植物组织培养的应用与发展

1 植物组织培养的应用与发展

【摘要】 植物组织培养作为一种有效的技术手段在现代生物技术中占有举足轻重的地位,已被广泛应用于与生产实践的各个领域,本文从植物组织培养的简介，植物组织培养的应用，植物组织培养的发展概况及发展前景这三个方面对植物组织培养进行综合性的阐述，进而对植物组织培养有进一步的认识。

【关键词】 植物 组织培养 应用 发展

1植物组织培养的简介

1.1植物组织培养的概念及原理

中文名：植物组织培养

英文名：plant tissue culture

概念:在含有营养物质及植物生长物质的培养液中,将植物体的部分细胞或组织与母体分离培养，使它们能够生长、发育、分化与增殖的技术。

原理:植物的组织培养是根据植物细胞具有全能性的理论，近几十年来发展起来的一项无性繁殖的新技术。植物组织培养广义又称离体培养，指从植物体分离出符合需要的组织、器官、细胞、原生质体等，通过无菌操作，在人工控制条件下进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他产品的技术。狭义上指组织培养用植物各部分组织，如形成层、薄壁组织、叶肉组织、胚乳等进行培养获得再生植株[1]。

1.2植物组织培养技术

1.2.1 植物组织培养的方法

（1）非试管微组织快繁法。非试管微组织快繁是将带有一叶一芽的外植体放置在室内外普通沙子培养基上进行培养，利用植物腋芽自然倍增达到快速繁殖的目的。

（2）试管组织培养法。试管组织培养是在无菌的条件下，将离体组织、器官或细胞放置在组培瓶等器皿中进行组织培养获得组培瓶苗[2]。

1.2.2植物组织培养的步骤

第一步，培养基配制。培养基可以购买或者自己配制，一般选择MS或B5培养基。

第二步，灭菌。植物组织培养的无菌培养是非常重要的，稍不小心就会引起杂菌污染，使试管苗不能正常生长。培养基用湿热灭菌法，可以很快杀死各种细菌及其高度耐热的芽孢。

第三步，接种。接种是在无菌条件下将已消毒好的根、茎、叶等离体器官，经切2 割或剪裁成小段或小块，放入培养基的过程。可以在接种4小时前用甲醛熏蒸接种室，并打开其内紫外线灯进行杀菌，然后在接种前20分钟打开超净工作台的风机和紫外线灯，同时做好接种员的消毒工作。

第四步，培养。培养指把培养材料放在培养室里，使之生长，分裂和分化形成愈伤组织或进一步分化成再生植株的过程。培养方法有固体培养法和液体培养法。选择幼嫩的植物材料可以减轻褐变，在培养基中添加少量聚乙烯醇、脱落酸等物质，能够在一定程度上减轻玻璃化的现象发生。

第五步，驯化移栽。试管苗在移栽的过程中，只要把水分平衡、适宜的介质、控制杂菌和适宜的光、温条件控制好，试管苗就很容易移栽［3］。

2植物组织培养的应用

2.1 植物组织培养的优点

（1）培养条件易调控。组织培养采用的植物材料完全是在人为提供的培养条件下进行生长，排除了大自然中的不利因素，对植物生长极为有利，从而稳定地进行培养生产。

（2）生长快，繁殖率高。组织培养是人为控制培养条件，能根据不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培养条件，因此生长快。另外，植物材料能按几何级数繁殖生产，能提供大量规格一致的优质种苗或脱病毒种苗，而且总体成本低廉。

（3）管理方便。组织培养极利于高密度工厂化生产，也利于自动化控制生产，是未来农业工厂化育苗的发展方向。它比盆栽、田间栽培等省去了繁杂劳动，可以大大节省人力、物力及土地资源。

2.2植物组织培养的应用

植物组织培养的优点众多，而且作为一种有效的技术手段在现代生物技术中占有举足轻重的地位,已被广泛应用于与生产实践的各个领域，主要包括有以下几方面:

（1）快速繁殖稀有植物或经济作物。快速繁殖稀有植物和经济作物，只有通过组织培养才能达成目的。这也是组织培养应用于生产实践的主要的和成效最大的实例。例如在兰花上的成功应用，自Morel在1960年得到兰花组织培养苗后，便很快应用于生产，形成了组织培养法繁殖兰花产业[4]。

（2）脱毒苗。由于植物中有很多都带有病毒，不仅严重影响植物的质量，而且病毒是通过维管束传导的，用若这些植物的营养器官繁殖，病毒就会带到新的植物上，尤其是无性繁殖植物。但是可以利用茎尖培养等脱毒技术解决这一难题，从而获得脱毒苗并经过确定无病毒后再使用。这种方法已经在草莓、葡萄、康乃馨等获得了成功。

（3）保存种质资源，挽救濒危植物。目前人们保存种质资源主要是通过储存种子和充惰性气体等，虽然这些方法有比较好的效果，但仍存在成本高、保存期短等问题。但是组织培养与超低温保存结合的技术，为种质资源的保存树立了新的里程碑[5]。 3 除此之外，环境的恶化使许多动植物濒临灭绝。挽救这些动植物，迫在眉睫。实践证明，通过组织培养可以使一些濒危植物得以延续和保存，对于挽救濒危植物具有十分重要的意义。

（4）获得单倍体植株及细胞突变体。实验证明，用花药和花粉进行组织培养能获得单倍体植株，既缩短了育种时间，又简化了新品种的培育过程。另外，由于培养的细胞不断分生，易受到培养条件的影响而发生诱变，可以从中筛选有益的突变体，例如抗病、抗盐、高蛋白、高产等突变体，从而培育成新品种。

（5）实现远源杂交和细胞融合。组织培养能解决远缘杂交存在生殖隔离的问题。这项技术自十九世纪二十年代末至今，已经相当成熟。组织培养通过原生质体融合，能部分克服有性杂交不亲和性，获得杂交体细胞，从而创造新的优良品种[7]。

3植物组织培养的发展

3.1 植物组织培养的发展历史

20世纪初，德国的施莱登和施旺细胞学说推动了植物组织培养的发展。1902年，德国植物学家哈伯兰特的细胞全能性理论奠定了植物组织培养的理论基础，并首次发表了植物离体细胞培养实验的报告。直到1912年，Habefiandt的学生Kotte和美国的Robins在根尖培养中获得了成功，从而证明了植物组织培养的可行性。

Gautherer、White和Nobecourt一起被誉为组织培养学科的奠基人。1934年，Gautherer提出了B族维生素和生长素对组织培养的重要意义。同年，美国的White由番茄根建立了第一个无性繁殖系并实现了继代培养。之后，Nobecourt由胡萝卜建立了连续生长的组织培养物。1943年，White还发表了《植物组织培养手册》，使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。

随后，Morel和Martin通过茎尖分生组织的离体培养，从带有病毒的大丽花中首次获得无病毒植株。1935～1945年Muir实施了看护接种技术，单细胞培养获得初步成功。1960年，Morel提出了离体无性繁殖兰花的方法。同年，Cocking等人用真菌纤维素酶分离植物原生质体获得成功。1962年印度Guha等人成功地由花粉诱导得到单倍体植株。1971年，Takebe等在烟草上首次由原生质体获得了再生植株，这不仅证明了原生质体的全能性，也为外源基因的导入提供了理想的受体材料。1973年Carlson等通过两个烟草物种之间原生质体融合，获得了第一个体细胞杂种。80年代中期以来，我国学者对禾谷类作物的原生质体培养也有了较大的进展。目前组织培养已经在烟草、水稻、小麦、苹果等160多种植物获得成功[8]。

3.2植物组织培养的发展现状

3.2.1国外现状 4 国外组培苗生产发展很快，成立了不少植物微繁殖公司。其中有美国的Wyford国际公司及以色列的Benzur苗圃。80年代以来，以商品为目的组培苗生产量以20％-30％的速度递增，年产组培苗在10万株以上的植物微繁殖公司约占50％，年产量大于50万株的公司约占25％。

但是近些年，发达国家的植物组培苗的生产成本与效益的维持开始出现困难，导致近年来该产业在这些国家的发展出现停滞现象，尤其是美国。而发展中国家尽管起步比较晚，但产量及生产规模却增加很快，如印度从1988年组培苗产量500万株到1996年跃升到1.9亿株，生产设备也能与世界领先的荷兰、美国相媲美。

3.2.2国内现状

我国植物组织培养快繁技术已经由试验阶段进入生产阶段,实现了花卉、蔬菜、果树等100多个品种的工厂化生产。花卉年出口创汇能力已达8000多万美元。

目前我国的组织培养技术相对于国外来说，还只是处于边摸索变应用的阶段，一些关键性的技术问题尚未解决，例如，组培苗的污染、褐变、玻璃化等问题。同时，组织培养的设备要求很高，从而导致投资大，效益低。因此，我国组织培养产业的研究和发展还有待进一步加强[8]。

3.3 植物组织培养的发展前景

如今，组培苗越来越多地被生产者所接受，需求也日益增多。据估计，目前全球有关生物技术产业的年交易额约为1500亿美元，植物组培苗的贸易额约占总额的10%，即150亿美元，并以每年15%速度递增。目前已在水稻、谷子、高梁、棉花、烟草、马铃薯、石刁柏、花卉、、蔬菜等200多种植物上应用[9]。

组织培养快速繁殖建立商业性的生产体系，已成为最具有开发前景的产业。 但是组培苗作为科技开发的商品，还在不少问题。但是现代科学发展迅速，新发明、新发现、新创造层出不穷，一切皆有可能，植物组织培养具有许多尚未发掘出的潜力。

总之，植物组织培养仍然处于发展阶段，还没有达到高峰期，很多机理还没搞清楚，它的潜力还未发挥出来。我们相信在今后的几十年内，组织培养将会有更大的发展，在农业、制药业、加工业等方面将会发挥更大的作用，创造出更大的经济效益[10]。

参考文献

[1]王清莲.植物组织培养.北京:中国农业出版社，2002.

[2]李浚明编译.植物组织培养教程.北京:中国农业出版社，1992.

[3]颜昌敬.植物组织培养手册.上海:上海科学出版社,1990. 5 [4]催澄,桂耀林主编.经济植物的组织培养与快速繁殖.北京:农业出版社,1985.

[5]罗士韦.审惕.植物组织和细胞超低温保存及种植库建立的研究概况.细胞生物学杂志,1983,5(1):1-7.

[6]王文静，袁道强，高松洁.植物组织培养的应用现状[J].河南师范大学报,2000,(3):137-139.

[7]孙志强,孙占有.植物植物组织培养技术在生产上的应用与进展.陕西农业科学,2010(3):98-103.

[8]徐忠东.植物组织培养技术生产药物研究进展[J].生物学杂志,2001.18(6):13-14.

[9]梁一池,杨华.植物植物组织培养技术的研究进展[J].福建林学院,2002,22(1):1-3.

[10]郝玉华.我国植物组织培养的发展现状及前景展望.江苏农业科学，2008（4）:20-23.