第九章 植物组织培养技术及其在育种中的应用

《植物组织培养技术的应用》 讲义

一、植物组织培养技术的简介

植物组织培养技术是一种在无菌条件下，将植物的离体器官、组织、细胞或原生质体等外植体，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，使其生长、分化并发育成完整植株的技术。这项技术具有高效、快速、可重复性强等优点，为植物的繁殖、改良和应用提供了广阔的前景。

二、植物组织培养技术的应用领域

（一）快速繁殖优良品种

植物组织培养技术在快速繁殖优良品种方面具有显著的优势。对于一些繁殖系数低、种子结实率低或难以通过种子繁殖的植物，如兰花、草莓、香蕉等，组织培养可以在短时间内大量繁殖出与母株遗传性状一致的种苗。通过选取优良母株的茎尖、腋芽等作为外植体，在适宜的培养基和培养条件下，诱导形成不定芽或丛生芽，经过继代培养和生根培养，最终获得完整的植株。这种方法不仅能够快速满足市场对优良种苗的需求，还能有效地保持品种的优良性状，防止品种退化。

（二）脱毒苗的培育

许多植物在长期的无性繁殖过程中容易感染病毒，导致产量降低、品质下降。植物组织培养技术为脱毒苗的培育提供了有效的途径。通常选取植物茎尖等分生组织作为外植体，因为这些部位的病毒含量较低甚至无病毒。在无菌条件下培养茎尖，诱导形成新的植株，经过病毒检测，筛选出无病毒的种苗。脱毒苗的培育对于提高农作物、果树、花卉等的产量和品质具有重要意义，如马铃薯、草莓、菊花等。

（三）植物新品种的培育

1、 单倍体育种

通过花药或花粉培养，可以获得单倍体植株，然后经过人工诱导染色体加倍，获得纯合二倍体植株。这种方法可以大大缩短育种周期，提高育种效率，快速获得优良的纯系品种。

2、 体细胞杂交

将不同种或属的植物体细胞经过诱导融合，形成杂种细胞，再通过培养和筛选，获得杂种植株。体细胞杂交可以克服有性杂交的不亲和性，创造新的物种或优良品种。

3、 基因工程育种

利用基因工程技术将外源基因导入植物细胞，通过组织培养获得转基因植株。这为定向改良植物的性状，如抗病虫害、抗逆性等提供了可能。

浅谈植物组织培养技术在育种上的应用

作者：肖琳茜

来源：《种子科技》 2018年第12期

摘要：植物组织培养技术在育种上有广泛应用。针对植物组织培养技术在单倍体育种、多倍体育种、突变体育种及转基因育种方面的研究作了简要论述。

关键词：植物组织培养技术；育种；应用

植物组织培养技术是以植物细胞全能性为基本理论，利用植物的离体组织器官，如植物的根、茎、叶和花等，培育出完整可育后代的一种生物技术。当前，植物组织培养技术已广泛应用于农业、林业、医学等方面，尤其在作物育种方面的应用取得了卓越成效[1]。本文主要就植物组织培养在单倍体育种、多倍体育种、突变体育种及转基因育种方面的研究进行了探讨。

1单倍体育种

单倍体育种是指对植物的单性生殖细胞（如花药），利用植物组织培育技术进行离体培养，从而产生单倍体植物，再经过药物（如秋水仙素或者低温诱导）形成二倍体纯合植株的方法[2]。单倍体育种最早起源于曼陀罗花，1921年意大利植物学家Blakesly和Guha首次利用曼陀罗花药获得单倍体植株，并成功将其加倍形成纯合品系。自此单倍体花药育种成为植物育种的新手段。我国于1972年开始进行花药单倍体育种，并于1974年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种——烟草单育一号。近年来，我国研究工作者又陆续培育出烟草、小麦、水稻、橡胶、玉米和辣椒等20多个品种，如烟草单育一号、水稻单丰一号、水稻中花一号及小麦花培一号等。到目前为止，通过单倍体育种手段成功培养出的新品种和杂交品种达到34科、88属、256种。

单倍体育种在杂交育种方面优势明显。以水稻为例，利用传统回交方法得到一个水稻新品种所需时间为5年，但利用花药离体单倍体育种，不仅可明显缩短育种年限，而且能将所需基因型稳定遗传下去。因此，单倍体育种可明显缩短育种年限[3]，简化育种选育过程，提高基因型选择率，突破自交不亲和物种，克服远缘杂交不育性。此外，单倍体育种还可减少人工成本，节约土地资源。

植物组织培养技术的应用

一 在植物脱毒和快速繁殖上的应用

植物脱毒和离体快速繁殖是目前植物组织培养应用最多、最有效的一个方面。很多农作物如马铃薯、甘薯、大蒜等都带有病毒，但感病植株并非每个部位都带病毒，White早在1943年就发现植物生长点附近的病毒浓度很低甚至无病毒。如果利用组织培养方法，取一定大小的茎尖进行培养再生可获得脱病毒苗，再用脱毒苗进行繁殖，则种植的作物就不会或极少发生病毒。此法已在马铃薯、草莓等多种作物上获得成功，并产生了明显的经济效益。

由于运用组织培养法繁殖植物的明显特点是快速，每年可以数以百万倍的速度繁殖，因此，对一些繁殖系数低、不能用种子繁殖的名、优、特植物品种的繁殖，意义尤为重大。目前，观赏植物、园艺作物、经济林木、无性繁殖作物等部分或大部分都用离体快繁提供苗木，试管苗已出现在国际市场上并形成产业化。

二 在植物育种上的应用

植物组织培养技术对培育优良作物品种开辟了新途径。目前，国内外已把植物组织培养普遍应用于作物育种，并在以下几个方面取得了较大进展：

1 单倍体育种单倍体植株往往不能结实，在培养中用秋水仙素处理，可使染色体加倍，成为纯合二倍体植株，这种培养技术在育种上的应用称为单倍体育种。单倍体育种具有高速、高效率、基因型一次纯合等优点，因此，通过花药或花粉培养的单倍体育种，已经作为一种崭新的

育种手段问世，自1964年Guha等获得曼陀罗的花药单倍体植株以来，单倍体育种在国际上引起很大重视，各国纷纷开展这方面的研究工作，已先后在水稻、小麦、玉米、辣椒以及许多药用植物如枸杞、人参、平贝母中获得单倍体植株，共计300多种。其中许多已经应用于育种研究并得到了专利品种。我国在20世纪70年代掀起了单倍体育种的高潮，在农作物上取得了一批有实用价值的育种成果，特别是培育禾本科粮食作物，现在已经培育出水稻新品种15个、小麦新品种6个。

植物组织培养技术与应用

植物组织培养技术是指将植物的细胞、组织、器官等放入营养培养基中，通过控制培养条件，使其在无菌状态下生长和分化的一种生物技术。这项技术在农业、林业、园艺、药物、生物科学等领域有着广泛的应用。

植物组织培养技术的基本步骤包括杂交与孵化、离体培养、植株再生、体细胞胚胎发生、基因转化等。首先，通过杂交将两个具有不同有益特性的植物品种进行交配，得到杂交种子。然后将种子离体培养于含有生长因子和营养物质的培养基中，使其发芽和生长。接下来，控制培养条件，使杂交种子分化为新的植株。最后，通过体细胞胚胎发生和基因转化等技术手段，实现对植物基因型的改良和优化。

植物组织培养技术在农业方面有着重要的应用。通过培养技术，可以大规模繁殖具有优良性状的植物品种，提高农作物的产量和品质。同时，还可以通过控制培养条件，培育耐盐碱、抗虫害、抗病害等优势农作物品种，从而提高农业生产的抗逆性和稳定性。

在林业方面，植物组织培养技术可以解决木材供应紧张的问题。通过培养技术，可以将速生树种快速繁殖，提高木材产量，缓解林木资源短缺的问题。此外，植物组织培养技术还可以培育抗虫害、抗病害、耐旱、耐寒等优良树种，提高林木的生长能力和生存能力。

在园艺方面，植物组织培养技术可以在短时间内繁殖大量的植物品种，以满足市场需求。通过组织培养技术，可以产生无性繁殖植株，提高植物繁殖效率。同时，还可以通过基因转化技术，使植物具有抗病虫害、耐逆性等优势特性，提高植物的品质和市场竞争力。

在药物领域，植物组织培养技术可以用于大规模生产药材。通过培养技术，可以繁殖出具有药用价值的植物品种，大幅度提高药用植物的产量和质量。同时，还可以通过基因转化技术，使植物具有生物活性物质的合成能力，实现人工合成药物的生产。

在生物科学方面，植物组织培养技术被广泛应用于植物生理学、遗传学、分子生物学等领域的研究。通过组织培养技术，可以在无菌条件下对植物细胞、组织进行生物学实验，研究植物生长发育、代谢物的合成和积累等过程。此外，还可以通过基因转化和基因编辑等技术手段，研究植物基因的功能和调控机制。