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                  植物組織培養概論

                  作者: 組培設備 發布時間: 瀏覽次數0

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                  本文綜述植物組織培養的原理,并從苗木的快繁、培育無病毒植株、在育種上的應用、產生次生代謝產物,制造人工種子和種質保存這幾個方面介紹植物組織培養技術的應用。然后對植物組織培養技術的應用前景做出展望。

                  植物組織培養

                  1 植物組織培養的原理

                  植物組織培養技術是20世紀之初,以植物生理學為基礎發展起來的一門新興技術,是指在無菌條件下,將離體的植物器官、組織、細胞、原生質體培養在人工配制的培養基上,給予適宜的條件進行培養,誘導產生愈傷組織或不定芽等,或者長成完整植株的過程。植物的組織在培養條件下,原來已經分化停止生長的細胞,又能重新分裂,形成沒有組織結構的細胞團,即愈傷組織,這一過程稱為“脫分化作用”;已經“脫分化”的愈傷組織,在一定條件下,又能重新分化形成輸導系統以及根和芽等組織和器官,這一過程稱“再分化作用”。

                  植物組織培養的基本原理是植物細胞具有全能性。植物細胞全能性(Totipotency)是指植物的每個細胞都包含該物種的全套遺傳信息,從而具備發育成完整植株的潛在遺傳能力。在適宜條件下,植物體的任何一個細胞都具備發育成一個新植株體的能力。1902年,德國植物學家G.Haberlandt根據細胞學理論,提出高等植物的器官和組織可以不斷分割,直至單個細胞,即植物體細胞在適當的培養條件下能夠不斷的分裂和繁殖,并發育成完整植株的潛在能力的觀點。1943年,美國人White進行煙草愈傷組織培養實驗時,偶然發現形成的一個芽,便證實了(G.Haberlandt)的觀點。植物組織培養選用的基礎培養基有MT、MS、SH、White以及N6等,由于不同種類植物所需要的生長條件有所不同,有的培養基要作一些改良。一般草本植物選擇MS等培養基比較多,而木本植物可以選擇WPM等培養基。

                  2 植物組織培養的應用

                  近40年來,植物組織培養技術獲得了迅速發展,已經滲透到植物生理學、病理學、藥學、遺傳學、育種以及生物化學等各個研究領域,并廣泛應用于農業、林業、園藝、工業、醫藥業等多種行業,產生巨大的經濟效益和社會效益,被認為是一項很有潛力的高新技術。因此,植物組織培養的應用領域相當廣闊,歸納起主要有以下幾方面:

                  2.1 苗木的離體快繁

                  快速繁殖是組織培養在生產上應用廣泛、成功的一個領域。當前微繁主要的用途是替代傳統的營養繁殖方法以增加繁殖系數。學者在研究澳洲青蘋果(Granny smith)離體培養時發現,1個莖尖在8個月內就可以繁殖60000個以上蘋果枝條,任何傳統的無性繁殖方法都不能達到如此快的繁殖速度。用1個百合花種球作為實驗材料,利用離體微繁技術在6個星期內就能獲得8000個小種球,年繁殖率可達幾萬甚至上百萬倍,這樣可以節省常規營養繁殖所需的大量母株及因栽培和保持這些母株所需的土地和人力資源。另外,植物離體快繁也適合于一些價值較高的雜種植株的繁殖。

                  植物組織培養

                  2.2 培育無病毒植株

                  病毒能引起植物的嚴重病害,經過逐代傳遞和積累,危害日趨加重,可導致種性退化,嚴重時可使品種滅絕。莖尖分生組織不含病毒或濃度很低,通過莖尖的離體培養便可以獲得無病毒再生植株。Moral在1952年發現采用莖尖培養的方法可以從嚴重感染病毒的植株獲得無病毒苗,從此這方面的工作引起人們的高度重視,在許多植物上進行培育試驗也相繼獲得成功,莖尖培養開始成為解決病毒病害問題的重要途徑之一。目前國內外已通過莖尖培養的方法獲得大量甘薯、蘋果、月季、菊花、康乃馨等數百種經濟植物的脫病毒苗,減少或者消除了由病毒引起的植物病害。

                  2.3 在植物育種上的應用

                  植物組織培養在育種上的應用主要有單倍體育種、原生質體融合以及胚和胚乳的培養。我國在小麥、煙草、橡膠、柏樹、辣椒等植物的單倍體育種的工作處于靠前地位。原生質體融合技術在植物育種上有著較廣闊的應用前景,通過原生質體融合可以克服遠緣雜交不親和,獲得屬間甚至種間的雜交體細胞,產生新的植株品種,在生產上可產生巨大的經濟和社會效益。通過體細胞雜交技術已經獲得柑橘的抗寒、抗高溫和抗病的雜種植株。采用胚和胚乳的組織培養方式可以獲得3倍體新品種,縮短了育種周期,如柑橘、葡萄、西瓜、枸杞等,培育3倍體植株有非常重要的意義,可以打破種子休眠、克服遠緣雜交不親和、加快植株生長速度、增加生物產量等。

                  2.4 生產次生代謝產物

                  許多植物有用化合物是高等植物的次生代謝產物,次生代謝產物的藥用價值極高。但是,僅僅靠植物產生這些化合物產量非常限。利用組織培養方法培養植物的某些器官或愈傷組織,并篩選出高產、高合成能力、生長快的細胞株系,以進行工業化生產植物有用化合物,是一條行之有效的途徑。我國一些寶貴的藏藥材資源正瀕臨滅絕,采用植物組織培養的方法不僅提高了藥材產量,同樣使物種獲得保存。利用培養的人參懸浮細胞,來生產人參皂苷,已在日本等國家初具規模。

                  2.5 人工種子和種質保存

                  人工種子又稱人造種子,是指將植物組織培養產生的胚體或芽等包裹在含有養分和保護功能的凝膠膠囊內,形成類似于天然種子并可直接播種于大田的顆粒。人工種子有繁殖速度快、不受氣候影響等優點,具有較為顯著的經濟效益。在1975年提出離體保持植物種質資源的方法。對植物組織(如莖尖分生組織)及器官等進行離體超低溫保存,可以節省大量空間,避免受到病蟲害侵襲,并且易于國際間的交流。在適宜的條件下可迅速繁殖,再生出新的植株,并保持原來的遺傳特性,如在瀕危藏藥材的繁殖與保存中的應用。經低溫貯藏的物種,能夠保持穩定的遺傳性和較高的存活率。據報導,經過冷凍保存的胡蘿卜胚狀體,在保存一年之后仍具有再生成植株的能力。

                  植物組織培養

                  植物組織培養為林木育種、細胞生物學、生物工程等眾多領域提供了一種有效、快速的方法。在當今快速發展的社會中,各個領域都在尋求發展的快車道,那么植物組織培養也早已成為生命科學領域不可忽視的一部分。眾所周知,轉基因產品已經成為當今社會的熱議話題,而許多轉基因植物產生的前體就是建立其完善的組織培養體系。植物組織培養技術仍然處于發展階段,遠遠沒有到達它的高峰期,它的潛力還沒有獲得充分的發揮。相信在今后的幾十年,植物組織培養技術將會創造出更大的實用及經濟價值。

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