植物组织培养技术的应用以及在培养过程中存在的问题

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发育成正常的植株, 从而有效地克服了远源杂交不 实的障碍 , 获得杂种植株. 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 . 目前 , 已在怀地黄、 矮牵牛、 普通小麦、 黑麦草等自交或远源杂交不亲和 性植物的试管受精方面获得成功 . 1 2 3 细胞融合 植物体细胞杂交在植物远源杂 交育种中 , 除了应用离体胚培养或离体受精和授粉 培 养 技 术 之 外, 还 可 采 用 植 物 体 细 胞 杂 交 技 术 原生质体融合. 由于不同来源的原生质体都 有彼此融合的能力 , 在远源杂交中, 通过细胞融合可 获得种间、 属间、 科间、 甚至界间的细胞融合体系 , 因 此 , 细胞融合打破了种属间的界限, 克服远缘杂交不 亲和性障碍, 在植物新品种的培育和种性改良中有 着巨大的潜力. 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 菜和油菜等获得属间杂种 , 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. 1 2 4 在基因转化方面的应用 基因转化是有目 的地将外源基因 或 DNA 导入植物细胞内 , 使之整 合、 表达并遗传 , 通过外源基因的导入, 并植物体内 表达 , 有目 的地改变植物性状 , 以提高 作物的抗逆 性 , 改良作物品质 . 植物组织培养是外源基因导入植 物细胞的关键技术, 通过组织培养技术可以建立一 个良好的植物转化系统 , 目前通常使用的再生系统 有愈伤组织再生系统、 直接分化再生系统、 原生质体 再生系统、 胚状体再生系统和生殖细胞受体系统等, 根据不同的植物材料选择不同的再生系统 . 在基因 转化中 , 一个很重要的环节是抑制农杆菌生长, 防止 细菌过度生长而产生污染. 为了解决这个难题, 在培 养基中经常添加对植物细胞无毒害作用的抑菌性抗 生素( 如头孢霉素、 羧苄霉素 ) . 这类抗生素即能有效 地抑制细菌的生长 , 又不影响植物的正常生长, 同时
收稿日期 : 2003 11 05 作者简介 : 胡彦 ( 1966 ) , 男 , 云南西畴人 , 文山师范高等专科学校讲师 .
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植物组织培养技术的应用前景
植物组织培养技术的应用前景很广泛, 目前主
要用在以下几个方面. 1 1 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 应用最多、 最有效的一个方面. 很多农作物都带有病 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, Whit e 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 . 此法已在马铃薯、 大蒜、 草莓、 葡萄、 康乃馨等多种作物上获得成功 , 并
专
辑
胡
彦 等 : 植物组织培养技术的应用以及在培养过程中存在的问题
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产生了明显的经济效益. 国外 40% ~ 80% 草莓是通 过试管脱毒后繁殖的, 意大利每个州都有年产百万 草莓无毒种苗的工厂. 由于运用组织培养法繁殖植 物的明显特点是快速, 每年可以数以百万倍的速度 繁殖, 因此, 对一些繁殖系数低、 不能用种子繁殖的 名、 优、 特植物品种的繁殖 , 意义尤为重大. 同时组织 培养可不受地区、 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 苗. 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 2 在植物育种上的应用 植物组织培养技术对培育优良作物品种开辟了 新途径. 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 2 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 . 单倍体育种具有高速、 高效率、 基因型一 次纯合等优点, 因此 , 通过花药或花粉培养的单倍体 育种 , 已 经作 为一 种崭 新的育 种手 段问 世, 自 从 1964 年 Guha 和 M aheshw ari 报道利用花药 培养技 术由蔓陀罗花药诱导单倍体植株以来, 各国科学家 致力于花药培养 . 1974 年, 我国科学家用单 倍体育 种法育成世界上第一个作物新品种 单育 1 号烟 草品种, 现已有 300 种植物花药培养成功. 其中我国 首先培育出来的就有 40 余种 , 它们主要是粮食、 油 料、 蔬菜、 林木、 果树等重要经济作物 . 据报道, 水稻 品种中花 8 号、 9 号 等已累计推广面积超过 66 67 万 hm ; 小麦新品种京花 1 号、 3 号、 甘春 11 号、 甘 肃花培 746 等也累计推广面积超过 66 67 万 hm . 1 2 2 离体胚培养和体外受精 胚状体类似于植 物种子中的胚, 是完整植株的雏形 , 很容易形成完整 的植株, 这就克服了一些组培苗生根难的缺点 . 对胚 状体的形成研究不但可为扩大繁殖系数, 拓宽变异 谱打下基础 , 而且也为将来制造人工种子和进行外 源基因的导入打下基础. 植物胚胎培养是采用人工 的方法在无菌条件下从种子中把成熟胚或未成熟胚 分离出来 , 然后放在人工合成的培养基上培养 , 使它
第 32 卷 专 辑 2004 年 6 月
陕西师范大学学报( 自然科学版 ) Journal of Shaanxi Normal U niversity ( Natural Science Edit ion)
Vol. 32 Sup. Jun. 2004
文章编号 : 1672 4291( 2004) Sup. 0130 05
ຫໍສະໝຸດ Baidu
植物组织培养技术的应用以及 在培养过程中存在的问题
胡 彦 ,
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赵
艳
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( 1 文山师范高等专科学校 生化系 , 2 文山县西山小学 , 云南 文山 663000)
摘
要: 介绍了植物组织培养技术的应用以及在培养过程中遇到的问题并提出解决的方法. 植物组
织培养技术的应用范围很广, 目前主要用在离体无性系快速繁殖与无毒化、 植物育种 、 遗传物质的 保存 、 植物次生代谢物的生产和植物基因转化等方面. 关键词: 植物组织培养; 次生代谢物; 基因转化 ; 褐化 中图分类号 : Q943 1 文献标识码 : A
Application of tissue culture and the problem during tissue culture
HU Yan , ZHAO Yan ( 1 Biochemistry Department , Wenshan T eachers Colleg e; 2 Xishan Prim ary School in Wenshan County, Wenshan 663000, Yunnan, China) Abstract : Plant t issue cult ure w as w idely used in the crop breeding, t aking of virus, reproding quickly, preserving genet ic materials, producing secondary metabolit es and in the transformation of plant gene. T his art icle mainly introduce the applicat ion of tissue culture and the problems during tissue culture and g ive some met hods to solve these problems. Key words: plant t issue cult ure; secondary metabolit es; plant g ene t ransformat ion; mat erial brow ing 植物组织培养技术是指在无菌条件下, 将离体 的植物器官、 组织、 细胞以及原生质体, 在人工配制 的环境里培养成完整的植株. 植物组织培养的依据 是植物细 胞 全能 性 及植 物的 再 生作用 . 1902 年, 德国著名植物学家 G. Haberlanclt 根据细胞学理 论, 大胆地提出了高等植物的器官和组织可以不断 分割, 直到单个细胞 , 即植物体 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力的 观点. 1943 年 , 美国人 Whit e 在烟草愈伤组 织培养 中, 偶然发现形成一个芽, 证实了 G. Haberlanclt 的 论点. 自 G. Haberlandt 提 出的 细胞全 能性 理论 以 来, 在许多科学家的努力下, 植物组织培养技术得到 了迅速发展, 其理论和方法逐渐趋于完善和成熟, 并 广泛应用于农业、 林业、 园艺、 医药等行业, 产生了巨 大的经济效益和社会效益 .
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能够有效地提高转化效率以及 快速获得转基 因植 物. 因此, 组织培养技术的有效利用对基因转化的成 功十分关键 . 从 1983 年第一株转基因植株 问世以 来, 全世界已分离的目的基因有 100 多个, 获得转基 因植株近 200 种 , 其中农杆菌转化成功的植物已达 近百种, 有的已进入或正在进入商业开发阶段 . 1 2 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 株等的诱发 , 为进一步筛选和选育提供了丰富的变 异材料. 目前, 用这种方法已筛选出抗病、 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 3 在人工种子和种质保存方面的应用 所谓 人工种子 就是最外面为一层有机的薄膜 包裹以保护水分子免于丧失及防止外部的物理力量 冲击 , 中间含有培养物( 胚状体、 腋芽或微不定芽等 ) 所需的营养成分和某些植物激素 , 最内则是被包埋 的胚状体或芽, 通过这几部分的组合, 以人为方法制 造出一种和天然种子相类似的结构 . 目 前已有 100 多种植物可以经组织培养得到大量的胚状体, 它有 繁殖速度快和结构完整等特点 , 为制成人工种子用 于生产提供了基础. 近年来 , 由于环境污染和热带 森林资源的破坏 , 平均每天有两种植物从地球上消 失, 世界种质资源日益枯竭 , 大量有用基因丢失 , 特 别是那些不产籽植物或种子寿 命短的植物更 为严 重. 有人断言 , 谁掌握了种质资源 , 谁就掌握了农业 的未来. 因此, 植物种质的保存引起了科学家和各国 政府的极大重视 . 近 10 年来, 研究出用组织和细胞 培养法低温保存种质, 为保存和抢救有用基因带来 希望. 由于植物许多组织和细胞培养物在液氮超低 温贮藏后仍然保持很高的存活 率并能再生出 新植 株, 保持原来的遗传特性 , 这就为种质库的建立奠定 了良好的基础. 如用豌豆和草莓的茎尖为材料 , 在液