浅谈植物组织培养的发展与应用

摘要：本文主要阐述了植物组织培养的发展以及在快繁、脱毒、育种、次生代谢物的产生、种质资源保持、人工种子、观赏组培等方面的应用。

关键词：组培；发展；应用

中图分类号：Q943.1 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2013）-06-0132-2

0 引言

植物组织培养是植物生物技术的重要组成部分和基本研究手段，已渗透到生物学科的各个领域，在植物的快繁、脱毒、植物育种、种质资源的保存和次生代谢物的生产等领域发挥着巨大的作用，产生了巨大的经济效益和社会效益，是现代生物学科中最有生命力的学科之一。

1 植物组织培养概念

植物组织培养即植物的离体培养，是指在无菌和人工控制的环境条件下，利用适当的培养基，对离体的植物器官、组织、细胞及原生质体进行培养，使其生成完整植株的技术。植物组织培养广义上是指对植物的植株、器官、组织以及原生质体进行培养的技术；狭义上是指对植物的组织及培养产生的愈伤组织进行培养的技术。

2 植物组织培养的发展

2.1 植物组织培养的发展历史

1838～1839年德国的植物学家T.Schleidon和动物学家T.Schwann提出细胞学说。1902年德国的植物学家Haberlandt提出：高等植物的器官和组织，具有植物细胞全能性。1904年Hanning在无机盐和蔗糖溶液中对萝卜和辣根菜的胚进行培养，发现离体胚可以发育成熟，并提前萌发成小苗。1937年White发现了B族维生素，建立了第一个由已知化合物组成的培养基，该培养基被定名为White培养基。同时法国的Gautherer和Nobecourt也发现了B族维生素的重要性，三个人被誉为植物组织培养学科的奠基人。1952年Morel和Martin通过茎尖分生组织的离体培养，从已受病毒侵染的大丽花中首次获得脱毒植株。1953～1954年Muir利用震荡培养和机械方法获得了万寿菊和烟草的单细胞，实施了看护培养，使单细胞培养获得了成功。1957年Skoog和Miller提出生长素和细胞分裂素控制器官形成。1958年英国学者Steward通过体细胞胚胎发生途径获得了人工体细胞胚，这一实验证实了Haberlandt的细胞全能性理论。到20世纪60年代组织培养进入快速发展阶段，在基础理论、实际操作方面不断取得进展，比如在植物体细胞杂交、单倍体育种、种质资源保存、快速育苗、人工种子制造、次生代谢物生产等方面取得了可喜的成果。

2.2 植物组织培养发展现状

2.2.1 国内的研究发展现状 我国的组织培养与国外相比起步相对较晚，但发展却比较快。20世纪70年代我国掀起了单倍体育种的高潮，在作物育种上取得了一些实用性的成果。据不完全统计，自1974年我国科学家通过花药培养育成了世界上第一个作物新品种——烟草单育一号，目前我国用花药或花粉育出的植物已超过22科52属160种。

目前我国组培已经进入了生产阶段，实现了花卉、果树、蔬菜等100多个品种的工厂化生产。花卉出口年创汇达8000多万美元。重点组培公司与实验室有：云南省农科院园艺所花卉研究中心，广州花卉研究中心，中国科学院与广东新会、顺德两地有关科研单位合作建立的香蕉试管苗厂、广西农业科学院所属的广西植物试管苗有限公司等等。

2.2.2 国外植物组织培养的研究发展现状 国外的组培发展的比较快，20世纪70年代在美国形成了兰花产业。欧洲很多国家建立了组培公司生产经济价值较高的观赏类植物。80年代后，以商品为目的的组培苗生产量以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%，整个西欧年产组培苗达2亿多株。

世界知名的组培公司与实验室有：以色列的SHEM、Benzur苗圃，美国Ball园艺公司、IVerson植物园、Wyford国际公司，印度AVT生物技术实验室、Harrisons Malayalam有限公司，马来西亚的热带实验室与温室苗圃，等等。近年来由于受到高昂劳动力成本的制约，该产业在发达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 植物组织培养的应用

3.1 植物的快繁

快繁是植物组织培养应用最为广泛的一项技术，主要应用于那些通过其他方式不易繁殖，或繁殖率较低的植物的繁殖。由于快繁主要利用植物的茎尖、茎段、叶片等为材料进行培养的，操作技术比较容易掌握，繁殖率高。20世纪80年代在世界上兴起利用植物组织、细胞培养了一种新兴的产业。据报道全球有1000多家组培公司，美国有100多家兰花组培公司，年产值5000～6000万美元。例如美国的Wyford国际公司设有4个组培室，每年培养的组培苗有3000万株，研究和培育的新品种1000多个。

3.2 脱毒苗的培育

植物脱毒常常是和植物快繁结合在一起应用的。植物在生长发育过程中几乎都要遭受到病毒的侵染，特别是无性繁殖的植物，感染病毒后会代代相传。解决这种问题的方法只有进行脱毒培养。在植物体内病毒分布并不均匀，在茎尖0.1～1mm的部位含量比较低或者不含有，在无菌条件下对茎尖进行培养可以获得无病毒植株。植株脱除病毒后恢复植物的优良性状，生长势增强了，产量提高，品质得到改善。如大蒜脱除病毒后蒜头直径由4.7cm增加到7.2cm。马铃薯脱除病毒后亩增产50%～100%。近两年脱毒的种薯已在主产区普及，推广面积达11.3万hm2，而且在日本、荷兰、越南等国也已大面积应用。

3.3 培育新品种

植物组织培养为育种提供了新手段和方法。

（1）单倍体育种。单倍体植株可通过花药或花粉离体培养获得。由于单倍体植株不能结实，需要用秋水仙素处理使染色体加倍成为二倍体，与常规的育种方式相比可缩短育种年限，加快育种进程。

（2）胚培养。胚培养是植物组培中最早获得成功的技术。在远源杂交中常导致杂交不孕，使得种间或种以上的远缘杂交很难成功，采用胚培养可以使自然条件下早夭的杂交胚正常发育，从而培育新品种。目前胚培养已在50多个科属中获得成功。利用胚乳培养还可获得三倍体植株，通过染色体加倍可获得六倍体，培育一些生长旺盛、果实大的多倍体植株。此外还可以通过胚状体的产生，进行人工种子的繁育。

（3）细胞融合。通过原生质体的融合，可部分克服有性杂交不亲和性获得体细胞杂交种，创造新物种或优良品种。目前已获得40多个种间、属间甚至科间的体细胞杂种植株或愈伤组织。

（4）选择细胞突变体。离体培养的细胞处于不断分裂的状态，容易受到外界环境条件的影响而发生变异。从中可以选出对人们有益的突变体，进而培育成新品种。目前通过这种方法获得的抗病虫、抗盐、高赖氨酸的突变体，有些已经应用于生产。

（5）植物基因工程。植物基因工程是指利用重组DNA技术、细胞组织培养技术，将外源基因导入植物细胞或组织中，使遗传物质定向重组，从而获得转基因植物的技术。该技术课培育高产优质的作物新品种，缩短了育种年限，提高了工作效率，为人类开辟了一条新的育种途径，目前通过这种方法获得的转基因作物已经有上百种。

3.4 次生代谢物的生产

利用组织或细胞的大规模培养，可以生产人类需要的次生代谢物。次生代谢物的种类很多，主要分为萜类化合物、酚类化合物和含氮化合物三大类。迄今为止，大约有500多种植物的培养中获得了600多种有效次生代谢物，包括一些重要的药物。而有60多种植物通过组培获得的有效物质的含量超过原有植物。目前，世界75%人口依赖次生代谢物作为药物，如三七、紫杉醇、生物碱等。

3.5 人工种子

人工种子是由美国生物学家Murashige首先提出来的，是指植物离体培养中产生的胚状体或不定芽，被包裹在含有养分和保护功能的人工胚乳和人工种皮中。人工种子技术是在组织培养的基础上发展起来的新兴生物技术，具有工厂化大规模制备、储藏和迅速推广而且种子的萌发率高等优点。目前在兰花、胡萝卜、小麦、杂交水稻等人工种子已进入开发阶段，可以实现工厂化、自动化生产。

3.6 种质资源的离体保存

种质资源是农业生产的基础，由于自然灾害、人为活动已造成相当数量的植物消失或正在消失，特别是具有独特遗传性状的物种。长期以来，种质资源大多数是以种子的形式保存下来的，但随着时间的延长种子生活力下降，并受到病虫害的侵扰；杂交种子的性状分离，导致遗产不稳定。还有些植物没有种子，只能进行栽培保存，需要耗费大量的人力、物力和财力。如果采用组培的方式，将种质资源的外植体放到无菌环境中进行培养，并置于低温或超低温条件下保存则可以达到长期保存的目的。

离体保存的种质资源无菌、材料小、便于地区间和国际间进行交流、转移，给保存和挽救有用基因带来了希望。如草莓茎尖在4℃黑暗条件下，茎培养可以保存生活力达6年，只需每三个月加入些新鲜培养液。目前很多地方建立了植物种质资源保存设施。

3.7 观赏组培

观赏组培是指在透明的塑料瓶中培养生长势慢，可观叶或观根的植物，有些是可以开花的植物，例如“手指玫瑰”。并将培养瓶做成各种个性十足的流行款式，使培养基着上各种鲜艳的颜色，更具有观赏价值，可作为室内装饰或手机、钥匙的装饰物。

4 前景展望

植物组织培养应用虽然非常广泛，但是也存在着缺点，比如成本高、技术复杂等问题。但随着科学技术的发展，培养技术的不断完善，同时对组培中出现的问题不断研究，使之最小化。同时根据我国农业发展情况，吸取国外的先进组培经验和成果，积极发展我国的组培业，建立半自动化、专业化的组培工厂，培育一些“名、优、新、奇、特”的植物。在实践中培育一批专业的生产、技术及管理人才，形成自己的特色和生产格局，在未来的竞争中逐步缩短与发达国家的差距。从而为我国农业的发展提供可靠的技术指导。

参考文献

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