植物组织培养的应用
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植物组织培养的应用
一、增加遗传变异性，改良作物
单倍体育种： 通过花药培养， 从小孢子获得单倍体植株， 染色体加倍后获得正常二倍体 植株，
这是一条育种的新途径。 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，目前已有四十多种植物获得了单倍体植株。我国在水稻、小麦、烟草、柏树、橡 胶、辣椒等植物的单倍体育种的工作上，处于领先地位。
胚培养、子房培养、胚珠培养：为了克服远缘杂交的不亲和性，可采用胚、子房、胚珠 培养和试管受精等手段。 最早成功的例子是两个栽培种亚麻的杂交胚发生败育， 利有杂种胚 培养克服了一些障碍， 得到种子。 现在在棉花、 黄麻上也获得成功。 从玉米的离体子房培养， 经体外受粉可以得到种子。
突变体的选择和应用： 由于植物的单细胞培养成功， 可以用这个方法诱发单细胞进行突 变，通过筛选所需要的突变体， 然后使细胞分化成植株， 再通过有性世代使遗传性稳定下来， 这是从细胞水平来改造植物的一种途径。 除细胞外，愈伤组织、花药、原生质体都可诱发突 变。 70 年代以来，世界各国在这方面已有不少成功的例子，如：已选育出抗花叶病毒的甘 蔗无性系，抗 1-2%NaCl 的野生烟草细胞株，抗除草剂的白三叶草细胞株等。
体细胞杂七杂八交和遗传工程： 自 1960 年以来用酶法获得大量有活力的植物原生质体， 现已从四十多种植物的原生质体产生出再生植株。 通过异种原生质体的相互融合 （即体细胞 杂交）为植物育种工作开阔新的途径。原生质体融合的工作自 1972 年 Carlson 在两个烟草 种间成功以来， 现在除种内与种间能获得杂种植株外， 在属间甚至不同科的植物间亦做了许 多工作，如烟草与大豆、 烟草与天仙子、 矮牵牛与小花矮牵牛、番茄与矮牵牛等都得到了杂 种植株。
此外，通过原生质体融合， 并以选择胞质链霉素抗性做手段以转移烟草的雄性不育性状， 或通过原生质体融合转移胞质的抗林可霉素因子都得到成功。
原生质体没有胞壁， 容易接受外来的引入物质。 由于致癌农杆菌可以使多种植物形成肿 瘤，以及已发现它所带的 Ti 质粒可以有效的插入植物细胞的基因组中，所以一些研究者也 设想能否以 Ti 质粒作为载体，与固氮基因重组后转入植物的细胞中，如能实现将固氮基因 转到非豆科植物如水稻、 小麦、 玉米等作物中，则遗传工程在创新植物类型上的前景， 无疑 是非常广阔的。
二、繁殖植物
组织培养中从一个单细胞，一块愈伤组织，一个芽（或其它器官）都可以获得无性系。 无性系就是用植物体细胞繁殖所获得的后代。 用植物组织培养技术繁殖的无性系可概括为五 个类型：
原球茎： 细胞或组织培养经原球茎途径分化成植株。 大部分兰花属于这一类型， 即兰花 的各个部分的离体组织都能诱导形成原球茎，再经培养分化形成植株。
器官发生型： 即从细胞或愈伤组织培养通过不定芽形成植株， 如烟草愈伤组织培养分化 所得的植株。
胚状体发生型：从细胞或愈伤组织通过胚状体途径，即由球形期、鱼雷期、心形期、子
叶期经成熟胚发育成植株，如胡萝卜体细胞培养可通过胚状体途径形成植株。
器官型：从离休珠茎、花芽、叶、鳞片等，亦即从离体的母体组织直接产生小植株，如 贝母、百合等。 无菌短枝扦插； 选取已发育成熟的腋芽， 连同短枝经表面灭菌后在无菌条件下培养， 使 其生根。 腋芽可用生长激素处理促使其萌发。 这一方法在较短时间内即可获得一个植株。 对 保存珍贵的优良树种或花卉品种是简易而有效的方法。
通过组织培养可以做到快速繁殖。 1年中从一个芽得到 103-106 个芽，达到快速目的。 现在在国内外已掀起“试管苗”热，许多花卉、林木、果树、蔬菜都可通过组织培养进行大 规模的无性繁殖。国外在草莓、苹果、柑桔、兰花、石竹、铁线莲、杜鹃、月季、桉树等进 行快速繁殖已达到商品化。我国近年来已获成功的有甘蔗、月季、菊花、无籽西瓜、栎树、 山楂、猕猴桃、雪松等。
通过组织培养可以进行无病毒植株的培育。 病毒是植物的严重病害， 病毒病的种类不下 五百多种。受害的粮食作物有水稻、小麦、马铃薯、甘薯，蔬菜作物有：油菜、大蒜，果树 有：柑桔、苹果、枣，花卉有：唐菖蒲、石竹、兰花等。防治无方，只好拔除病株，因而造 成很大经济损失。病毒在植株上的分布是不均一的，老叶、老的组织和器官病毒含量高，幼 嫩的未成熟组织和器官病毒含量较低，
生长点几乎不含病毒或病毒较少。 1952 年法国 Morel 用生长点培养法获得无病毒植株成功， 以后许多国家开展了这方面的工作。 目前已在马铃薯、 甘薯、大蒜、 石竹、百合、 兰花、草霉等植物上得到成功。如果采用 0.1 毫米以下的生长点， 则培养时间长（ 1-1.5 年），成活率低，故目前已多用 0.1-0.5
毫米大小生长点，结合热处理 培育无病毒苗。 在我国已获得马铃薯无病毒苗， 并进行了推广种植， 在广东省进行了柑桔无 病毒苗的培育。
三、有用化合物的工业化生产
组织培养除了在农业上的应用外， 目前世界各国都在重视另一个方面， 即有用化合物的 工业化生产。有用化合物包括药物、橡胶、香精油、色素 ……等。这些化合物许多都是高等
植物的次生代谢物， 有些化合物还不能大规模地人工合成， 而靠植物产生这些化合物来源有 限。因此，利用组织培养方法，培养植物的某些器官或愈伤组织，并筛选出高产、高合成能 力、生长快的细胞株系，以进行工业化生产，是一条行之有效的途径。
次生代谢物的研究和组织培养方面， 进行工作最多的是联邦德国和日本。 用组织培养可 以生产的化合物有强心苷、吲哚生物碱、黄连素、辅酶 Q10 等，现已选出高产的细胞系， 大规模生产亦有成效。人参为我国名贵药材， 现今因野生资源缺少，多用人工栽培，但人参 生长慢， 6年才有 10 克左右的人参根（干重） ，采用组织培养方法可比天然生长速度提高上 百倍左右。我国科学家罗士韦早在
1963 年就成功地培育了人参的组织，但此工作后被迫中 断。近年来，南京药学院丁家宜利用组织培养生产出人参干粉。在组织培养中生长速度为
0.5克升-1/日-1（干重），比栽培人参0.0045克/日 •根-1约高100倍以上，并可在20天左右 周期内有 10~20 升大瓶中进行小批量生产，每升得 13.9 克，其药用成分和药理活性与商品 人参相似或更优，
现已投入中试生产。 这是我国第一个用组织培养进行药的工业化生产的例 子（见南京药学院学报， 2
期， 61-76 页， 1981 年）。
在这方面尚待解决的问题是： （ 1 ）选出的细胞系中次生物质的产量是否高于起源植物； （2）继代培养后生物合成能力是否能保持； （3）生长是否快速； （ 4）成材一核算问题。
四、培养物质温贮藏和种质库的建立
在液氮（-196C）条件下，加入冷冻保护剂，可使组织培养物的代谢水平降低，有利于 细胞、胚状体、试管苗、愈伤组织等的长期保存。据报导，冷冻保存的胡萝卜胚状体，在保 存 1 年后仍有再生成植株的能力， 有些国家已利用此方法建立了种质库， 但我国在这方面仍 是空白。
在国际上一个新的动向是 "人工种子 "的试验。所谓“人工种子” ，是指以胚状体为材料， 经过人工薄膜包装的种子。 在适宜条件下它萌发长成幼苗。 据美国遗传公司报道， 美国科学 家已成功地把芹菜， 苜蓿，花椰菜的胚状体包装成人工种子， 并得到较高的萌发率，这些人 工种子已生产并投放市场。 我国科学工作者成功地研制成水稻人工种子。 可见， 组织培养将 在遗传育种、作物改良和改革作物栽培中获得更大的成效。
