《植物组织 离体培养-1(定稿)》.doc

植物组织离体培养-概念和基础理论（1）摘要：植物组织培养技术是现代生物技术的重要部分，已经广泛地应用于农林业、工业、医 药业等，对社会的经济发展作出了贡献，更应认识到其深入发展的潜能就当前而言，植物 组织培养技术的应用至少包括；植物组织离体快繁、通过原生质体融合和体细胞变异等方法 创造新品种、次生代谢物的生产、种质资源保存以及用于研究揭示植物的生理生化规律等等, 植物组织离体快繁则是被利用最广泛最有成效的方面，可以认为是现代农业、工厂化农业中 最具进步性显示其价值的方面，因此系统地理解其基本理论和疏理当前的研究成果和发展很 有必要植物组织离体培养将分几个部分陆续发表，供同行参考评论关键词：植物组织培养、发展简史、植物组织培养的类型、植物组织培养的特点、植物组 培养体系的建立、植物细胞的全能性与植物的再生性、愈伤组织、根芽激素理论、遗传稳定 性植物组织培养（Plant Tissue Culture; In Vitro Culture ）是现代生物技术的重要 部分，是利用植物体离体的器官（如根、茎、叶、花、果实等）组织（如分生组织、表皮组 织、薄壁组织等）或细胞（如大胞子、小抱子、体细胞等）以及原生质体，在无菌和适宜的 人工培养基及适宜的光照、温度、气体等人工条件下，能诱导出愈伤组织、不定芽、不定根, 最后形成完整的植株的新兴学科和技术，同时，组织培养的组培苗是一项能获得大量同源母 本基因幼苗的生物技术，又称植物克隆育苗技术。

植物组织培养是生物技术在农业上应用 较成熟、较广泛，产业化程度也较高我国植物组织培养产业化始于20世纪70年代，从马 铃薯去病毒、建立马铃薯无病毒薯基地开始，80年代的葡萄、草莓、苹果、甘蔗、香禳、 大蒜等的成功应用和产业化，90年代后期的芦荟和洋兰使我国的试管苗产业得到了极大的 发展，已形成了规模生产能力的新兴产业——植物组培业亦称植物微繁业1 ,植物组织培养的概念、类型与特点1.1 .植物组织培养的概念植物组织培养（plant Tissue culture ）是指用无菌方法使植物体的离体器官、 组织和细胞在人为提供的条件下生长和发育的所有培养技术的总称一般而言就是利 用植物体的器官、组织或细胞，通过无菌操作接种于人工配制的培养基上，在一定的 光照、温度和通气等条件下进行培养，使之生长发育的技术称为植物组织培养，狭义 而言就是对植物的组织（如分生组织、表皮组织、薄壁组织等）及培养产生的愈伤组 织（callus ）实行离体培养的技术体系，因培养的植物材料已离开母体，也称之为离 体培养(In vitro culture )<>它的理论基础就是植物细胞全能性的理论(cell Totipotency ),指植物有核细胞能够发展成为一棵完整植株的潜能，就是说正常生 物体的每一个细胞，都含有该物种的全部遗传信息，在一定的条件下都具有发育成一 株完整个体的潜在能力。

组织培养的理论、实践、技术和方法不断完善和发展，已形 成独具特色的专业技术；在实验技术上建立了较完整的实验程序，已成为一种重要和 精细的实验技术；组织培养已广泛应用于生物学的许多分支学科，并取得丰硕的成果; 在农业领域乃至其它领域的应用并达到商业化水平，更显示出这项技术的先导性、实 用性和经济价值1. 2.植物组织培养发展简史组织培养技术的蓬勃发展是应用科学理论到技术开发实践的成功范例，它的发展一般认 为可以分为五个阶段：探索阶段( 1 902-1 929#) : 20世纪初，在德国植物学家T.schleiden和动物学家T.Schwann 提出细胞学说，该学说基本内容是：一切生物都是细胞构成的，细胞是生物体的基本功能单位，细胞 只能由细胞分裂而来.1902年德国植物学家Haberlandt提出了高等植物的器官和组织为许多细胞 组成的观点，以及植物细胞全能性的理论，即植物的体细胞，在适当的条件下，具有不断分裂和繁 殖，发育成完整植株的潜在能力他首次发表了植物离体细胞培养实验的报告-1912年，Haberlandt的学生Kotte和美国的Robins在根尖培养中获得了组织培养的成功Kotte采用 了无机盐、葡萄糖、蛋白腺、天冬酰胺，及添加各种氨基酸的培养基。

Robins用含无机盐、加葡萄 糖或果糖的琼脂培养基，培养了长度为1.45-3.75厘米的豌豆、玉米和棉花的茎尖，形成了一些缺绿 的茎和根组培方法和定义的建立阶段( 1930-1939年)：自Haberlandt的实验之后，直到1 934年美 国学者White由番茄根建立了第一个活跃生长的无性繁殖系，并反复转移到新鲜培养基中继代培 养，使根的离体培养实验获得了真正的成功，并在以后28年间培养了 1600代这之后，White又以 小麦根尖为材料，研究了光、温度、通气、pH、培养基组成等各种培养条件对生长的影响，并于1937 年建立了第一个组织培养的综合培养基，其成份均为已知化合物，包括3种B族维生素，即此哆醇、 硫胺素和烟酸，该培养基后来被定名为White培养基与此同时，法国学者Gautheret (1934)在 研究山毛柳和黑杨等形成层的组织培养实验中，提出了 B族维生素和生长素对组织培养的重要意义, 并于1939年连续培养胡萝卜根形成层获得首次成功 同年，White由烟草种间杂种的瘤组织，法 国学者Nobecourt由胡萝卜均建立了与上述类似的连续生长的组织培养物因此Gautheret, White和Nobecourt —起被誉为组织培养学科的奠基人。

我们现在所用的培养方法和培养基，基 本上都是由这三位科学家建立的后来，White于1943年发表了《植物组织培养手册》专著，使植 物组织培养开始成为一门新兴的学科细胞全能性、根芽激素理论的证实阶段（1940-1959 ）：四十年代Skoog和崔 （南开大学教 授、著名植物生理学家），在烟草茎切段和髓培养以及器官形成的研究中发现，腺噤吟或腺普可以解 除培养基中生长素（IAA）对芽形成的抑制作用，而能诱导形成芽，从而明确了腺噤吟与生长素的比例 是控制芽和根形成的主要条件之一即这一比例高时，产生芽；这一比例低时，则形成根，相等则 不分化在寻找促进细胞分裂的物质过程中，Miller等人于1956年发现了激动素激动素（kinetin,KT,带有味喃环的腺喋吟）可以代替腺喋吟促进发芽，并且效果可增加几万倍从而使控 制器官发生（reganogenesis ）的激素模式变为激动素与生长素的比例关系这方面的成功发现, 有力地推动了植物组织培养的发展，为植物组织培养中完整植株的再生（regeneration ）建立了理 论基础o 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 次获得无病毒植株 1935 - 1945年Muir把单细胞放在一张铺在愈伤组织上面的滤纸上培养，使细 胞发生了分裂，即实施了看护接种技术，使单细胞培养获得初步成功。

组培技术和理论迅速发展阶段（ 1960-1979 ）: 1960年，cocking等人用真菌纤维素酶分高植物 原生质体获得成功• 1971年，Takebe等在烟草上首次由原生质体获得了再生植株，这不仅在理论 上证明了无壁的原生质体同样具有全能性，而且在实践上为外源基因的导入提供了理想的受体材料 80年代中期以来，对禾谷类作物的原生质体培养也相继告捷，在这方面中国学者作出了重要贡献组培技术在生产上广泛应用阶段（ 1980-今:1962年印度德里大学Guha等人成功地在毛叶曼 陀罗花药培养中，由花粉诱导得到单倍体植株，这促进了花药和花粉培养的研究以后相继在烟草、 水稻、小麦、玉米、番茄、辣椒、草莓、苹果等多种植物获得成功，其数目达到160多种，其中烟草、 水稻和小麦等的花药育种培养在中国取得了引人注目的成就I960年，Morel提出了一个离体无性 繁殖兰花的方法，其繁殖系数极高由于这一方法有很大的应用价值，很快被兰花生产者所采用， 迅速建立起兰花工业0 1973年Carlson等通过两个烟草物种之间原生质体融合，获得了第一个体细 胞杂种，Cocking等倡导的原生质体培养和体细胞杂交，研究得到了迅速发展，已经能使矮牵牛和 烟草属的杂种细胞增殖分化生成杂种植株。

在整个组织培养发 展的历程中，我国学者做出多方面的贡献，除了前述的崔 的工作以外, 还有李继侗（著名植物生理学家，曾任南开、北大、清华教授后任内蒙古大学副校长）, 等关于玉米等植物离体根尖培养的工作，以及罗士韦（著名植物生理学家曾任北京大学教授、 中国科学院实验生物研究所、植物生理研究所研究员）关于幼胚和茎尖培养，李正理（北 京大学教授、著名植物形态解剖学家）关于离体胚培养、王伏雄（中国科学院植物研究所 研究员著名植物胚胎学和花粉形态学家）等关于幼胚培养的工作组织培养在现代生物技术中具有重要的地位，不断丰富生物学科的基础理论，它的应用 是多方面的，主要是快速繁殖种苗(rapid propagation);无病毒苗(Virus free)的培 养；在育种上的应用(breeding)如用花药培养单倍体植株、用原生质体进行体细胞杂交、 转基因植物的快繁、用子房、胚和胚珠完成胚的试管发育和试管受精等、用于突变体的筛 选；人工种子；种质资源离体保存；工厂化育苗(industrilizing propagation)如兰花产 业、其它花卉产业；用器官和细胞组培产生次生代谢物直接生产生物产品等上述这些方 面的应用还在广泛深入，科研极为活跃成果不断涌现，并表现出多学科交叉的特征，具有巨 大的可预期的发展潜力。

器官离体快繁，是当前植物组织培养中最实用、最广泛、发展最快并最具产业化规模和 经济效益的部分，同时也是开展植物组织培养其它方面研发工作的重要基础离体快繁的特 点是植物组织培养特点的一部分，尤其表现为繁殖系数大、周年生产、繁殖速快、苗木整齐 一致等，应用这项技术可以使一个植株或一个组织一年生产出几万到几百万甚至上千万株 苗，是传统常规育苗所无法比拟的目前试管苗在国际市场上已产业化，我国进入产业化比 较成熟的有：香蕉、甘蔗、按树、葡萄、苹果、脱毒马铃薯、脱毒草莓、脱毒柑橘苗、花卉、 部分中草药、芦荟等等1 .3.植物组织培养的类型(The type of plant tissue culture)植物组织培养的类型一般都按外植体来源和培养对象分类，可分为(1) ,器官培养(organ culture) o 指植物某一器官的全部或部分或器官原基的离体 培养,包括根(根尖)，茎(茎尖、茎段、直立茎、攀援茎、缠绕茎、匍匐茎、取其带有节 和腋芽或节间的茎段；块状茎、鳞状茎、根状茎、球茎、切取其带或不带芽眼、不定芽的均 可)，叶(包括叶原基，叶柄，叶鞘，叶片，子叶等叶组织)，花，果实，种子等；(2) ,组织培养(tissue culture X对植物的各种组织进行离体培养的方法。

常用的 如分生组织(meristem )、形成层组织(cambium )、薄壁组织(parenchyma )、韧 皮部(phloem )组织等；(3) ,胚胎培养(embryo culture) o对植物成熟或未成熟胚及胚器官的离体培养， 常用的有幼胚(immature embryo )、^5 ( mature embryo )^L ( endosperm )、 胚珠(ovule )> 子房(ovary)等；(4) ,细胞培养(cell culture )是对离体来源体单细胞或花粉单细胞或很小的细胞 团的培养，常用的有性细胞、叶肉细胞、根尖细胞、韧皮部细胞等；(5) ,原生质体培养(protoplast culture ) 植物原生质体是被去掉细胞壁的由质膜 包裹的、具有生活力的裸细胞，对具有生活力的裸细胞培养就是原生质体的培养根据快繁的增值方式或途径可以分类为：器官型，如以茎尖培养时，调整细胞分裂素 的浓度，使。