第一章-植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)理論與基本知識(shí)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)理論與基本知識(shí)目的要求： (1) 掌握組織培養(yǎng)的概念和類(lèi)型； (2) 掌握組織培養(yǎng)的特點(diǎn)； (3) 了解組織培養(yǎng)發(fā)展史； (4) 初步掌握組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)實(shí)踐上的應(yīng)用。 第一節(jié) 植物組織培養(yǎng)的基本概念及類(lèi)型一、植物組織培養(yǎng)的概念植物組織培養(yǎng)（tissue culture）指在無(wú)菌條件下，將離體的植物器官（如根、莖、葉、花、果、莖尖等）、組織（如形成層、表皮、皮層、髓部細(xì)胞、胚乳等）、細(xì)胞（如大孢子、小孢子及體細(xì)胞）以及原生質(zhì)體，培養(yǎng)在人工控制的環(huán)境里使其再生形成完整的植株。亦可稱(chēng)為無(wú)菌培養(yǎng)、離體培養(yǎng)、試管

2、培養(yǎng)。根據(jù)培養(yǎng)基的形態(tài)可分為固體培養(yǎng)和液體培養(yǎng)；液體培養(yǎng)又可分為懸浮培養(yǎng)、振蕩培養(yǎng)、旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)等。外植體（explant）：在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，有植物體上切取的根、莖、葉、花、果實(shí)、種子等器官以及各種組織和細(xì)胞統(tǒng)稱(chēng)為外植體。愈傷組織：植物局部創(chuàng)傷后或在組織培養(yǎng)中，當(dāng)已分化的細(xì)胞恢復(fù)了細(xì)胞分裂能力，而增殖形成的無(wú)組織結(jié)構(gòu)、無(wú)器官分化的薄壁細(xì)胞團(tuán)。在組織培養(yǎng)中，先由外植體增殖產(chǎn)生，在一定條件下，對(duì)它經(jīng)過(guò)一段時(shí)間培養(yǎng)，可能從其再分化出具一定結(jié)構(gòu)及功能的器官，如根、莖、胚狀體或重新形成完整的植株。二、植物組織培養(yǎng)的類(lèi)型1.植物培養(yǎng)植物培養(yǎng)是指幼小植株的培養(yǎng)。例如蘭花，蘭花及蘭科植物種子的發(fā)育特殊，種子

3、成熟之后沒(méi)有胚乳，需要與某些真菌共生，由真菌提供營(yíng)養(yǎng)才能萌發(fā)，在自然條件下，萌發(fā)率很低。早期通過(guò)人工接種真菌可使蘭花種子萌發(fā)，但技術(shù)繁瑣，難度較大，后來(lái)發(fā)現(xiàn)在人工培養(yǎng)基上，只要營(yíng)養(yǎng)成分合適不需要真菌共生，蘭花種子也能萌發(fā)。以蝴蝶蘭為例，由一個(gè)好的莢果播種后兩個(gè)月左右可產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)個(gè)小圓球莖，經(jīng)過(guò)一個(gè)月分瓶后，就可以進(jìn)行育苗，大約3個(gè)月后即可得到大量可移栽的試管苗。無(wú)菌播種已是各個(gè)大型蝴蝶蘭生產(chǎn)企業(yè)主要的種苗繁育技術(shù)。2.器官培養(yǎng)將植物的器官如胚、胚乳、珠心、子房、根、莖、葉、花和幼果的部分組織接種在無(wú)菌培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，也稱(chēng)為植物離體培養(yǎng)。例如馬鈴薯、蘭花、麗格海棠。3.離體胚培養(yǎng)將分化過(guò)程中成熟

4、或未成熟的胚取出進(jìn)行培養(yǎng)。4.細(xì)胞培養(yǎng)將外植體接種在人工培養(yǎng)基上，由于植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的存在，而其細(xì)胞脫分化形成愈傷組織，然后通過(guò)再分化形成再生植株。它是最為常見(jiàn)的。5.原生質(zhì)體培養(yǎng) 原生質(zhì)體培養(yǎng)是指將植物細(xì)胞的細(xì)胞壁通過(guò)機(jī)械、物理或化學(xué)的方法去除，然后再進(jìn)行培養(yǎng)。70年代以后有關(guān)植物原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交的研究得到了很訣發(fā)展，如煙草、曼陀羅、顛茄、胡蘿卜、油菜等能從其原生質(zhì)體經(jīng)培養(yǎng)再生分化長(zhǎng)成胚或完整的植物，利用原生質(zhì)體融合已經(jīng)能使煙草屬和矮牽牛屬的雜種細(xì)胞增殖分化成雜種植株。6.基因轉(zhuǎn)化植物基因工程是指利用重組DNA、細(xì)胞組織培養(yǎng)等技術(shù)，將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞或組織，使遺傳物質(zhì)定向重組，從

5、而改良植物性狀，培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的植物新品種。自1983年世界第一株轉(zhuǎn)基因煙草誕生至今，二十多年的植物基因轉(zhuǎn)化實(shí)踐證明，外源基因可以通過(guò)不同的轉(zhuǎn)化方法進(jìn)入植物基因組進(jìn)而整合并表達(dá)，迄今獲得成功轉(zhuǎn)化的植物已超過(guò)120種。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)在作物品種改良、抗病蟲(chóng)害育種和植物醫(yī)藥工程等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。第二節(jié) 植物組織培養(yǎng)的生理依據(jù)一、植物細(xì)胞全能性細(xì)胞全能性(cell totipotency)：植物體的每一個(gè)細(xì)胞都攜帶有一套完整的基因組，并具有發(fā)育成為完整植株的潛在能力。1.細(xì)胞全能性的認(rèn)識(shí)過(guò)程 1902年，德國(guó)植物學(xué)家Haberlandt在自然界再生作用的啟迪下，提出假說(shuō)。 1958年，由Steward等

6、人證明：胡蘿卜細(xì)胞（一小塊愈傷組織）在適宜的條件下（液體懸浮培養(yǎng)）下會(huì)形成體細(xì)胞胚（胚狀體），其發(fā)育階段與合子胚相似，最后形成小植株。此后又證實(shí)了胡蘿卜單一的細(xì)胞（不必依賴于其他細(xì)胞的參與）亦具有這種能力。Mature plant Root cells culture Cultured cells Cells in culture divide to form embryoid bodies Torpedo stage Cotyledonary stage is planted Plantlet forms roots Mature plant2.植物細(xì)胞全能性的概念： 植物細(xì)胞具有該植物體全

7、部遺傳的可能性，在一定條件下如同受精卵一樣，具有發(fā)育成完整植物體的潛在能力。兩個(gè)含義：1）植物細(xì)胞無(wú)論是體細(xì)胞還是生殖細(xì)胞，均具有該物種全部的遺傳信息。2）每個(gè)植物細(xì)胞均具有發(fā)育成完整植物體的潛在能力。u 為什么植物細(xì)胞具有“全能性”，而動(dòng)物細(xì)胞不表現(xiàn)“全能性”呢可能與動(dòng)物、植物在營(yíng)養(yǎng)需要、代謝類(lèi)型和發(fā)育方式上的不同有著密切的關(guān)系。（1）動(dòng)物、植物在營(yíng)養(yǎng)需要上的不同植物是自養(yǎng)的，可以進(jìn)行光合作用，還可以選擇性吸收各種無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)和水分。動(dòng)物所需要的養(yǎng)分和水分，完全是由外界供給的。植物是自養(yǎng)的，它僅要求簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)并可通過(guò)自身的光合作用制造有機(jī)營(yíng)養(yǎng)。動(dòng)物除要求無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)外，還要求供給復(fù)雜的大分子有機(jī)

8、營(yíng)養(yǎng)。（2）動(dòng)物、植物的代謝類(lèi)型不同植物養(yǎng)分及水分的吸收和運(yùn)輸，依靠簡(jiǎn)單的輸導(dǎo)組織，運(yùn)往身體各個(gè)部位，由韌皮部將光合產(chǎn)物運(yùn)往植物體內(nèi)各個(gè)部位。動(dòng)物攝入各種有機(jī)、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)和水分后，要通過(guò)各種復(fù)雜的系統(tǒng)送往全身。植物可以吸收稀薄的養(yǎng)分，進(jìn)行自身濃縮來(lái)滿足植物體生長(zhǎng)發(fā)育的需要。動(dòng)物是在濃縮的環(huán)境中生活，不滿足這種條件，動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育就會(huì)受到影響。（3）動(dòng)物、植物發(fā)育方式的不同植物具有頂端分生組織和次生分生組織。因此，植物器官的建成，可以多次重復(fù)，是無(wú)限的。動(dòng)物器官建成是在發(fā)育的早期階段，一次發(fā)育形成不能重復(fù)。植物胚胎是通過(guò)胚柄與母體相連，通過(guò)胚柄吸收營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)還通過(guò)吸收胚乳的營(yíng)養(yǎng)來(lái)發(fā)育。動(dòng)物胚胎是通

9、過(guò)胎盤(pán)與母體相連，通過(guò)血液循環(huán)吸收營(yíng)養(yǎng)。二、植物細(xì)胞分化和脫分化1.植物細(xì)胞的分化 細(xì)胞分化現(xiàn)象普遍存在于植物界。 細(xì)胞分化：由于細(xì)胞的分工而導(dǎo)致的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變，或發(fā)育方式永久性改變的過(guò)程。 細(xì)胞分化的結(jié)果：導(dǎo)致形態(tài)發(fā)生，從而形成不同器官，不同器官又執(zhí)行著不同功能。根結(jié)構(gòu)：表皮細(xì)胞排列整齊，沒(méi)有細(xì)胞間隙，形狀扁 平，細(xì)胞壁薄，不具有葉綠體；功能是選擇無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)和水分。葉結(jié)構(gòu)：表皮細(xì)胞外壁，由一層脂肪性物質(zhì)組成的角質(zhì)層所覆蓋；氣孔由一對(duì)新月型細(xì)胞構(gòu)成，葉肉細(xì)胞位于表皮和皮層之間，排列整齊，細(xì)胞內(nèi)含由葉綠體；功能是進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)營(yíng)養(yǎng).細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能的不同或發(fā)育方式的不同，從而產(chǎn)生分

10、工的不同。u 分子遺傳學(xué)觀念如何解釋細(xì)胞分化 植物個(gè)體發(fā)育的過(guò)程，表現(xiàn)為染色體上的不同基因，按一定順序，選擇性活化和阻遏。由于不同基因活化的結(jié)果，表現(xiàn)為合成不同的酶和蛋白質(zhì)分子。即，當(dāng)同一個(gè)基因型的細(xì)胞合成不同酶和蛋白質(zhì)時(shí)，即出現(xiàn)細(xì)胞的分化。2.植物細(xì)胞的脫分化和再分化脫分化：失去分裂能力的細(xì)胞回復(fù)到分生性狀態(tài)并進(jìn)行分裂，形成無(wú)分化的細(xì)胞團(tuán)即愈傷組織的現(xiàn)象。再分化：由無(wú)分化的愈傷組織的細(xì)胞再轉(zhuǎn)變成為具有一定結(jié)構(gòu)，執(zhí)行一定生理功能的細(xì)胞團(tuán)和組織，構(gòu)成一個(gè)完整的植物體或植物器官的現(xiàn)象。三、細(xì)胞再分化和形態(tài)（器官、胚）建成1.再分化實(shí)現(xiàn)途徑一種是胚胎發(fā)生形成雙極性的胚狀體；另一種是器官發(fā)生，形成單極

11、性的芽或根，進(jìn)一步發(fā)育成完整植物體的過(guò)程。再分化脫分化離體的植物器官、組織、細(xì)胞 愈傷組織 根、芽 植株胚狀體 游離單細(xì)胞或原生質(zhì)體人工種子 胚狀體植株胚狀體：對(duì)應(yīng)于種子胚而言。在離體培養(yǎng)過(guò)程中產(chǎn)生一種形似胚（具有明顯的根端和芽端），功能與胚相同的結(jié)2.植物細(xì)胞脫分化和再分化的條件1）植物細(xì)胞的機(jī)械隔離和生理隔離 由切割而造成的機(jī)械和生理隔離對(duì)細(xì)胞脫分化、再分化是十分重要的，也可以說(shuō)是植物細(xì)胞全能性表現(xiàn)的重要措施。2）植物激素的作用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)于植物細(xì)胞組織的分化和決定具有關(guān)鍵性作用。它包括：生長(zhǎng)素類(lèi)、細(xì)胞分裂素類(lèi)、赤霉素、脫落酸、乙烯等生長(zhǎng)素類(lèi)主要用于愈傷組織的形成，體細(xì)胞胚的產(chǎn)生及試

12、管苗的生根。常用的有2,4-D、NAA、IBA、IAA等。其作用強(qiáng)弱為2,4-D>NAA>IBA>IAA。細(xì)胞分裂素類(lèi)則有促進(jìn)細(xì)胞的分裂與分化，延遲組織的衰老，促進(jìn)芽的產(chǎn)生等作用。常用的有Zip、KT、6-BA、ZT等作用強(qiáng)弱順序?yàn)?。Zip>KT>6-BA>ZT。赤霉素則有促進(jìn)已分化的芽伸長(zhǎng)生長(zhǎng)，打破種子休眠的作用。常用的為GA3。植物激素與植物細(xì)胞的再分化：生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的配比創(chuàng)傷和外源激素可以改變分生細(xì)胞的遺傳信息： 使形成層細(xì)胞（分生細(xì)胞）改變了控制細(xì)胞分化的遺傳信息，從而改變了代謝路線，使形成層細(xì)胞朝著“胚性細(xì)胞”的發(fā)現(xiàn)分化。第三節(jié) 植物組織培養(yǎng)

13、的意義及應(yīng)用一、植物組織培養(yǎng)的意義 在生產(chǎn)應(yīng)用上和理論研究上，具有十分重要的意義。組織培養(yǎng)是本世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是外源激素的應(yīng)用，使組織培養(yǎng)不僅從理論上為相關(guān)學(xué)科提出了可靠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，而且一躍成為一種大規(guī)模、批量工廠化生產(chǎn)種苗的新方法，并在生產(chǎn)上越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。二、植物組織培養(yǎng)的特點(diǎn)1.研究材料單一，無(wú)性系遺傳信息相同；2.經(jīng)濟(jì)方便，效率高；3.培養(yǎng)條件可控，可周年實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)；組織培養(yǎng)采用的植物材料完全是在人為提供的培養(yǎng)基質(zhì)和小氣候環(huán)境條件下進(jìn)行生長(zhǎng)，擺脫了大自然中四季、晝夜的變化以及災(zāi)害性氣候的不利影響，且條件均一，對(duì)植物生長(zhǎng)極為有利，便于穩(wěn)定地進(jìn)行周年

14、培養(yǎng)生產(chǎn)。4.生長(zhǎng)快，周期短，重復(fù)性強(qiáng)；植物組織培養(yǎng)是由于人為控制培養(yǎng)條件，根據(jù)不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培養(yǎng)條件，因此生長(zhǎng)較快。另外，植株也比較小，往往20-30d為一個(gè)周期。所以，雖然植物組織培養(yǎng)需要一定設(shè)備及能源消耗，但由于植物材料能按幾何級(jí)數(shù)繁殖生產(chǎn)，故總體來(lái)說(shuō)成本低廉，且能及時(shí)提供規(guī)格一致的優(yōu)質(zhì)種苗或脫病毒種苗。5.管理方便，利于自動(dòng)化生產(chǎn)。植物組織培養(yǎng)是在一定的場(chǎng)所和環(huán)境下，人為提供一定的溫度、光照、濕度、營(yíng)養(yǎng)、激素等條件，極利于高度集約化和高密度工廠化生產(chǎn)，也利于自動(dòng)化控制生產(chǎn)。它是未來(lái)農(nóng)業(yè)工廠化育苗的發(fā)展方向。它與盆栽、田間栽培等相比省去了中耕除草、澆水施肥、防治病

15、蟲(chóng)害等一系列繁雜勞動(dòng)，可以大大節(jié)省人力、物力及田間種植所需要的土地。三、植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用植物組織培養(yǎng)成為生物科學(xué)的一個(gè)廣闊領(lǐng)域，除了在基礎(chǔ)理論的研究上占有重要地位以外，還在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。1.優(yōu)良品種的快速繁殖用植物組織培養(yǎng)的方法進(jìn)行快速繁殖(rapidpropagation)是生產(chǎn)上最有潛力的應(yīng)用，包括花卉觀賞植物、蔬菜、果樹(shù)、大田作物及其他經(jīng)濟(jì)作物?？旆奔夹g(shù)不受季節(jié)等條件的限制，生長(zhǎng)周期短，而且能使不能或很難繁殖的植物進(jìn)行增殖?？焖俜敝晨捎孟铝惺侄芜M(jìn)行：通過(guò)莖尖、莖段、鱗莖盤(pán)等產(chǎn)生大量腋芽；通過(guò)根、葉等器官直接誘導(dǎo)產(chǎn)生不定芽；通過(guò)愈傷組織培養(yǎng)誘導(dǎo)產(chǎn)生不定芽。試管

16、快速繁殖應(yīng)用在下列生產(chǎn)或研究中：(1)繁殖雜交育種中得到的少量雜交種，以及保存自交系、不育系等。(2)繁殖脫毒培養(yǎng)得到的少量無(wú)病毒苗。(3)繁殖生產(chǎn)上急需的或種源較少的種苗。由于組織培養(yǎng)周期短，增殖率高及能全年生產(chǎn)等特點(diǎn)，加上培養(yǎng)材料和試管苗的小型化，這就可使有限的空間培養(yǎng)出大量的植物，在短期內(nèi)培養(yǎng)出大量的幼苗。組織培養(yǎng)突出的優(yōu)點(diǎn)是“快”，通過(guò)這一方法在較短時(shí)期內(nèi)迅速擴(kuò)大植物的數(shù)量，以一個(gè)莖尖或一小塊葉片為基數(shù)，經(jīng)組織培養(yǎng)一年內(nèi)可增殖到10000株。2.植物莖尖脫毒及脫毒苗的再繁育植物在生長(zhǎng)過(guò)程中幾乎都要遭受到病毒病不同程度的危害，有的種類(lèi)甚至同時(shí)受到數(shù)種病毒病的危害，尤其是很多園藝植物靠無(wú)性

17、方法來(lái)增殖，若蒙受病毒病，代代相傳，越染越重，甚至?xí)斐蓸O嚴(yán)重的后果。自從Morell952年發(fā)現(xiàn)采用微莖尖培養(yǎng)方法可得到無(wú)病毒苗（virus free）后，微莖尖培養(yǎng)就成為解決病毒病危害的重要途徑之一。若再與熱處理相結(jié)合，則可提高脫毒培養(yǎng)的效果。對(duì)于木本植物，莖尖培養(yǎng)得到的植株難以發(fā)根生長(zhǎng)，則可采用莖尖微體嫁接的方法來(lái)培育無(wú)病毒苗。 組織培養(yǎng)無(wú)病毒苗的方法已在很多作物的常規(guī)生產(chǎn)上得到應(yīng)用，如馬鈴薯，甘薯，草莓，蘋(píng)果，香石竹，菊花等。而且已有不少地區(qū)建立了無(wú)病毒苗的生產(chǎn)中心，這對(duì)于無(wú)病毒苗的培養(yǎng)、鑒定、繁殖、保存、利用和研究，形成了一個(gè)規(guī)范的系統(tǒng)程序，從而達(dá)到了保持園藝植物的優(yōu)良種性和經(jīng)濟(jì)性狀

18、的目的。3.體細(xì)胞無(wú)性系變異和新品種培育植物組織培養(yǎng)過(guò)程中往往存在大量的變異，這種變異稱(chēng)為體細(xì)胞無(wú)性系變異。具有如下特點(diǎn)：1.變異的無(wú)方向性：既有有利的變異，也有有害的變異既有形態(tài)變異，也有生理變異。2.變異的普遍性：變異在組織培養(yǎng)中經(jīng)常發(fā)生，出現(xiàn)在組織培養(yǎng)的各個(gè)時(shí)期。既有數(shù)量性狀變異，又有質(zhì)量性狀變異。既有農(nóng)藝性狀變異，又有經(jīng)濟(jì)性狀變異；既有表型變異，又有生理變異。與自然變異與輻身誘變相比，體細(xì)胞無(wú)性系變異廣泛而普遍。且易于獲得純合個(gè)體。3.植物體細(xì)胞無(wú)性系變異的類(lèi)型：一類(lèi)為可遺傳變異，主要是由于遺傳物質(zhì)的變化引起的（尤以基因突變?yōu)橹鳎?。另一?lèi)是不可遺傳的變異，為生理型變異。往往是由于培養(yǎng)過(guò)

19、程中外加的激素及其它化學(xué)物質(zhì)的刺激引起。如葉形、育性等。4.引起植物體細(xì)胞無(wú)性系變異的原因：激素的刺激為主要原因。高濃度的GA和IAA，會(huì)造成畸形胚的高頻發(fā)生，TDZ可使植株產(chǎn)生白化苗或玻璃化植株。2，4-D則使培養(yǎng)細(xì)胞發(fā)生染色體數(shù)量變化。隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，染色體變異頻率升高，變異的性狀和范圍手?jǐn)U大。5.植物體細(xì)胞無(wú)性系變異的利用價(jià)值及途徑：它是一種重要的遺傳變異來(lái)源，是一種重要的遺傳資源。對(duì)于育種有重要的應(yīng)用價(jià)值。u 單倍體育種花藥、花粉的培養(yǎng)在蘋(píng)果、柑橘、葡萄、草莓、石刁柏、甜椒、甘藍(lán)、天竺葵等約20種園藝植物得到了單倍體植株。在常規(guī)育種中為得到純系材料要經(jīng)過(guò)多代自交，而單倍體育種，經(jīng)染色

20、體加倍后可以迅速獲得純合的二倍體，大大縮短了育種的世代和年限。4.基因工程應(yīng)用基因工程，就是用改變生物遺傳的方法，獲得新的遺傳個(gè)體，從而改變物種或產(chǎn)生新物種。按照人們預(yù)先設(shè)計(jì)的藍(lán)圖，定向培育新物種以及所希望的性狀或新的功能。轉(zhuǎn)基因生物就是將外源基因轉(zhuǎn)入動(dòng)物或植物，使其表達(dá)出原來(lái)沒(méi)有的某種新性狀，由此而得到的新型生物便稱(chēng)為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物或轉(zhuǎn)基因植物。動(dòng)物轉(zhuǎn)基因重組初顯端倪。中國(guó)科學(xué)家已成功地通過(guò)外源基因移植，將牛、羊的生長(zhǎng)激素基因?qū)膈庺~(yú)的受精卵中，獲得第一代轉(zhuǎn)基因魚(yú)。在此基礎(chǔ)上，又將從大馬哈魚(yú)中提取的生長(zhǎng)激素基因?qū)膈庺~(yú)，培育出世界上第一代“全魚(yú)轉(zhuǎn)基因魚(yú)”。其生長(zhǎng)速度比普通鯉魚(yú)要快好幾倍，而且體軀

21、很大，滋味鮮美。世界科學(xué)家已在54種植物中試驗(yàn)轉(zhuǎn)基因成功。糧食作物如水稻、玉米、馬鈴薯，經(jīng)濟(jì)作物如棉花、大豆、油菜、亞麻等蔬菜作物如番茄、黃瓜、芥菜等；并且成功地將抗病毒、抗蟲(chóng)害、抗除草劑等有實(shí)用價(jià)值的基因轉(zhuǎn)入部分農(nóng)作物。細(xì)胞工程是將一種生物細(xì)胞中攜帶遺傳信息的細(xì)胞核或染色體整個(gè)地轉(zhuǎn)移給另一種生物細(xì)胞，使新細(xì)胞產(chǎn)生具有人們所需要的新功能，從而改變體細(xì)胞的遺傳性狀，廣義地講，也包括細(xì)胞核和卵移植、動(dòng)物和植物組織培養(yǎng)技術(shù)等。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(chēng)之為“番茄薯”或“薯番茄”的新型植物。植株地上部結(jié)番茄，地下部生長(zhǎng)根莖，產(chǎn)量高，品質(zhì)好。獲得成功的屬間體細(xì)胞雜

22、種植物還有：煙草大豆、甘蔗高粱、芥菜紫蕓苦等，這些屬間雜種采用有性雜交的方法是難以得到的。中國(guó)科學(xué)家利用細(xì)胞融合技術(shù)已培育出普通煙草與黃花煙草、普通煙草與粉藍(lán)煙草、煙草與矮牽牛、煙草與天仙子等種間和屬間體細(xì)胞雜種植株，為遠(yuǎn)緣雜交育種開(kāi)辟了新途徑。5.種質(zhì)保存用植物組織培養(yǎng)技術(shù)保存種質(zhì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）在較小的空間內(nèi)可以保存大量的種質(zhì)資源。（2）具有較高的繁殖系數(shù)。（3）避免外界不利氣候及其他栽培因素的影響，可常年進(jìn)行保存。（4）不愛(ài)昆蟲(chóng)、病毒和其他病原體的影響。（5）有利于國(guó)際間的種質(zhì)交換與交流。四、植物組織培養(yǎng)在化工業(yè)、醫(yī)藥業(yè)的應(yīng)用     

23、;                              運(yùn)用組織培養(yǎng)方法可以在比較簡(jiǎn)單易觀察的條件下研究細(xì)胞、組織或器官的繁殖、生長(zhǎng)和分化，以及各種外界因素對(duì)它們的影響，從而為解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和藥物生產(chǎn)中的某些問(wèn)題開(kāi)辟了廣闊的前景，目前已有若干重要成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中，一為營(yíng)養(yǎng)繁殖系的快速繁殖，如以甘蔗為例

24、，原來(lái)每畝要用蔗種0.51噸，用組織培養(yǎng)快速繁殖的幼苗進(jìn)行栽培可節(jié)省大量蔗種。又如貝母繁殖率非常低，而用組織培養(yǎng)分化出的三個(gè)月左右的鱗莖，其大小就相當(dāng)于用種子繁殖二年生的鱗莖，另一為藥物和生物制品的工業(yè)生產(chǎn)，藥用植物的有效成分一般都從植物體提得，其產(chǎn)量和質(zhì)量難免要受到植物的遺傳性、生長(zhǎng)條件、收獲時(shí)間及貯藏和運(yùn)輸?shù)纫蛩厮绊懀绻懿捎妙?lèi)似培養(yǎng)微生物產(chǎn)生抗菌素的方法生產(chǎn)有效成分，就可克服這些缺點(diǎn)，這對(duì)生長(zhǎng)條件要求嚴(yán)格、生長(zhǎng)緩慢、產(chǎn)量低、價(jià)值貴重的植物藥更有意義。如近年來(lái)已大量培養(yǎng)人參組織，并提取有效成分，因此利用組織培養(yǎng)生產(chǎn)藥用成分，探索天然藥物生產(chǎn)工業(yè)化的途徑是當(dāng)前藥物生產(chǎn)的一個(gè)新方向，隨著大

25、規(guī)模人工培養(yǎng)技術(shù)的成功，就有可能用組織培養(yǎng)法來(lái)代替全植物提取有效成分，這項(xiàng)工作將是未來(lái)研究植物藥的中心課題之一。目前中國(guó)有關(guān)單位已成功地將麥角菌、靈芝、猴頭菇等真菌進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，高等植物組織培養(yǎng)在工業(yè)化中的應(yīng)用也正在研究。 總之，植物組織培養(yǎng)這一新技術(shù)在中草藥方面應(yīng)用的前途是無(wú)限廣闊的，它不僅有利于探討和闡明藥用植物生理、遺傳和成分生物合成等一系列理論問(wèn)題，而且一旦工業(yè)化生產(chǎn)問(wèn)題得到解決，將可以為防病治病做出很大的貢獻(xiàn)。第四節(jié) 植物組織培養(yǎng)的發(fā)展概況及展望一、植物組織培養(yǎng)發(fā)展概況植物組織培養(yǎng)的研究可以追溯到20世紀(jì)初期，根據(jù)其發(fā)展情況，大體可以分為三個(gè)時(shí)期。1.萌芽階段 組織培養(yǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)

26、展只是近50年的事，但它的整個(gè)歷史可以追溯至19世紀(jì)末和上世紀(jì)初。20世紀(jì)初，在Schleiden和Schwann所發(fā)展起來(lái)的細(xì)胞學(xué)說(shuō)的推動(dòng)下，1902年德國(guó)植物學(xué)家Haberlandt提出了高等植物的器官和組織為許多細(xì)胞組成的觀點(diǎn)，以及植物細(xì)胞全能性的理論，即植物的體細(xì)胞，在適當(dāng)?shù)臈l件下，具有不斷分裂和繁殖，發(fā)育成完整植株的潛在能力。他首次發(fā)表了植物離體細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的報(bào)告。1904年E Haming進(jìn)行胚培養(yǎng)并發(fā)表了第一篇胚培養(yǎng)論文，蘿卜未成熟的胚可以發(fā)育完整植株。1908年 S Kimcn 白楊嫩芽、莖培養(yǎng)愈傷組織發(fā)生和根芽的形成。1912年，Habefiandt的學(xué)生Kotte和美國(guó)的R

27、obins在根尖培養(yǎng)中獲得了組織培養(yǎng)的成功。Kotte采用了無(wú)機(jī)鹽、葡萄糖、蛋白胨、天冬酰胺，及添加各種氨基酸的培養(yǎng)基。Robins用含無(wú)機(jī)鹽、葡萄糖或果糖的瓊脂培養(yǎng)基，培養(yǎng)了長(zhǎng)度為1.453.75cm的豌豆、玉米和棉花的莖尖，形成了一些缺綠的莖和根。1922年 W Kott進(jìn)行豌豆和玉米的莖尖培養(yǎng)。 1925年Laibach將亞麻種間雜交不成活的胚取出培養(yǎng)，使雜交胚成熟，繼而萌發(fā)。2.技術(shù)和理論的發(fā)展時(shí)期（20世紀(jì)30年代初50年代末） 生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)，在植物組培的利用，推動(dòng)植物組培向前發(fā)展，并取得成熟。自Haberlandt的實(shí)驗(yàn)之后，直到1934年美國(guó)的White由番茄根建立了第一個(gè)活躍生

28、長(zhǎng)的無(wú)性繁殖系，并反復(fù)轉(zhuǎn)移到新鮮培養(yǎng)基中繼代培養(yǎng)，使根的離體培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)獲得了真正的成功，并在以后28年間培養(yǎng)了1600代。這之后，White又以小麥根尖為材料，研究了光、溫度、通氣、pH值、培養(yǎng)基組成等各種培養(yǎng)條件對(duì)生長(zhǎng)的影響，并于1937年建立了第一個(gè)組織培養(yǎng)的綜合培養(yǎng)基，其成分均為已知化合物，包括3種B族維生素，即吡哆醇、硫胺素和煙酸，該培養(yǎng)基后來(lái)被定名為White培養(yǎng)基。與此同時(shí)，Gautherer（1934）在研究山毛柳和黑楊等形成層的組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，提出了B族維生素和生長(zhǎng)素對(duì)組織培養(yǎng)的重要意義，并于1939年連續(xù)培養(yǎng)胡蘿卜根形成層獲得首次成功。同年，White由煙草種間雜種的瘤組織，

29、Nobecourt由胡蘿卜均建立了與上述類(lèi)似的連續(xù)生長(zhǎng)的組織培養(yǎng)物。因此，Gautherer，White和Nobecourt一起被譽(yù)為組織培養(yǎng)學(xué)科的奠基人。我們現(xiàn)在所用的培養(yǎng)方法和培養(yǎng)基，基本上都是由這三位科學(xué)家建立的。后來(lái)，White于1943年發(fā)表了植物組織培養(yǎng)手冊(cè)專(zhuān)著，使植物組織培養(yǎng)開(kāi)始成為一門(mén)新興的學(xué)科。40年代Skoog和崔徵在煙草莖切段和髓培養(yǎng)以及器官形成的研究中發(fā)現(xiàn)，腺嘌呤或腺苷可以解除培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素（IAA）對(duì)芽形成的抑制作用，而能誘導(dǎo)形成芽，從而明確了腺嘌呤與生長(zhǎng)素的比例是控制芽和根形成的主要條件之一。即這一比例高時(shí)，產(chǎn)生芽；這一比例低時(shí)，則形成根；相等則不分化。在尋找促進(jìn)細(xì)

30、胞分裂的物質(zhì)過(guò)程中，Miller等人于1956年發(fā)現(xiàn)了激動(dòng)素。不久即知道激動(dòng)素可以代替腺嘌呤促進(jìn)發(fā)芽，并且效果可增加3萬(wàn)倍。結(jié)果上述控制器官分化的激素模式變?yōu)榧?dòng)素與生長(zhǎng)素的比例關(guān)系。這方面的成功發(fā)現(xiàn)，有力地推動(dòng)了植物組織培養(yǎng)的發(fā)展。1952年；Morel和Martin通過(guò)莖尖分生組織的離體培養(yǎng)，從已受病毒侵染的大麗花中首次獲得無(wú)病毒植株。19351945年Muir把單細(xì)胞放在一張鋪在愈傷組織上面的濾紙上培養(yǎng)，使細(xì)胞發(fā)生了分裂，即實(shí)施了看護(hù)接種技術(shù)，使單細(xì)胞培養(yǎng)獲得初步成功。1948年 SKoog和崔澄確定腺嘌呤與生長(zhǎng)素的比值是控制根、芽形成的重要條件。 1952年 法國(guó) Morel獲得去病毒

31、大麗花植株。 1953年Muir用煙草的愈傷組織產(chǎn)生了單細(xì)胞和小細(xì)胞群，并可繼代繁殖。 1955年，Miller和SKoog發(fā)現(xiàn)了激動(dòng)素（KT）可代替腺嘌呤和生長(zhǎng)素控制根芽的分化。 1958年英國(guó) Steward將胡蘿卜髓細(xì)胞通過(guò)體細(xì)胞胚胎發(fā)生途徑培養(yǎng)成為完整植株。同年M.Wickson發(fā)現(xiàn)外源細(xì)胞分裂素可使休眠的側(cè)芽啟動(dòng)，長(zhǎng)成完整植株。3.快速發(fā)展和應(yīng)用階段（60年代初現(xiàn)在）1960年，Cocking等人用真菌纖維素酶分離植物原生質(zhì)體獲得成功。1971年，Takebe等在煙草上首次由原生質(zhì)體獲得了再生植株，這不僅在理論上證明了無(wú)壁的原生質(zhì)體同樣具有全能性，而且在實(shí)踐上為外源基因的導(dǎo)入提供了理

32、想的受體材料。80年代中期以來(lái)，對(duì)禾谷類(lèi)作物的原生質(zhì)體培養(yǎng)也相繼告捷，在這方面中國(guó)學(xué)者做出了重要貢獻(xiàn)。1962年印度Guha等人成功地在毛葉曼陀羅花藥培養(yǎng)中，由花粉誘導(dǎo)得到單倍體植株，從而促進(jìn)了花藥和花粉培養(yǎng)的研究。     1960年，Morel提出了一個(gè)離體無(wú)性繁殖蘭花的方法，其繁殖系數(shù)極高。由于這一方法有很大的應(yīng)用價(jià)值，很快被蘭花生產(chǎn)者所采用，迅速建立起蘭花工業(yè)。1973年Carlson等通過(guò)兩個(gè)煙草物種之間原生質(zhì)體融合，獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜種，Cocking等倡導(dǎo)的原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交，研究得到了迅速發(fā)展，已經(jīng)能使矮牽牛和煙草屬的雜種細(xì)胞增殖

33、分化生成雜種植株。1962年 印度 K.kanta開(kāi)創(chuàng)植物試管受精技術(shù)。1964年 印度Guha和Maheshwari成功的培養(yǎng)蔓陀羅花藥獲得單倍體再生植株。1971年，Takebe 等從煙草原生質(zhì)體得到再生植株，首次獲得原生質(zhì)體植株再生成功。 1972年，Carlson 等通過(guò)兩個(gè)煙草物種（粉藍(lán)煙草×長(zhǎng)花煙草）原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜種植株。1973年在英國(guó)成立國(guó)際植物組織培養(yǎng)協(xié)會(huì)（IAPTC），現(xiàn)更名為國(guó)際植物組織培養(yǎng)與生物技術(shù)協(xié)會(huì)（IAPTCB）。以后相繼在煙草、水稻、小麥、玉米、番茄、辣椒、草莓、蘋(píng)果等多種植物培養(yǎng)中獲得成功，其數(shù)目達(dá)到160多種，其中煙草、水稻和

34、小麥等的花藥育種培養(yǎng)在中國(guó)取得了引入注目的成就。 在整個(gè)植物組織培養(yǎng)發(fā)展的歷史中，我國(guó)學(xué)者做出多方面的貢獻(xiàn)，除了前述的崔徵的研究成效以外，還有1993年李繼侗等關(guān)于玉米等植物離體根尖培養(yǎng)的研究工作，以及羅士韋關(guān)于幼胚和莖尖培養(yǎng)，李正理關(guān)于離體胚的研究培養(yǎng)、王伏雄等關(guān)于幼胚的研究培養(yǎng)工作。二、植物組織培養(yǎng)的展望1.挽救瀕臨滅絕的植物；2.快速繁殖稀有植物或有較大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物；3.利用組織培養(yǎng)的材料作為植物生物反應(yīng)器；據(jù)新華社訊 要想獲得免疫力，人們通常難逃一針。如今，研究人員提供了另一種選擇：貼張疫苗膏藥，無(wú)痛而且效果好。英國(guó)廣播公司近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)埃默里大學(xué)和佐治亞理工學(xué)院研究人員聯(lián)手研發(fā)出這

35、種膏藥。每貼膏藥含100枚微型針狀物。這些針狀物長(zhǎng)0.65毫米，能滲透皮膚表皮。皮膚可以在無(wú)痛狀態(tài)下吸收它們。 為測(cè)試這種膏藥的效果，研究人員向這些針狀物注入流感疫苗，以鼠為對(duì)象展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)鼠分為3個(gè)組，第一組接受流感疫苗注射，第二組貼流感疫苗膏藥，第三組貼不含疫苗的膏藥。3個(gè)月后，研究人員發(fā)現(xiàn)，貼這種疫苗膏藥比接受疫苗注射免疫效果更好。相關(guān)研究報(bào)告已在英國(guó)自然·醫(yī)學(xué)上發(fā)表。報(bào)告說(shuō)，借助這種膏藥，人們今后也許自己就能接種疫苗。 報(bào)告作者之一、埃默里大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授理查德·孔潘斯說(shuō)：“我們希望今后幾年以人體為對(duì)象開(kāi)展相關(guān)研究?！?.組織培養(yǎng)結(jié)合超低溫保存技術(shù)經(jīng)濟(jì)有效地保存植物種質(zhì)資源；5.揭開(kāi)生命活動(dòng)的秘密。化石是沒(méi)有生命的，可是，在生物界卻存在著活的化石。原來(lái)在地質(zhì)歷史時(shí)期，許多動(dòng)植物類(lèi)群曾經(jīng)繁盛一時(shí)，后來(lái)由于自然環(huán)境發(fā)生變化，這些類(lèi)群中的絕大多數(shù)種類(lèi)都滅絕了，成了化石，剩下來(lái)的個(gè)別種類(lèi)，只是在局部地域得以保持下來(lái)，一直活到今天。這里說(shuō)的是活化石植物。在我國(guó)，著名的活化石植物有銀杏、水杉、銀杉、水松、臺(tái)灣杉、金錢(qián)松等。它們都有悠久的歷史，是植物界的“明星”，地球上的子遺植物。銀杏是落葉喬木，高約40米，枝開(kāi)展上升，長(zhǎng)枝上另生短枝，短枝上簇生葉子。葉形像扇子，也像鴨掌，頂端中央常二裂。夏天，樹(shù)冠張開(kāi)像華蓋，翠綠光潤(rùn)；秋天，綠葉變黃，另是