超低溫處理植物脫毒研究

1、超低溫處理植物脫毒研究進(jìn)展超低溫處理植物脫毒研究進(jìn)展 演講人XXX文章綜述文章綜述植物病毒素有植物癌癥之稱(chēng)，在植物體內(nèi)通過(guò)微植物病毒素有植物癌癥之稱(chēng)，在植物體內(nèi)通過(guò)微 管組織和胞間連絲進(jìn)行管組織和胞間連絲進(jìn)行擴(kuò)散，干擾植物的新陳代謝、擴(kuò)散，干擾植物的新陳代謝、 降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì)、甚至導(dǎo)致植物死亡。降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì)、甚至導(dǎo)致植物死亡。但農(nóng)作但農(nóng)作 物感染病毒物感染病毒的現(xiàn)的現(xiàn)象非常普遍，自從象非常普遍，自從1892 年俄國(guó)微生物年俄國(guó)微生物 學(xué)家學(xué)家Dimini Iwanowsky 發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒以來(lái)，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒以來(lái)，人類(lèi) 發(fā)現(xiàn)的植物病毒已多達(dá)近千種。發(fā)現(xiàn)的植物病毒已多達(dá)近千

2、種。全球每年因植物全球每年因植物 病毒造成的經(jīng)濟(jì)損失約病毒造成的經(jīng)濟(jì)損失約600億美元。植物病毒已成億美元。植物病毒已成 為降低農(nóng)為降低農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因素之一。作物產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因素之一。 Brison 等等 人人 于于 1997 年年 利利 用用 超超 低低 溫溫 處處 理理 （Cryotherapy）成功脫除李痘病毒（）成功脫除李痘病毒（PPV），脫毒率），脫毒率50%， 是莖尖是莖尖剝離脫毒率剝離脫毒率19%的的2.5倍，標(biāo)志著超低溫處理倍，標(biāo)志著超低溫處理 方法的確立。其后又經(jīng)過(guò)多年方法的確立。其后又經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，最終形成了現(xiàn)代的植物脫毒技術(shù)。的發(fā)展，最終形成了現(xiàn)代的植物脫

3、毒技術(shù)。為為 此，作者就超低溫處理技術(shù)進(jìn)行綜述，以增加人們對(duì)此，作者就超低溫處理技術(shù)進(jìn)行綜述，以增加人們對(duì) 該技術(shù)的認(rèn)識(shí)，該技術(shù)的認(rèn)識(shí)，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了簡(jiǎn)要探討。并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了簡(jiǎn)要探討。 主要技術(shù)主要技術(shù) 超低溫處理 莖尖剝離 熱處理 植物病毒 脫毒 超低溫處理的原理超低溫處理的原理上世紀(jì)上世紀(jì)50年代，人們發(fā)現(xiàn)病毒在植物體內(nèi)呈不年代，人們發(fā)現(xiàn)病毒在植物體內(nèi)呈不 均勻分均勻分布，頂端分生組織不含或只含有少量病毒布，頂端分生組織不含或只含有少量病毒18，19， 將該將該部位組織進(jìn)行培養(yǎng)能夠獲得脫毒的植株部位組織進(jìn)行培養(yǎng)能夠獲得脫毒的植株超低溫處理是利用液氮超低溫（超低溫處理是利用液氮超

4、低溫（-196）對(duì)植物）對(duì)植物 細(xì)胞細(xì)胞的選擇性殺傷，得到存活的頂端分生組織的選擇性殺傷，得到存活的頂端分生組織15，20。 分生組織細(xì)胞能夠分裂和分生組織細(xì)胞能夠分裂和 自我更新，具有：排列緊密、自我更新，具有：排列緊密、體積小、立方形、核質(zhì)比體積小、立方形、核質(zhì)比 高、細(xì)胞質(zhì)濃稠、無(wú)成熟液泡高、細(xì)胞質(zhì)濃稠、無(wú)成熟液泡的特點(diǎn)。這樣的細(xì)胞自的特點(diǎn)。這樣的細(xì)胞自 由水含量低，在超低溫環(huán)境中細(xì)由水含量低，在超低溫環(huán)境中細(xì)胞質(zhì)保持無(wú)定形狀胞質(zhì)保持無(wú)定形狀 態(tài)，或產(chǎn)生不會(huì)造成細(xì)胞死亡的微小態(tài)，或產(chǎn)生不會(huì)造成細(xì)胞死亡的微小冰粒，從而存活。冰粒，從而存活。 是由于超低是由于超低 溫處理對(duì)細(xì)胞的選擇性殺傷，

5、保留頂端分溫處理對(duì)細(xì)胞的選擇性殺傷，保留頂端分生組織，殺生組織，殺 傷含有病毒的其他細(xì)胞，所以經(jīng)超低溫處理傷含有病毒的其他細(xì)胞，所以經(jīng)超低溫處理繁殖而來(lái)繁殖而來(lái) 的植株很可能是脫毒的。的植株很可能是脫毒的。注：AD：頂端分生區(qū)；1-5：第一到第五葉原基；圖 中紫色部分顯示SPCSV侵染區(qū)域。 注：A：未經(jīng)超低溫處理的莖尖；B：超低溫處理 后，經(jīng)過(guò)一天復(fù)蘇培養(yǎng)的莖尖；AD：頂端分生區(qū)；LP1： 第一葉原基；LP2：第二葉原基；箭頭所指為細(xì)胞核清 晰可見(jiàn)的活細(xì)胞。 超低溫處理的優(yōu)勢(shì)超低溫處理的優(yōu)勢(shì) 脫毒率不受莖尖大小的限制，操作簡(jiǎn)便易于推廣 。莖尖剝離受到莖尖大小的限制，存在脫毒率與成 活率之間的

6、矛盾。莖尖越小脫毒率越高，但是成活率 越低；反之亦然。無(wú)論莖尖取的大還是小，能夠在超 低溫處理后存活的細(xì)胞都只是頂端分生組織細(xì)胞和 部分葉原基細(xì)胞，所以超低溫處理不受莖尖大小的限 制。 實(shí)驗(yàn)周期短，實(shí)驗(yàn)成本低 。莖尖剝離存在脫毒率與成活率之間的矛盾，所以 現(xiàn)在常用的方法是熱處理結(jié)合莖尖剝離。熱處理通常需要3040天，這必然使實(shí)驗(yàn)成本提高，室驗(yàn)周期增長(zhǎng)。 脫毒率高；超低溫處理存活的只是分生區(qū)和部分幼 嫩葉原基細(xì)胞。 表表1 不同脫毒方法實(shí)驗(yàn)周期比較不同脫毒方法實(shí)驗(yàn)周期比較超低溫處理的不足超低溫處理的不足 種間差異大，針對(duì)不同品種需要分別建立超低溫脫 毒體系：植物品種不同，其組織特性、含水量、以及

7、對(duì)超低 溫的耐受程度必然有所不同。這就要求超低溫處理 實(shí)驗(yàn)針對(duì)不同植物品種分別建立合適的實(shí)驗(yàn)程序。 莖尖成活率低:超低溫然對(duì)莖尖造 成傷害且延長(zhǎng)了莖尖復(fù)蘇所用的時(shí)間；干燥莖尖所使用的玻璃化溶液含有聚乙二醇和 二甲基亞砜（DMSO），這兩種藥品對(duì)植物細(xì)胞有毒性 作用。超低溫處理實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)介超低溫處理實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)介 （1）以 帶毒的植物為材料進(jìn)行組織培養(yǎng)建立試管苗體系； （2）以機(jī)械切割的方式獲得植物莖尖； （3）對(duì)莖尖進(jìn)行 處理以增強(qiáng)其對(duì)干燥和超低溫的耐受能力（通常是將 莖尖培養(yǎng)于含有高濃度蔗糖的培養(yǎng)基上，使其脫水）； （4）干燥莖尖以增強(qiáng)其對(duì)超低溫的耐受力（如，無(wú)菌風(fēng) 干燥或玻璃化處理）； （5）液氮超低溫處理（將莖尖置 于液氮中）； （6）莖尖復(fù)蘇及再生； （7）再生植株的繼代 繁殖及相關(guān)檢測(cè)； （8）得到無(wú)毒的健康植株展展 望望 超低溫處理憑借其諸多優(yōu)勢(shì)很可能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 莖尖剝離成為新一代植物脫毒技術(shù)。 理論上，只要能利用超低溫保存保存 種質(zhì)的植物都可以用超低溫處理進(jìn)行脫毒，經(jīng)超低溫處理成功脫毒的健康植物材料還可 以利用實(shí)驗(yàn)篩選得到的超低溫保存條件進(jìn)行健康 種質(zhì)的長(zhǎng)期保存