第九章 植物种质资源离体超低温保存

·综述·△［基金项目］　广西科技计划项目（桂科ＡＤ１７２９２００４，桂科ＺＹ１９４９０２３）；广西壮族自治区药用植物园创新团队项目（桂药创２０１９０１１）［通信作者］　缪剑华，研究员，研究方向：药用植物保育学；Ｅ ｍａｉｌ：ｍｊｈ１９６２＠ｖｉｐ １６３ ｃｏｍ药用植物种质资源的超低温保存△李翠，陈东亮，陈晓英，雷明，郭晓云，缪剑华广西壮族自治区药用植物园／广西药用资源保护与遗传改良重点实验室，广西　南宁　５３００２３［摘要］　药用植物种质资源是发展中医药的特有野生生物资源和战略生物资源，药用植物种质资源的保存至关重要。

原位保存和离位保存是药用植物种质资源的主要保存方法，超低温保存是迄今为止最为安全、经济、有效的药用植物种质资源离位保存方法。

本文从超低温保存的原理及优势、材料的选择和预处理、保护剂的使用、化冻方法及药用植物超低温保存现状进行总结综述和展望，提出药用植物超低温保存研究应以遗传稳定性为首要考察指标并逐步与生产实践相结合。

［关键词］　药用植物；种质资源；超低温保存；原理［中图分类号］　Ｒ２８２ ２ ［文献标识码］　Ａ ［文章编号］　１６７３ ４８９０（２０２０）０６ ０９６６ ０５ｄｏｉ：１０ １３３１３／ｊ ｉｓｓｎ １６７３ ４８９０ ２０１９０８０７００１ＣｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆＭｅｄｉｃａｌＰｌａｎｔＧｅｒｍｐｌａｓｍＲｅｓｏｕｒｃｅｓＬＩＣｕｉ，ＣＨＥＮＤｏｎｇ ｌｉａｎｇ，ＣＨＥＮＸｉａｏ ｙｉｎｇ，ＬＥＩＭｉｎｇ，ＧＵＯＸｉａｏ ｙｕｎ，ＭＩＡＯＪｉａｎ ｈｕａＧｕａｎｇｘｉＢｏｔａｎｉｃａｌＧａｒｄｅｎｏｆＭｅｄｉｃｉｎａｌＰｌａｎｔｓ，ＧｕａｎｇｘｉＭｅｄｉｃｉｎａｌＲｅｓｏｕｒｃｅｓＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＧｅｎｅｔｉｃＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ５３００２３，Ｃｈｉｎａ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］　ＧｅｒｍｐｌａｓｍｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｓａｒｅｕｎｉｑｕｅｗｉｌｄｌｉｆｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｓｔｒａｔｅｇｉｃｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＣｈｉｎｅｓｅｍｅｄｉｃｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｇｅｒｍｐｌａｓｍｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｓｉｓｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ Ｔｈｅｍａｉｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｇｅｒｍｐｌａｓｍｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｒｅｉｎ ｓｉｔｕｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｉｎ ｓｉｔｕｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ Ｂｙｆａｒ，ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｍｏｓｔｓａｆｅ，ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｏｆｅｘ ｓｉｔｕｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｄｖａｎｔａｇｅ，ｍａｔｅｒｉａｌｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅａｇｅｎｔｕｓａｇｅ，ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｏｍｅｓｔｉｃａｔｉｏｎ，ｆｒｅｅｚｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｓｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔｉｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎａｓｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｉｎｄｅｘｉｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｓ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒａｃｔｉｃｅｓｔｅｐｂｙｓｔｅｐ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］　ｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｓ；ｇｅｒｍｐｌａｓｍｒｅｓｏｕｒｃｅ；ｃｒｙｏｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ长久以来中药用传统方式为世人健康服务，其需求量正随着人们对健康生活需求的提升而不断增长。

种质资源库的保存方法植物种质资源保存主要有原地保存、异地保存和设施保存3种方式。

设施保存的场所又称种质资源库，英文意译为”种质银行“，是当前最有效、最安全的保存方式，它包括种子低温保存、超低温保存及种质离体保存等方法。

种质库保存以种子为主体的作物种质资源及其近缘野生植物，这些材料可随时提供给科研、教学及育种单位研究利用及其国际交换。

种质库在接纳到种子后，需对种子进行清选、生活力检测、干燥脱水等入库保存前处理，然后密封包装存入-18℃冷库。

入库保存种子的初始发芽率一般要求高于85%，种子含水量降至5%～6%。

根据科学家估算，在上述贮藏条件下，一般作物种子寿命可保存50年以上。

型号：TPZY-C林木种质资源保存主要有原地保存、异地保存和设施保存3种方式。

设施保存的场所又称林木种质资源库或林木种子标准样品库，英文意译为”种质银行“，是当前最有效、最安全的保存方式，它包括种子低温保存、超低温保存及种质离体保存等方法。

种质库保存以种子为主体的作物种质资源及其近缘野生植物，这些材料可随时提供给科研、教学及育种单位研究利用及其国际交换。

种质库在接纳到种子后，需对种子进行清选、生活力检测、干燥脱水等入库保存前处理，然后密封包装存入-18℃冷库。

托普仪器已为广大科研院校、教育及育种单位研发建设的林木种质资源库，助力种质资源保存工作。

托普林木种质资源库主控系统功能：1.全新动态恒温恒湿控制系统，响应快，精度高。

2.任意设定的温度、湿度控制参数，自动构成局部的微气候环境。

触摸屏尺寸不小于5.7英寸,所有的参数显示和设定均可在触摸屏上进行，在全彩色触摸屏上进行参数设置等操作的功能，可根据种子种类的不同选择最佳制冷或除湿的运行模式，可在触摸屏上直接设置温度，湿度，时间，模式等参数, 具有实时温湿度，历史温湿度数据曲线，设备运行状态显示，故障图形代码显示等专用功能。

3.整个控制系统具有计算机通讯接口，如有需要可以安装上位机软件对整个控制过程进行全程监控，对库房的的温湿度数据进行电脑数据显示、曲线显示、数据记录以及打印等。

（完整版）植物组织培养试题及答案总结《绪论》复习题及参考答案⼀、填空：★1、根据培养的材料，植物组织培养分：愈伤组织培养、器官培养、细胞培养、原⽣质体培养、悬浮培养等类型。

2、植物组织培养的发展分为三个阶段：萌芽阶段、奠基阶段和快速发展和应⽤阶段。

3、1902年，Haberlandt提出了植物细胞“全能性”学说，1934年，White出版了《植物组织培养⼿册》从⽽使植物组织培养为⼀门新兴学科。

⼆、名词解释：★1、植物组织培养(plant tissue culture)：是指通过⽆菌和⼈⼯控制的环境条件下，利⽤适当的培养基，对离体的植物器官、组织、细胞及原⽣质体进⾏培养，使其再⽣细胞或完整植株的技术。

由于培养材料已脱离了母体，⼜称为植物离体培养（Plant culture in vitro）。

2、脱分化（dedifferentiation）：由⾼度分化的植物器官、组织或细胞产⽣愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。

3、再分化（redifferentiation）：脱分化产⽣的愈伤组织继续进⾏培养⼜可以重新分化成根或芽等器官，这⼀过程称为植物细胞的再分化。

★4、外植体(explant)：由活体（in vivo)植物体上切取下来的，⽤于组织培养的各种接种材料。

包括各种器官、组织、细胞或原⽣质体等★5、愈伤组织(callus)：原指植物在受伤之后于伤⼝表⾯形成的⼀团薄壁细胞，在组培中则指在离体培养过程中形成的具有分⽣能⼒的⼀团不规则的薄壁细胞，多在植物体切⾯上产⽣。

三、问答题：1、简述植物组织培养的理论依据？植物组织培养的理论依据是细胞全能性学说，即植物体的每⼀个细胞都携带有⼀套完整的基因组，并具有发育成为完整植株的潜在能⼒。

★2、植物组织培养有哪些特点？（1）培养条件可以⼈为控制（2）⽣长周期短，繁殖率⾼：（3）管理⽅便，利于⼯⼚化⽣产和⾃动化控制：★3、植物组织培养的分类？（1）根据培养对象不同：组织培养、器官培养、胚胎培养、细胞培养、原⽣质体培养等；（2）根据培养物培养过程：初代培养、继代培养；（3）根据培养基的物理状态：固体培养、液体培养。

植物种质资源学研究植物种质资源的收集保存鉴定利用等科学植物种质资源学是研究植物种质资源的收集、保存、鉴定和利用等科学。

植物种质资源是指广义上所有与植物相关的物质，包括种子、细胞、组织和器官等。

这些资源对于人类的生存和发展具有重要的经济、生态和社会价值。

本文将从收集、保存、鉴定和利用四个方面介绍植物种质资源学的研究内容。

一、收集植物种质资源植物种质资源的收集是植物种质资源学的重要环节。

植物种质资源广泛分布于全球各地的不同生态系统中，包括陆地、海洋和淡水等环境。

科学家和植物学家通过实地考察和采集，收集各类植物的种子、细胞、组织和器官等样品。

在收集过程中，应严格按照规定的采集方法和技术要求进行操作，确保样品的完整性和可靠性。

二、保存植物种质资源植物种质资源保存是指将采集到的植物样品进行保存和长期维护的工作。

保存植物种质资源的目的是为了保护和维持植物遗传多样性，以及为后续的科学研究和利用提供可靠的材料基础。

目前，保存植物种质资源的方法主要有冷冻保存、干燥保存和液氮保存等。

其中，液氮保存是目前保存植物种质资源最常用的方法之一，能够有效地延长植物样品的保存寿命。

三、鉴定植物种质资源鉴定植物种质资源是指对采集到的植物样品进行形态、生理和分子等方面的鉴定和确认工作。

通过鉴定，科学家可以确定植物的分类地位、系统发育关系和遗传特征等。

鉴定植物种质资源的方法主要包括形态学鉴定、生理学鉴定和分子生物学鉴定等。

近年来，随着分子生物学技术的发展，分子鉴定方法在植物种质资源学中得到了广泛应用，能够提高鉴定的准确性和可靠性。

四、利用植物种质资源利用植物种质资源是植物种质资源学研究的重要目标之一，也是植物种质资源的核心价值所在。

植物种质资源的利用可以包括农业生产、药物研发、新品种选育、环境修复和生态保护等方面。

通过对植物种质资源的深入研究和利用，可以为人类的食品安全、健康医疗和环境可持续发展等提供重要支持。

综上所述，植物种质资源学研究的内容主要包括植物种质资源的收集、保存、鉴定和利用等方面。

第一章绪论1.简述园艺植物育种学的概念、内容和主要任务。

概念：园艺植物育种学是研究改良作物遗传性状和繁殖优良品种，特别是改良经济性状使之更符合人类生产和生活需要的理论和技术的科学。

内容：（1）育种目标的制定以及实现育种目标的策略；（2）种质资源的搜集、保存、研究、评价、利用及创新；（3）人工创造变异的途径、方法及技术；（4）人工选择的理论及方法；（5）主要目标性状的鉴定、遗传规律；（6）各种育种方法与应用；（7）新品种保护与品种审定（鉴定）、推广。

任务：研究育种规律；发掘、研究和利用各种种质资源；制定正确的育种目标；通过各种育种途径，应用先进的科学技术与手段，改良品种的遗传素质与群体构成，培育出高产、稳产、优质的新品种或新的类型。

并且在繁殖与推广新品种的过程中，保持优良品种的种性，提供量足、质优、价廉的生产用种，充分发挥优良品种的增产作用，促进高产、高效、优质农业的发展。

2.根据你掌握的进化理论与遗传学的知识，谈谈自然进化、人工进化与遗传改良的关系。

自然进化是自然变异和自然选择的进化；进化的方向主要取决于自然选择的方向。

进化结果是更适应环境，适者生存。

人工进化是人类为发展生产的需要，利用自然变异和人工创造变异，并进行人工选择的进化。

进化的方向主要取决于人工选择的方向。

进化结果是更适于生产，更是人类的需要。

人工进化比自然进化速度快。

二者的方向不完全一致。

遗传改良实际上就是作物的人工进化。

3.作物品种有何特性？园艺植物优良品种在生产中有什么作用？特性：（1）特异性：至少有一个以上明显不同于其他品种的可辨认的标志性状。

（2）一致性：品种内个体间的主要经济性状相对整齐一致。

（3）稳定性：经过繁殖，品种的主要性状相对稳定、没有明显变化。

（4）地区性：每个品种都有一定的适应地区和适宜的栽培条件。

（5）时间性：每个品种又有一定的寿命，即使用期限。

要不断创造符合需要的新品种来更换过时的老品种。

（6）局限性：每个品种都会存在某方面的缺陷，不可能在所有方面都符合生产、加工或消费要求。

离体保存技术方法种质是亲代通过生殖细胞或体细胞传递给子代的遗传物质。

种质资源保存是指在天然或人工创造的适宜环境条件下，贮存植物种质，使其保持生命力与遗传性的技术。

种质保存的方式有原地保存和异地保存。

原地保存主要通过建立自然保护区、天然公园来实现种质保存的目的；异地保存则通过建立植物园、种质资源圃、种子库以及离体保存等方法来实现。

离体保存是将单细胞、原生质体、愈伤组织、悬浮细胞、体细胞胚、试管苗等植物组织培养物储存在使其抑制生长或无生长条件下，达到保存目的的方法。

离体种质保存有以下优点：①占空间少，节省大量的人力、物力和土地；②便于种质资源的交流利用；③需要时，可以用离体培养方法很快大量繁殖；④避免自然灾害引起的种质丢失。

离体种质保存的不足之处：①对于限制或延缓生长的处理，需定期转移，连续继代培养；②易受微生物污染或发生人为差错；③多次继代培养有可能造成遗传性变异及材料的分化和再生能力的逐渐丧失。

离体种质保存主要有低温保存和超低温保存两种方式第一节低温保存低温保存是在低于正常培养温度下保存植物组织培养物的技术，该方法常结合改变培养基成分、控制光照等措施，以减缓保存材料的生长速度，延长继代时间，故又称小生长法。

该法简单易行，需要设备少，投资小，技术成熟，可以作为植物种质资源的中长期保存方法。

低温保存的基本特征是保存材料的定期继代培养，不断繁殖更新。

保存过程中要选用遗传上稳定的外植体作为起始培养材料，以尽可能地减少遗传变异的机会。

所以具有器官分化能力的体细胞胚和植物茎尖分生组织，能够保持发育的完整性，在遗传上也较稳定，适于用做低温保存的起始材料。

低温保存的基本措施是控制保存材料所处的温度和光照。

在一定温度范围内材料的寿命随保存温度的降低而延长，一般5—10℃适宜保存温带起源植物的试管苗，15—18℃可用于热带植物试管苗的保存。

适当缩短光照时间，降低光照强度，也能减缓材料的生长速度，延长保存时间。

但也要防止光照过弱使材料生长纤细，形成弱苗。

种质资源保存方法种质资源保存是指通过某种方式将植物、动物或微生物的遗传信息保存下来，以供未来利用。

种质资源的保存对于农业、畜牧业、渔业、草业和微生物资源的研究和利用至关重要。

在世界各地，种质资源保存已经成为保护生物多样性和可持续发展的重要措施之一。

种质资源保存方法有多种，包括冷冻冷藏、冷冻干燥、显微冻干、液态氮冻存、遗传变异保存和活体保存等。

下面将对几种常见的种质资源保存方法进行详细介绍。

1. 冷冻冷藏：冷冻冷藏是一种经济、简单且广泛应用的种质资源保存方法。

它利用超低温条件将种子、胚胎、花粉或细胞等种质资源冷藏保存，减缓其新陈代谢过程，从而延长其保存寿命。

冷冻冷藏通常在零下18至零下196的冷库中进行。

由于在冷冻过程中可能出现冰结晶的问题，因此在保存前需要对种质资源进行预处理，如加入保护剂、脱水或将其包裹在冷冻保护胶中。

2. 冷冻干燥：冷冻干燥是一种将水分从种质资源中去除的方法。

它通过将种子或胚胎置于低温下，然后将其暴露在低压环境中，使水分以固体的形式从种质资源中转变为气态，达到干燥的效果。

冷冻干燥可以有效防止冰结晶损伤，同时减缓种质资源的新陈代谢速度。

冷冻干燥需要高度精确的设备和操作技术，因此在实践中相对较少使用。

3. 显微冻干：显微冻干是一种将种质资源在显微镜下进行冻干的方法。

它使用显微镜将种质资源放置在微小观察盒中，然后将其冷冻并暴露在低压环境下进行干燥。

显微冻干可以保持种质资源的原始形状和结构，避免了冻干过程中可能出现的形变和损伤。

这种方法主要适用于细胞和微生物等微小种质资源的保存。

4. 液态氮冻存：液态氮冻存是一种将种质资源置于极低温度下保存的方法。

液态氮的温度为零下196，是一种非常冷的物质。

液态氮冻存可以有效地保护种质资源，防止其发生任何生物、化学或物理变化。

液态氮冻存被广泛用于保存胚胎、细胞、酵母菌、昆虫等种质资源。

5. 遗传变异保存：遗传变异保存是指通过人为调控和利用种质资源的遗传变异来保存这些资源。