重要的栽培物种。[2] 3.突变体培养

自然界中有芽变出现，随着时间的推移，芽变可能消失。发现芽变后，可以通过组织培养的方法对芽变进行分离和同定。利用植物细胞的全能性，可以将突变细胞培养成完整的植株，从而丰富植物的遗传变异，选育出新的品种和类型。在组织培养过程中，植物的体细胞会发生各种各样的变异，可以采用愈伤组织诱变、花粉培养诱变等方法来进行植物育种等。这种方法已经筛选出了抗病、抗盐、高赖氨酸、高蛋白、矮秆高产的植物突变体，有的已经在生产上应用。 4.单倍体育种

自1964年印度首次在诱导毛叶曼陀罗单倍体株成功以来，单倍体育种成为一条新的育种途径。采用花药培养、小孢-7：培养或未传粉-7：房培养均可获得单倍体植株。据不完全统计，至2002年5月，用单倍体作介导已育成的新品种和杂交种达34科88属256种。其中小麦、玉米、杨树、橡胶、辣椒等28种植物的花粉植株在我国首先获得成功。小孢子培养在花药培养基础上发展并具更大的潜力，已在油菜、大麦、玉米和小麦上获得成功。 5.植物基因工程

植物组培是转基因技术不可或缺的组成部分。无论是转基因受体的提供，还是转化细胞的筛选和再生，都需要有组织培养技术作支撑。利用基因技术可克服作物育种的盲目性，基因工程已成为改良植物抗病、抗虫、抗草、抗逆、品质等特性的新的重要手段。现在，转基因抗虫棉花、抗虫玉米、抗除草剂大豆、抗虫油菜等一批植物新品种已在生产上大面积推广种植，并取得了巨大的经济效益。[4]

植物组织培养中存在问题及解决方法:

在这几十年间,植物组织培养技术发展迅速,但是仍然存在一些问题,限制了其大规模应用,主要有以下方面的问题: 1、污染现象及对策。

在组织培养过程中,如果环境、培养基或外植体灭菌不彻底、操作过程不规范等,微生

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物则会在培养基中滋生,并使培养物的生长受到影响甚至死亡。吴林森在对月季快繁出现的污染物分析,发现主要是由肠杆菌属、棒杆菌、地霉菌、曲霉属、毛霉属、根霉属等细菌和真菌引起感染。在组织培养过程中严格的无菌操作是降低污染率的关键,选择在植物生长旺盛期采用外植体并进行消毒,并在培养基中加入适量抗生素、杀菌剂。研究表明,在培养基中添加广谱性杀菌剂,实行开放式组织培养,简化了组织培养环节,并将污染率控制在10%以下,能有效的解决杂菌感染的问题。[7] 2、褐变现象及对策。

外植体在培养过程中切口产生的多酚类物质被氧化成褐色的醌类物质,这就是褐变现象。目前已在许多植物组织培养中发现有褐变现象,尤以木本植物组织培养中褐变严重。褐变现象主要发生在外植体,外植体的部位不同,取材时期不同,褐变程度亦不同,如油棕用幼嫩器官或组织,胚等作外植体进行培养,褐变较轻,而用高度分化的叶片作外植体,接种后很容易褐变。选择适当的外植体进行预处理之后,选择适宜的培养基,在黑暗或弱光下进行培养,并在培养基中加入活性碳可以防止细胞褐变的发生和发展;在外植体接种后1-2天既转移到新鲜培养基上,使细胞在褐化之前及时转移可以大大减轻或避免褐化。

虽然对组织培养中出现的问题的发生、机理及控制进行了一定的研究，但是尚未能找到普遍适用的行之有效的解决办法，成为提高组织培养繁殖率和增加培养过程稳定性的主要障碍。因此对这些问题的研究仍需继续深入，以其找到更好的解决办法，使控制措施从治标走向治本，从而使植物组织技术发挥更大的作用。

展望将来，无论是在理论研究上或实际应用上，植物组织各方面的创造和培育，突变体的选择和利用，原生质体杂交，基因转移，代谢物质生产以及建立真正的植物基因库或有价值的基因型的基因文库等研究将会更加广泛深入，植物组织培养研究将对农业发展做出更大的贡献。

植物培养的新技术展望:

100多年以来，植物组织培养从理论和实践上都得到了快速发展。组织培养技术不断完善，走出实验室，在生产上得到了广泛的应用；同时它作为一种实验手段，在生物科学其他领域也得到了广泛的应用。但是传统组培苗成长于小而密闭的容器中。处于高湿、少气、弱光的环境条件下，容易产生组培苗污染、生长弱、差异大，驯化苗成活率低等问题，使植物组织培养的进一步应用受到了限制。为了充分发挥这项高新技术在现代植物生产和农林业产业化中的重要作用，研究人员在技术改进上作出了有意义的实践与探索。[3]

参 考 文 献:

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[1]潘瑞炽．《植物组织培养》.广东高等教育出版社, 2001.

[2]阎金玲,杨春梅．《花卉组织培养研究进展》．西南农业学报, 2004, 17: 351-353.

[3]刘涤,胡之壁. 《生物技术在传统药材生产中的应用前景》.生物工程学报, 1997, 17(2): 60-62. [4]许智宏. 《植物生物技术》.上海:上海科学技术出版社: 1998, 37-40.

[5]孔秀英,周荣华,董玉琛. 《尾状山羊草与硬粒小麦、普通小麦的杂交及外源染色质检测》.植物学报, 1999, 41(11): 1164-1168.

[6]邓秀新,章文才. 《柑桔原生质体培养与融合研究》．自然科学进展, 1995, 5(1): 35-41. [7]吴林森. 《植物组织培养污染问题的研究及其控制措施》．江苏林业科技, 2005, 32(1): 130-134. [8]崔刚,单文修,秦旭. 《植物开放式组织培养研究初探》.山东农业大学学报(自然科学版), 2004, 35(4):529-533.

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