第一章-植物組織培養(yǎng)的基礎理論與基本知識

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)的基礎理論與基本知識目的要求： (1) 掌握組織培養(yǎng)的概念和類型； (2) 掌握組織培養(yǎng)的特點； (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)實踐上的應用。 第一節(jié) 植物組織培養(yǎng)的基本概念及類型一、植物組織培養(yǎng)的概念植物組織培養(yǎng)（tissue culture）指在無菌條件下，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、髓部細胞、胚乳等）、細胞（如大孢子、小孢子及體細胞）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。亦可稱為無菌培養(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)過程中，有植物體上切取的根、莖、葉、花、果實、種子等器官以及各種組織和細胞統(tǒng)稱為外植體。愈傷組織：植物局部創(chuàng)傷后或在組織培養(yǎng)中，當已分化的細胞恢復了細胞分裂能力，而增殖形成的無組織結(jié)構(gòu)、無器官分化的薄壁細胞團。在組織培養(yǎng)中，先由外植體增殖產(chǎn)生，在一定條件下，對它經(jīng)過一段時間培養(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、成熟之后沒有胚乳，需要與某些真菌共生，由真菌提供營養(yǎng)才能萌發(fā)，在自然條件下，萌發(fā)率很低。早期通過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，后來發(fā)現(xiàn)在人工培養(yǎng)基上，只要營養(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，由一個好的莢果播種后兩個月左右可產(chǎn)生數(shù)萬個小圓球莖，經(jīng)過一個月分瓶后，就可以進行育苗，大約3個月后即可得到大量可移栽的試管苗。無菌播種已是各個大型蝴蝶蘭生產(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菌培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)，也稱為植物離體培養(yǎng)。例如馬鈴薯、蘭花、麗格海棠。3.離體胚培養(yǎng)將分化過程中成熟

4、或未成熟的胚取出進行培養(yǎng)。4.細胞培養(yǎng)將外植體接種在人工培養(yǎng)基上，由于植物生長調(diào)節(jié)劑的存在，而其細胞脫分化形成愈傷組織，然后通過再分化形成再生植株。它是最為常見的。5.原生質(zhì)體培養(yǎng) 原生質(zhì)體培養(yǎng)是指將植物細胞的細胞壁通過機械、物理或化學的方法去除，然后再進行培養(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、細胞組織培養(yǎng)等技術(shù)，將外源基因?qū)胫参锛毎蚪M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)化實踐證明，外源基因可以通過不同的轉(zhuǎn)化方法進入植物基因組進而整合并表達，迄今獲得成功轉(zhuǎn)化的植物已超過120種。隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)在作物品種改良、抗病蟲害育種和植物醫(yī)藥工程等領域的廣泛應用。第二節(jié) 植物組織培養(yǎng)的生理依據(jù)一、植物細胞全能性細胞全能性(cell totipotency)：植物體的每一個細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.細胞全能性的認識過程 1902年，德國植物學家Haberlandt在自然界再生作用的啟迪下，提出假說。 1958年，由Steward等

6、人證明：胡蘿卜細胞（一小塊愈傷組織）在適宜的條件下（液體懸浮培養(yǎng)）下會形成體細胞胚（胚狀體），其發(fā)育階段與合子胚相似，最后形成小植株。此后又證實了胡蘿卜單一的細胞（不必依賴于其他細胞的參與）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.植物細胞全能性的概念： 植物細胞具有該植物體全

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。兩個含義：1）植物細胞無論是體細胞還是生殖細胞，均具有該物種全部的遺傳信息。2）每個植物細胞均具有發(fā)育成完整植物體的潛在能力。u 為什么植物細胞具有“全能性”，而動物細胞不表現(xiàn)“全能性”呢可能與動物、植物在營養(yǎng)需要、代謝類型和發(fā)育方式上的不同有著密切的關(guān)系。（1）動物、植物在營養(yǎng)需要上的不同植物是自養(yǎng)的，可以進行光合作用，還可以選擇性吸收各種無機營養(yǎng)和水分。動物所需要的養(yǎng)分和水分，完全是由外界供給的。植物是自養(yǎng)的，它僅要求簡單的無機營養(yǎng)并可通過自身的光合作用制造有機營養(yǎng)。動物除要求無機營養(yǎng)外，還要求供給復雜的大分子有機

8、營養(yǎng)。（2）動物、植物的代謝類型不同植物養(yǎng)分及水分的吸收和運輸，依靠簡單的輸導組織，運往身體各個部位，由韌皮部將光合產(chǎn)物運往植物體內(nèi)各個部位。動物攝入各種有機、無機營養(yǎng)和水分后，要通過各種復雜的系統(tǒng)送往全身。植物可以吸收稀薄的養(yǎng)分，進行自身濃縮來滿足植物體生長發(fā)育的需要。動物是在濃縮的環(huán)境中生活，不滿足這種條件，動物的生長發(fā)育就會受到影響。（3）動物、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，是無限的。動物器官建成是在發(fā)育的早期階段，一次發(fā)育形成不能重復。植物胚胎是通過胚柄與母體相連，通過胚柄吸收營養(yǎng)，同時還通過吸收胚乳的營養(yǎng)來發(fā)育。動物胚胎是通

9、過胎盤與母體相連，通過血液循環(huán)吸收營養(yǎng)。二、植物細胞分化和脫分化1.植物細胞的分化 細胞分化現(xiàn)象普遍存在于植物界。 細胞分化：由于細胞的分工而導致的細胞結(jié)構(gòu)和功能的改變，或發(fā)育方式永久性改變的過程。 細胞分化的結(jié)果：導致形態(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)：表皮細胞排列整齊，沒有細胞間隙，形狀扁 平，細胞壁薄，不具有葉綠體；功能是選擇無機營養(yǎng)和水分。葉結(jié)構(gòu)：表皮細胞外壁，由一層脂肪性物質(zhì)組成的角質(zhì)層所覆蓋；氣孔由一對新月型細胞構(gòu)成，葉肉細胞位于表皮和皮層之間，排列整齊，細胞內(nèi)含由葉綠體；功能是進行光合作用，合成有機營養(yǎng).細胞的結(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 分子遺傳學觀念如何解釋細胞分化 植物個體發(fā)育的過程，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，當同一個基因型的細胞合成不同酶和蛋白質(zhì)時，即出現(xiàn)細胞的分化。2.植物細胞的脫分化和再分化脫分化：失去分裂能力的細胞回復到分生性狀態(tài)并進行分裂，形成無分化的細胞團即愈傷組織的現(xiàn)象。再分化：由無分化的愈傷組織的細胞再轉(zhuǎn)變成為具有一定結(jié)構(gòu)，執(zhí)行一定生理功能的細胞團和組織，構(gòu)成一個完整的植物體或植物器官的現(xiàn)象。三、細胞再分化和形態(tài)（器官、胚）建成1.再分化實現(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，進一步發(fā)育成完整植物體的過程。再分化脫分化離體的植物器官、組織、細胞 愈傷組織 根、芽 植株胚狀體 游離單細胞或原生質(zhì)體人工種子 胚狀體植株胚狀體：對應于種子胚而言。在離體培養(yǎng)過程中產(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.植物細胞脫分化和再分化的條件1）植物細胞的機械隔離和生理隔離 由切割而造成的機械和生理隔離對細胞脫分化、再分化是十分重要的，也可以說是植物細胞全能性表現(xiàn)的重要措施。2）植物激素的作用植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)對于植物細胞組織的分化和決定具有關(guān)鍵性作用。它包括：生長素類、細胞分裂素類、赤霉素、脫落酸、乙烯等生長素類主要用于愈傷組織的形成，體細胞胚的產(chǎn)生及試

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

13、的意義及應用一、植物組織培養(yǎng)的意義 在生產(chǎn)應用上和理論研究上，具有十分重要的意義。組織培養(yǎng)是本世紀發(fā)展起來的一門新技術(shù)，由于科學技術(shù)的進步，尤其是外源激素的應用，使組織培養(yǎng)不僅從理論上為相關(guān)學科提出了可靠的實驗證據(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)上越來越得到廣泛的應用。二、植物組織培養(yǎng)的特點1.研究材料單一，無性系遺傳信息相同；2.經(jīng)濟方便，效率高；3.培養(yǎng)條件可控，可周年實驗或生產(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)境條件下進行生長，擺脫了大自然中四季、晝夜的變化以及災害性氣候的不利影響，且條件均一，對植物生長極為有利，便于穩(wěn)定地進行周年

14、培養(yǎng)生產(chǎn)。4.生長快，周期短，重復性強；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，因此生長較快。另外，植株也比較小，往往20-30d為一個周期。所以，雖然植物組織培養(yǎng)需要一定設備及能源消耗，但由于植物材料能按幾何級數(shù)繁殖生產(chǎn)，故總體來說成本低廉，且能及時提供規(guī)格一致的優(yōu)質(zhì)種苗或脫病毒種苗。5.管理方便，利于自動化生產(chǎn)。植物組織培養(yǎng)是在一定的場所和環(huán)境下，人為提供一定的溫度、光照、濕度、營養(yǎng)、激素等條件，極利于高度集約化和高密度工廠化生產(chǎn)，也利于自動化控制生產(chǎn)。它是未來農(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、蟲害等一系列繁雜勞動，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)中的應用植物組織培養(yǎng)成為生物科學的一個廣闊領域，除了在基礎理論的研究上占有重要地位以外，還在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也得到越來越廣泛的應用。1.優(yōu)良品種的快速繁殖用植物組織培養(yǎng)的方法進行快速繁殖(rapidpropagation)是生產(chǎn)上最有潛力的應用，包括花卉觀賞植物、蔬菜、果樹、大田作物及其他經(jīng)濟作物。快繁技術(shù)不受季節(jié)等條件的限制，生長周期短，而且能使不能或很難繁殖的植物進行增殖?？焖俜敝晨捎孟铝惺侄芜M行：通過莖尖、莖段、鱗莖盤等產(chǎn)生大量腋芽；通過根、葉等器官直接誘導產(chǎn)生不定芽；通過愈傷組織培養(yǎng)誘導產(chǎn)生不定芽。試管

16、快速繁殖應用在下列生產(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，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)點是“快”，通過這一方法在較短時期內(nèi)迅速擴大植物的數(shù)量，以一個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過程中幾乎都要遭受到病毒病不同程度的危害，有的種類甚至同時受到數(shù)種病毒病的危害，尤其是很多園藝植物靠無性

17、方法來增殖，若蒙受病毒病，代代相傳，越染越重，甚至會造成極嚴重的后果。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。對于木本植物，莖尖培養(yǎng)得到的植株難以發(fā)根生長，則可采用莖尖微體嫁接的方法來培育無病毒苗。 組織培養(yǎng)無病毒苗的方法已在很多作物的常規(guī)生產(chǎn)上得到應用，如馬鈴薯，甘薯，草莓，蘋果，香石竹，菊花等。而且已有不少地區(qū)建立了無病毒苗的生產(chǎn)中心，這對于無病毒苗的培養(yǎng)、鑒定、繁殖、保存、利用和研究，形成了一個規(guī)范的系統(tǒng)程序，從而達到了保持園藝植物的優(yōu)良種性和經(jīng)濟性狀

18、的目的。3.體細胞無性系變異和新品種培育植物組織培養(yǎng)過程中往往存在大量的變異，這種變異稱為體細胞無性系變異。具有如下特點：1.變異的無方向性：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)的各個時期。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，體細胞無性系變異廣泛而普遍。且易于獲得純合個體。3.植物體細胞無性系變異的類型：一類為可遺傳變異，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Ａ硪活愂遣豢蛇z傳的變異，為生理型變異。往往是由于培養(yǎng)過

19、程中外加的激素及其它化學物質(zhì)的刺激引起。如葉形、育性等。4.引起植物體細胞無性系變異的原因：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)細胞發(fā)生染色體數(shù)量變化。隨培養(yǎng)時間的延長，染色體變異頻率升高，變異的性狀和范圍手擴大。5.植物體細胞無性系變異的利用價值及途徑：它是一種重要的遺傳變異來源，是一種重要的遺傳資源。對于育種有重要的應用價值。u 單倍體育種花藥、花粉的培養(yǎng)在蘋果、柑橘、葡萄、草莓、石刁柏、甜椒、甘藍、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.基因工程應用基因工程，就是用改變生物遺傳的方法，獲得新的遺傳個體，從而改變物種或產(chǎn)生新物種。按照人們預先設計的藍圖，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)入動物或植物，使其表達出原來沒有的某種新性狀，由此而得到的新型生物便稱為轉(zhuǎn)基因動物或轉(zhuǎn)基因植物。動物轉(zhuǎn)基因重組初顯端倪。中國科學家已成功地通過外源基因移植，將牛、羊的生長激素基因?qū)膈庺~的受精卵中，獲得第一代轉(zhuǎn)基因魚。在此基礎上，又將從大馬哈魚中提取的生長激素基因?qū)膈庺~，培育出世界上第一代“全魚轉(zhuǎn)基因魚”。其生長速度比普通鯉魚要快好幾倍，而且體軀

21、很大，滋味鮮美。世界科學家已在54種植物中試驗轉(zhuǎn)基因成功。糧食作物如水稻、玉米、馬鈴薯，經(jīng)濟作物如棉花、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、抗蟲害、抗除草劑等有實用價值的基因轉(zhuǎn)入部分農(nóng)作物。細胞工程是將一種生物細胞中攜帶遺傳信息的細胞核或染色體整個地轉(zhuǎn)移給另一種生物細胞，使新細胞產(chǎn)生具有人們所需要的新功能，從而改變體細胞的遺傳性狀，廣義地講，也包括細胞核和卵移植、動物和植物組織培養(yǎng)技術(shù)等。美國科學家采用細胞融合技術(shù)將番茄和馬鈴薯的細胞融合在一起，培育出稱之為“番茄薯”或“薯番茄”的新型植物。植株地上部結(jié)番茄，地下部生長根莖，產(chǎn)量高，品質(zhì)好。獲得成功的屬間體細胞雜

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。中國科學家利用細胞融合技術(shù)已培育出普通煙草與黃花煙草、普通煙草與粉藍煙草、煙草與矮牽牛、煙草與天仙子等種間和屬間體細胞雜種植株，為遠緣雜交育種開辟了新途徑。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：（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，可常年進行保存。（4）不愛昆蟲、病毒和其他病原體的影響。（5）有利于國際間的種質(zhì)交換與交流。四、植物組織培養(yǎng)在化工業(yè)、醫(yī)藥業(yè)的應用     

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

24、，原來每畝要用蔗種0.51噸，用組織培養(yǎng)快速繁殖的幼苗進行栽培可節(jié)省大量蔗種。又如貝母繁殖率非常低，而用組織培養(yǎng)分化出的三個月左右的鱗莖，其大小就相當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、生長條件、收獲時間及貯藏和運輸?shù)纫蛩厮绊?，如果能采用類似培養(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，這對生長條件要求嚴格、生長緩慢、產(chǎn)量低、價值貴重的植物藥更有意義。如近年來已大量培養(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)化的途徑是當前藥物生產(chǎn)的一個新方向，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)法來代替全植物提取有效成分，這項工作將是未來研究植物藥的中心課題之一。目前中國有關(guān)單位已成功地將麥角菌、靈芝、猴頭菇等真菌進行工業(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)在中草藥方面應用的前途是無限廣闊的，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題，而且一旦工業(yè)化生產(chǎn)問題得到解決，將可以為防病治病做出很大的貢獻。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世紀初期，根據(jù)其發(fā)展情況，大體可以分為三個時期。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，但它的整個歷史可以追溯至19世紀末和上世紀初。20世紀初，在Schleiden和Schwann所發(fā)展起來的細胞學說的推動下，1902年德國植物學家Haberlandt提出了高等植物的器官和組織為許多細胞組成的觀點，以及植物細胞全能性的理論，即植物的體細胞，在適當?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)表了植物離體細胞培養(yǎng)實驗的報告。1904年E Haming進行胚培養(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的學生Kotte和美國的R

27、obins在根尖培養(yǎng)中獲得了組織培養(yǎng)的成功。Kotte采用了無機鹽、葡萄糖、蛋白胨、天冬酰胺，及添加各種氨基酸的培養(yǎng)基。Robins用含無機鹽、葡萄糖或果糖的瓊脂培養(yǎng)基，培養(yǎng)了長度為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)展時期（20世紀30年代初50年代末） 生長素的發(fā)現(xiàn)，在植物組培的利用，推動植物組培向前發(fā)展，并取得成熟。自Haberlandt的實驗之后，直到1934年美國的White由番茄根建立了第一個活躍生

28、長的無性繁殖系，并反復轉(zhuǎn)移到新鮮培養(yǎng)基中繼代培養(yǎng)，使根的離體培養(yǎng)實驗獲得了真正的成功，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)條件對生長的影響，并于1937年建立了第一個組織培養(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)基后來被定名為White培養(yǎng)基。與此同時，Gautherer（1934）在研究山毛柳和黑楊等形成層的組織培養(yǎng)實驗中，提出了B族維生素和生長素對組織培養(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似的連續(xù)生長的組織培養(yǎng)物。因此，Gautherer，White和Nobecourt一起被譽為組織培養(yǎng)學科的奠基人。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家建立的。后來，White于1943年發(fā)表了植物組織培養(yǎng)手冊專著，使植物組織培養(yǎng)開始成為一門新興的學科。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)基中生長素（IAA）對芽形成的抑制作用，而能誘導形成芽，從而明確了腺嘌呤與生長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，產(chǎn)生芽；這一比例低時，則形成根；相等則不分化。在尋找促進細

30、胞分裂的物質(zhì)過程中，Miller等人于1956年發(fā)現(xiàn)了激動素。不久即知道激動素可以代替腺嘌呤促進發(fā)芽，并且效果可增加3萬倍。結(jié)果上述控制器官分化的激素模式變?yōu)榧铀嘏c生長素的比例關(guān)系。這方面的成功發(fā)現(xiàn)，有力地推動了植物組織培養(yǎng)的發(fā)展。1952年；Morel和Martin通過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病毒植株。19351945年Muir把單細胞放在一張鋪在愈傷組織上面的濾紙上培養(yǎng)，使細胞發(fā)生了分裂，即實施了看護接種技術(shù)，使單細胞培養(yǎng)獲得初步成功。1948年 SKoog和崔澄確定腺嘌呤與生長素的比值是控制根、芽形成的重要條件。 1952年 法國 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)生了單細胞和小細胞群，并可繼代繁殖。 1955年，Miller和SKoog發(fā)現(xiàn)了激動素（KT）可代替腺嘌呤和生長素控制根芽的分化。 1958年英國 Steward將胡蘿卜髓細胞通過體細胞胚胎發(fā)生途徑培養(yǎng)成為完整植株。同年M.Wickson發(fā)現(xiàn)外源細胞分裂素可使休眠的側(cè)芽啟動，長成完整植株。3.快速發(fā)展和應用階段（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壁的原生質(zhì)體同樣具有全能性，而且在實踐上為外源基因的導入提供了理

32、想的受體材料。80年代中期以來，對禾谷類作物的原生質(zhì)體培養(yǎng)也相繼告捷，在這方面中國學者做出了重要貢獻。1962年印度Guha等人成功地在毛葉曼陀羅花藥培養(yǎng)中，由花粉誘導得到單倍體植株，從而促進了花藥和花粉培養(yǎng)的研究。     1960年，Morel提出了一個離體無性繁殖蘭花的方法，其繁殖系數(shù)極高。由于這一方法有很大的應用價值，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等通過兩個煙草物種之間原生質(zhì)體融合，獲得了第一個體細胞雜種，Cocking等倡導的原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細胞雜交，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胞增殖

33、分化生成雜種植株。1962年 印度 K.kanta開創(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 等通過兩個煙草物種（粉藍煙草×長花煙草）原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個體細胞雜種植株。1973年在英國成立國際植物組織培養(yǎng)協(xié)會（IAPTC），現(xiàn)更名為國際植物組織培養(yǎng)與生物技術(shù)協(xié)會（IAPTCB）。以后相繼在煙草、水稻、小麥、玉米、番茄、辣椒、草莓、蘋果等多種植物培養(yǎng)中獲得成功，其數(shù)目達到160多種，其中煙草、水稻和

34、小麥等的花藥育種培養(yǎng)在中國取得了引入注目的成就。 在整個植物組織培養(yǎng)發(fā)展的歷史中，我國學者做出多方面的貢獻，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)濟價值的植物；3.利用組織培養(yǎng)的材料作為植物生物反應器；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，無痛而且效果好。英國廣播公司近日報道，美國埃默里大學和佐治亞理工學院研究人員聯(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0.65毫米，能滲透皮膚表皮。皮膚可以在無痛狀態(tài)下吸收它們。 為測試這種膏藥的效果，研究人員向這些針狀物注入流感疫苗，以鼠為對象展開實驗。實驗鼠分為3個組，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)研究報告已在英國自然·醫(yī)學上發(fā)表。報告說，借助這種膏藥，人們今后也許自己就能接種疫苗。 報告作者之一、埃默里大學醫(yī)學院教授理查德·孔潘斯說：“我們希望今后幾年以人體為對象開展相關(guān)研究?！?.組織培養(yǎng)結(jié)合超低溫保存技術(shù)經(jīng)濟有效地保存植物種質(zhì)資源；5.揭開生命活動的秘密?；菦]有生命的，可是，在生物界卻存在著活的化石。原來在地質(zhì)歷史時期，許多動植物類群曾經(jīng)繁盛一時，后來由于自然環(huán)境發(fā)生變化，這些類群中的絕大多數(shù)種類都滅絕了，成了化石，剩下來的個別種類，只是在局部地域得以保持下來，一直活到今天。這里說的是活化石植物。在我國，著名的活化石植物有銀杏、水杉、銀杉、水松、臺灣杉、金錢松等。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，枝開展上升，長枝上另生短枝，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，樹冠張開像華蓋，翠綠光潤；秋天，綠葉變黃，另是