植物組織培養(yǎng)應(yīng)用

1、植物組織培養(yǎng)課程結(jié)業(yè)論文植物組織培養(yǎng)應(yīng)用學(xué)生姓名王佳所在學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 班 級(jí) 07農(nóng)學(xué)學(xué) 號(hào) 20074102012黑龍注八一廢矍笑孝中國(guó)大慶2010年6月植物組織培養(yǎng)應(yīng)用摘要：概述了植物組織培養(yǎng)在植物快速繁殖、無(wú)病毒種苗生產(chǎn)、花藥培養(yǎng)、單 倍體育種、胚胎培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)、植物次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)、植物細(xì)胞突變體篩 選、原生質(zhì)體培養(yǎng)、體細(xì)胞胚胎和人工種子、組織細(xì)胞培養(yǎng)物超低溫保存及種 質(zhì)庫(kù)建立等方面取得的成就。關(guān)鍵詞：植物組織培養(yǎng)；應(yīng)用；展望Abstract： summarizes the plant tissue culture in plant rapid propagation, no v

2、irus seedlings production, anther culture breeding, embryo, haploid plant cell culture, cultivati on, the sec on dary metabolite product ion, pla nt cell muta nts select ion, protoplast cultivation, somatic embryos and artificial seeds, cell and tissue culture content cryopreservati on ccap) and the

3、 achieveme nts of the establishme nt, etc. Keywords: plant tissue culture, Application, looking植物組織培養(yǎng)一方面可為遺傳工程提供理想的受體材料，另一方面可為常 規(guī)的植物改良程序提供一種新的手段，從而使很多用產(chǎn)同方法難以解決的問(wèn)題 迎刃而解。利用組織培養(yǎng)，不僅可以大量生產(chǎn)優(yōu)良無(wú)性系，獲得人類需要的多 種代謝物質(zhì)，還可獲得單倍體、三倍體、多倍體及非整倍體。通過(guò)細(xì)胞融合可 以打破種屬間的界限，克服遠(yuǎn)緣雜交不親合性，在植物新品種的培育和種性的 改良中發(fā)揮了巨大作用。1. 植物快速繁殖和無(wú)病毒種苗生產(chǎn)植物脫毒

4、和離體快速繁殖是目前植物組織培養(yǎng)應(yīng)用最多、最有效的一個(gè)方 面。植物快速繁殖技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，法國(guó)的 Morel用莖尖培養(yǎng)的方法大量繁殖蘭花獲得成功，從此揭開了植物快速繁殖技術(shù)研究和應(yīng)用的序幕。目 前，通過(guò)離體培養(yǎng)獲得小植株并且具有快速繁殖潛力的植物已有100多科1 000種以上，有的已經(jīng)發(fā)展成為工業(yè)化生產(chǎn)的商品。世界上80%85%的蘭花是通過(guò)組織培養(yǎng)進(jìn)行脫毒和快速繁殖的。培養(yǎng)的植物種類也由觀賞植物逐漸發(fā)展到 園藝植物、大田作物、經(jīng)濟(jì)植物和藥用植物等。在我國(guó)，同類的研究始于20世紀(jì)70年代。馬鈴薯無(wú)毒種薯和甘蔗種苗已在生產(chǎn)上大面積種植，30余種植物已進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)或中間試驗(yàn)。利用組織培養(yǎng)

5、進(jìn)行植物快速繁殖及無(wú)病毒種苗生 產(chǎn)，不僅能夠挽救珍惜瀕危物種，而且能夠解決植物野生資源缺乏的問(wèn)題。因 此，對(duì)一些繁殖系數(shù)低、不能用種子繁殖的名、優(yōu)、特植物品種的繁殖，意義 尤為重大。2. 在植物育種上的應(yīng)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)對(duì)培育優(yōu)良作物品種開辟了新途徑。目前，國(guó)內(nèi)外已把植物組織培養(yǎng)普遍應(yīng)用于作物育種，并在以下幾個(gè)方面取得了較大進(jìn)展：2.1植物花藥培養(yǎng)和單倍體育種單倍體育種單倍體植株往往不能結(jié)實(shí)，在培養(yǎng)中用秋水仙素處理，可使染 色體加倍，成為純合二倍體植株，這種培養(yǎng)技術(shù)在育種上的應(yīng)用稱為單倍體育 種。單倍體育種具有高速、高效率、基因型一次純合等優(yōu)點(diǎn)，因此，通過(guò)花藥 或花粉培養(yǎng)的單倍體育種，已經(jīng)作

6、為一種嶄新的育種手段問(wèn)世，自1964年Guha等獲得曼陀羅的花藥單倍體植株以來(lái)，單倍體育種在國(guó)際上引起很大重視，各 國(guó)紛紛開展這方面的研究工作，已先后在水稻、小麥、玉米、辣椒以及許多藥 用植物如枸杞、人參、平貝母中獲得單倍體植株，共計(jì)300多種。其中許多已經(jīng)應(yīng)用于育種研究并得到了專利品種。我國(guó)在20世紀(jì)70年代掀起了單倍體育種的高潮，在農(nóng)作物上取得了一批有實(shí)用價(jià)值的育種成果，特別是培育禾本科 糧食作物，現(xiàn)在已經(jīng)培育出水稻新品種 15個(gè)，小麥新品種6個(gè)，玉米獲得了 100 多個(gè)純合的自交系。2.2植物胚胎培養(yǎng)雜交育種中，雜種胚常常敗育，因此將早期生長(zhǎng)的胚取出，應(yīng)用組織培養(yǎng) 方法，就有可能培育出雜

7、交植物。胚、子房、胚珠離體培養(yǎng)植物胚培養(yǎng)是采用 人工的方法在無(wú)菌條件下從種子中將成熟胚和未成熟胚分離出來(lái)，在人工合成 的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，使它發(fā)育成正常的植株，從而有效地克服遠(yuǎn)緣雜交不實(shí)的障 礙，獲得雜種植株。胚培養(yǎng)已在 50多個(gè)科屬中獲得成功，如亞麻、棉花、黃麻 等。從玉米的離體子房培養(yǎng)，經(jīng)體外授粉也可獲得種子。遠(yuǎn)緣雜交中，可把未 受精的胚珠分離出來(lái)，在試管內(nèi)用異種花粉在胚珠上萌發(fā)受精，產(chǎn)生的雜種胚 在試管中發(fā)育成完整植株，稱為“試管受精”。目前，在這一方面獲得成功的自交或遠(yuǎn)緣雜交不親和性植物有：懷地黃、矮牽牛、普通小麥、黑麥草等。2.3細(xì)胞融合與原生質(zhì)體培養(yǎng)自1960年英國(guó)學(xué)者Cocking首

8、次利用纖維素酶從番茄幼苗的根分離原生質(zhì) 體獲得成功以來(lái)，到1990年已有100種以上植物的原生質(zhì)體能再生植株。體細(xì) 胞雜交育種在轉(zhuǎn)移胞質(zhì)雄性不育特性，獲得抗病及抗除草劑特性方面都已取得 顯著進(jìn)展，并為克服遠(yuǎn)緣雜交時(shí)有性生殖上的障礙提供一種新的技術(shù)。我國(guó)獲 得了 30余個(gè)品種的原生質(zhì)體再生植株，其中包括難度較大的重要糧食作物和經(jīng) 濟(jì)作物，如大豆、水稻、玉米、小麥、谷子、高梁、棉花等。在木本植物、藥 用植物、蔬菜和真菌原生質(zhì)體培養(yǎng)方面的進(jìn)展也十分迅速。國(guó)外已先后獲得了 種內(nèi)及種間的體細(xì)胞雜種植株，美國(guó)科學(xué)家采用細(xì)胞融合技術(shù)將番茄和馬鈴薯 的細(xì)胞融合在一起，培育出稱為“番茄薯”或“薯番茄”的新型植物

9、。此外， 獲得成功的屬間體細(xì)胞雜種植物還有：煙草+大豆、煙草+龍葵、芥菜+油菜等，這些屬間雜種無(wú)法用有性雜交得到，這為遠(yuǎn)緣雜交育種開辟了新途徑。植物原 生質(zhì)體培養(yǎng)還可應(yīng)用于外源基因轉(zhuǎn)移、無(wú)性系變異及突變體篩選等研究，因而 越來(lái)越受到人們的重視。2.4植物細(xì)胞突變體篩選植物細(xì)胞突變體的篩選最早始于1959年，G . Melchers在金魚草懸浮細(xì)胞培養(yǎng)中獲得了溫度突變體。20世紀(jì)60年代以來(lái)，越來(lái)越多的資料表明，通過(guò)愈 傷組織再生的植株中常常出現(xiàn)基因型的變異。起初，人們認(rèn)為這種變異是有害 的，直到1969年Heinz在甘蔗的再生植株中，觀察到許多有益的突變體，特別 是抗病性明顯提高，人們認(rèn)為變異

10、體在品種改良上有利用價(jià)值。朱至清等陸續(xù) 對(duì)體細(xì)胞無(wú)性系變異的研究進(jìn)展與應(yīng)用進(jìn)行綜述和討論。應(yīng)用在細(xì)胞水平上進(jìn) 行突變體選擇的技術(shù)，可以在一定程度上使高等植物的育種程序微生物化，從 而大大提高選擇效率。從此以后，越來(lái)越多的植物，尤其是在一般情況下突變 率極低的植物開始應(yīng)用細(xì)胞培養(yǎng)方法篩選有用的突變體，從中篩選出了血多抗 氨基酸和抗氨基酸類似物、抗病、抗除草劑、抗逆等有用的變異體。3. 植物愈傷組織或細(xì)胞懸浮培養(yǎng)利用植物愈傷組織或細(xì)胞懸浮培養(yǎng)可以生產(chǎn)用于預(yù)防和治療疾病的植物次 生代謝產(chǎn)物。近年來(lái)，這一領(lǐng)域的發(fā)展極為迅速，已經(jīng)研究了400多種植物，從培養(yǎng)細(xì)胞中分離到 600多種次級(jí)代謝產(chǎn)物，其中60

11、多種在含量上超過(guò)或等于 原植物，20種以上干重超過(guò)原植物的 1 9，6。例如，從薯芋愈傷組織和懸浮細(xì) 胞生產(chǎn)的diosgenin用于合成甾體藥物。最近抗癌藥物紫杉醇一紅豆杉細(xì)胞培養(yǎng) 物，可用75t發(fā)酵罐培養(yǎng)，已達(dá)到商業(yè)化生產(chǎn)水平。另外，達(dá)到商品化水平的還 有紫草、人參、黃連、老鸛草等；長(zhǎng)春花、毛地黃、煙草等已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)； 牙簽草、紅花等20多種植物正在向商品化過(guò)渡。4. 植物體細(xì)胞胚胎和人工種子從體細(xì)胞產(chǎn)生胚狀體的過(guò)程叫做體細(xì)胞胚胎發(fā)生。1958年，Reinert在胡蘿卜的組織培養(yǎng)中最先發(fā)現(xiàn)了體細(xì)胞胚胎（胚狀體）。在體細(xì)胞胚胎發(fā)生的情況下，培養(yǎng)細(xì)胞經(jīng)歷和合子胚發(fā)育相似的階段，形成成熟胚，然

12、后萌發(fā)成為植株。據(jù) 不完全統(tǒng)計(jì)，能大量產(chǎn)生胚狀體的植物有43科92屬100多種。一些重要作物如水稻、小麥、玉米、珍珠谷等，也能通過(guò)離體培養(yǎng)產(chǎn)生胚狀體。這些胚狀體 用褐藻酸鈉等包埋，再加上人工種皮，就形成了人工種子。所謂“人工種子”，是指以胚狀體為材料，經(jīng)過(guò)人工薄膜包裝的種子在適宜條件下它萌發(fā)長(zhǎng)成幼苗。 我國(guó)成功地研制成水稻人工種子。目前有100多種植物可以經(jīng)組織培養(yǎng)獲得大量的胚狀體，為制成人工種子用于生產(chǎn)提供了基礎(chǔ)。人工種子的優(yōu)點(diǎn)是：繁殖 快速，成苗率極高；不受氣候影響，四季皆可工廠化生產(chǎn)。5. 植物組織細(xì)胞培養(yǎng)物的超低溫保存與種質(zhì)庫(kù)建立植物細(xì)胞全能性的發(fā)現(xiàn)和證實(shí)，為植物種質(zhì)資源的長(zhǎng)期保存開辟

13、了一條新 途徑。組織培養(yǎng)物，如試管苗、愈傷組織等，在液氮（一 196C）條件下，加入冷凍保護(hù)劑，可有效降低代謝水平，保持很高的存活率，并且能再生出新植株和 保持原來(lái)的遺傳特性，利于長(zhǎng)期保存。利用組織培養(yǎng)保存植物種質(zhì)資源具有體 積小、保存數(shù)量多、條件可控制、避免病蟲害再度侵染、節(jié)省人力和土地等優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)有效的種質(zhì)保存方法。6. 植物組織培養(yǎng)與轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用我國(guó)第一個(gè)TDNA插入突變體庫(kù)的構(gòu)建和研究為我國(guó)水稻功能基因組學(xué) 研究奠定了良好的技術(shù)和材料基礎(chǔ)，為確保我國(guó)擁有一批有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基 因資源做出了積極貢獻(xiàn)。由中國(guó)水稻研究所農(nóng)業(yè)部水稻生物學(xué)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室 和中科院上海植物生理研究所合作

14、，通過(guò)建立大規(guī)模、高效的農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn) 基因技術(shù)體系，將玉米轉(zhuǎn)座子 Ac Ds等外源基因?qū)胨疚闯墒炫吆头N子誘導(dǎo) 的愈傷組織，獲得了 1.2萬(wàn)個(gè)獨(dú)立的T DNA插入株系，并構(gòu)建了水稻突變體 的數(shù)據(jù)庫(kù)。7.展望植物組織培養(yǎng)研究與應(yīng)用是21世紀(jì)科技進(jìn)步的重大成果之一，為研究植物生長(zhǎng)發(fā)育、抗性生理、激素及器官發(fā)生與胚胎發(fā)生等提供了許多良好的實(shí)驗(yàn)材 料和有效途徑。植物組織培養(yǎng)方法不斷提高的同時(shí)，也相應(yīng)拓寬了其應(yīng)用范圍。 由于組織培養(yǎng)在人工控制的條件下進(jìn)行，容易掌握花芽分化和開花成因；通過(guò) 胚胎培養(yǎng)，能夠得到雜種或自交種；通過(guò)分離單倍體細(xì)胞，能培育純合的二倍 體優(yōu)良品系；提高育種多樣性的同時(shí)縮短了育種

15、時(shí)間；通過(guò)突變體篩選，提高 植物的品質(zhì)，增強(qiáng)抗逆境脅迫能力，擴(kuò)大植物的生長(zhǎng)范圍；將體細(xì)胞冷藏在低 溫下，建立基因庫(kù)，達(dá)到保存物種的目的；獲得藥用價(jià)值高和工業(yè)生產(chǎn)所需要 的次生產(chǎn)物，加快藥物生產(chǎn)的時(shí)間并且減少了單純依靠天然植物的被動(dòng)性。植 物組織培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)滲透到科研、生產(chǎn)和生活各個(gè)領(lǐng)域，必將日臻完善。參考文獻(xiàn)1 李永欣，王義強(qiáng).J植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用研究概述J.江蘇林業(yè)科技，2005.6,32(5):1 -3.2 朱至清.體細(xì)胞無(wú)性系變異魚植物改良J.植物學(xué)報(bào),8(A00).1 -8,31.3 Ostry M E Applicati on of Biotech no logy For The D

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18、者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下也。誠(chéng)宜開張圣聽， 以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義，以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者，宜付有司論 其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是以先帝簡(jiǎn)拔以遺陛下：愚以為宮中之事，事無(wú)大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏，有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰能”是以眾議舉寵為督:愚以為營(yíng)中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹也。先帝在 時(shí)，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長(zhǎng)史、參軍，此悉貞良死 節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待也臣本布衣，躬耕于南陽(yáng)，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自 枉屈，三顧臣于草廬之中，