植物组织培养的研究现状

　　19世纪30年代，德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺创立了细胞学说，根据这一学说，如果给细胞提供和生物体内一样的条件，每个细胞都应该能够独立生活。1902年，德国植物学家哈伯兰特在细胞全能性的理论是植物组织培养的理论基础。1958年，一个振奋人心的消息从美国传向世界各地，美国植物学家斯蒂瓦特等人，用胡萝卜韧皮部的细胞进行培养，终于得到了完整植株，并且这一植株能够开花结果，证实了哈伯兰特在五十多年前关于细胞全能的预言。

　　根据植物细胞具有全能性这个理论，近几十年来发展起来的一项无性繁殖的新技术——植物的组织培养技术

　　植物组织培养即植物无菌培养技术，是根据植物细胞具有全能性的理论，利用植物体离体的器官如根、茎、叶、茎尖、花、果实等）组织（如形成层、表皮、皮层、髓部细胞、胚乳等）或细胞（如大孢子、小孢子、体细胞等）以及原生质体,在无菌和适宜的人工培养基及光照、温度等人工条件下，能诱导出愈伤组织、不定芽、不定根，后形成完整的植株的学科。

　　1植物组织培养的应用

　　1.1在植物育种上的应用

　　目前，国内外把植物组织培养已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。在单倍体育种方面，我国科学家做出了突出贡献。1974年就育成了世界上个作物新品种--单育1号烟草品种。随后又育成了中花8号水稻和京花1号、京单92-2097小麦等面积栽培的作物新品种，还获得了多种作物的大量花培新品系。河南省在花培育种方面卓有成效，培育出了花培28、花配2321、峡麦1号、豫麦1号、豫麦37号、花9、花特早、豫麦60号等优良品种(系)，已累计推广700多万亩，在全国名列前茅。

　　(2)胚胎培养在植物种间杂交或远缘杂交中，杂交不孕给远缘杂交带来了许多困难。而采用胚的早期离体培养可以使胚正常发育并成功地培养出杂交后代，可以通过无性系繁殖获得数量较多、性状一致的群体，胚培养已在50多个科属中获得成功。远缘杂交中，可把未受精的胚珠分离出来，在试管内用异种花粉在胚珠上萌发受精，产生的杂种胚在试管中发育成完整植株，此法称为“试管受精”。用胚乳培养可以获得三倍体植株，为诱导形成三倍体植物开辟了一条新途径。三倍体加倍后可得到六倍体，可育成多倍体新品种。

　　(3)细胞融合通过原生质体融合，可部分克服有性杂交不亲和性，而获得体细胞杂种，从而创造新种或育成优良品种，这是组织培养应用诱人的一个方面，目前已获得40余个种间、属间、甚至科间的体细胞杂种、愈伤组织，有些还进而分化成苗。目前，采用原生质体融合技术已经能从不杂交的植物中如番茄和马铃薯、烟草和龙葵、芥菜等获得属间杂种，但这些杂种尚无实际应用价值。随着原生质体融合、选择、培养技术的不断成熟和发展，今后可望获得更多有一定应用价值的经济作物体细胞杂种及新品种。

　　(4)基因工程用基因工程的方法，把目标基因切割下来并通过载体使外来基因整合进植物的基因组是完全有可能的，这项研究如果获得成功，将克服作物育种中的盲目性，而变成按人们的需要操纵作物的遗传变异，育成优良品种，目前这项研究刚刚起步，加上植物的遗传背景比原核生物更为复杂，因此，要用基因工程实现作物改良，以增加产量和改善品质，将是21世纪需要解决的一个问题。

　　(5)培养细胞突变体无论是愈伤组织培养还是细胞培养，培养细胞均处在不断分生状态，容易受培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生诱变，从中可以筛选出对人们有用的突变体，从而育成新品种。尤其对原来诱发突变较为困难、突变率较低的一些性状，用细胞培养进行诱发、筛选和鉴定时，处理细胞数远远多于处理个体数，因此一些突变率极低的性状有可能从中选择出来。例如植物抗病虫性、抗寒、耐盐、抗除草剂毒性、生理生化变异等的诱发，为进一步筛选和选育提供了丰富的变异材料。目前，用这种方法已筛选到抗病、抗盐、高赖氨酸、高蛋白、矮秆高产的突变体，有些已用于生产。

　　1.2 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多、有效的一个方面。很多农用物都带有病毒，特别是无性繁殖植物，如马铃薯、甘薯、草莓、大蒜等。但是，感病植株并非每个部位都带有病毒，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，再生的植株有可能不带病毒，从而获得脱病毒苗，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。目前组织培养在甘蔗、菠萝、香蕉、草莓等主要经济作物上已成功应用。取用的外植体已不仅限茎尖，其他如侧芽、鳞片、叶片、球茎、根等都可以应用。

　　由于组织培养法繁殖作物的突出特点是快速，因此，对一些繁殖系数低、不能用种子繁殖的“名、优、特、新、奇”作物品种的繁殖，意义更大。对于脱毒苗、新育成、新引进、稀缺育种、优良单株、濒危植物和基因工程植株等可通过离体快速繁殖，同时可不受地区、气候的影响，比常规方法快数万倍到数百万倍的速度扩大繁殖，及时提供大量优质种薯和种苗。马铃薯茎类脱毒、无毒种苗和微型脱毒种薯已在马铃薯生产上广泛应用，从根本上解决了马铃薯的退化问题。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。

　　1.3在遗传、生理、生化和病理研究上的应用。组织培养推动了植物遗传、生理、生化和病理学的研究，已成为植物科学研究中的常规方法。花药和花粉培养获得的单倍体和纯合二倍体植株，是研究细胞遗传的极好材料。在细胞培养中很容易引起变异和染色体变化，从而可得到作物的附加系、代换系和易位系等新类型，为研究染色工程开辟新途径。

　　细胞培养和组织培养为研究植物生理活动提供了一种极有力的手段。植物组织培养工作曾在矿质营养、有机营养、生长活性物质等方面开展了很多研究，有益于了解植物的营养问题。用单细胞培养研究植物的光合代谢是非常理想的，近年来，光自养培养研究也是十分有效的。在细胞的生物合成研究中，细胞组织培养也极为有用，如查明了烟碱在烟草中的部位等。细胞培养为研究病理学提供了方便，如植株的抗病性就可以单细胞或原生质体培养进行鉴定，几天之内就可以得到结果。

　　2植物组织培养过程中存在的问题

　　2.1组织培养技术尚不完全成熟，组织培养投入成本较高、效益较低。目前，我国的组织培养技术相对于国外来说，还只是边搜索边应用的阶段，一些组织培养关键的技术问题尚未能克服，如组织培养苗的污染、褐化、玻璃化问题以及繁殖系数较低等技术未能达到理想效果，有些国内外热销和名贵的植物品种因技术体系不完全成熟而不能进行规模化生产。同时由于植物组织培养生产要求组织培养设施、仪器设备较完备，需较大投资，在生产过程中水电费用高，生产效益较低。我国组织培养产业的研究和发展还有待进一步加强。

　　2.2组织培养技术和管理人员较少。在农业发达的国家和地区，组织培养技术人员都是经过严格培训出来的，多者培训十几年，少的也有几年培训；而我国除少部分组织培养技术人员有机会接受技术培训外，大多数从事组织培养的人员都没有机会培训，也别是能出国接受培训得人微乎其微。在组织培养产业中，很多参与组织培养厂管理和技术工作的人员都是工作后才真正接触组织培养，边工作边学习，而少量专门从事组织培养研究的专家确不能直接参与生产和管理，使得技术和管理不能有机的结合，从而影响了其产效。这些状况影响了我国组织培养技术的研究和发展进程。

　　2.3组织培养设施系统较落后，国际竞争力较弱。国外新型工厂化组织培养苗的生产，从培养基的制备、消毒、存储和植物的接种、培养、观察等都是在无菌工作间进行的，这样大大的降低了污染率，提高了工作效率；而在国内，由于资金有限，除了在接种台上必需的无菌操作外，其他的都是在自然空气中，加之培养室环境控制不号，故污染率较高。在培养方式方面，发达国家采用穴盘纤维营养液无糖培养方式，有效地降低了成本，其培养室内的光照、光质、光周期、温湿度、二氧化碳浓度等全部采用自动控制，而我国多数还是采用基质容器的粗放培养。在日本等国家接种上已投入能分清材料好坏的机器人操作，但我国至今还是人工接种。这些因素影响了我国组织培养产业的国际竞争力。

　　3植物组织培养的发展前景。目前，生物技术正在世界突飞猛进地发展，而且在医学、农业、食品工业、能源工业、环境保护各个领域显示出极大的生产潜力。作为生物技术有力手段的组织培养，也日益受到重视，组织培养在农林作物的脱毒快繁、突变诱发、细胞工程和基因工程等方面都可以发挥作用，在未来的国际竞争中和在组织培养苗品种、生产技术、经营管理、市场流通等方面逐步缩小与组织培养业行业的差距，逐步与国际市场接轨，从而为发展我国现代农业提供可靠的技术支撑。