在世界各國科學家的不斷努力下，近幾十年來植物組織培養技術發展迅速。利用組織培養，不僅可以產生大量的優良無性系，而且可以獲得人類需要的各種代次
得益於物質，還可以獲得單倍體、三倍體、多倍體和非整倍體。細胞融合可以打破種屬界限，克服遠緣雜交的不親和性，在植物新品種培育和種質改良中發揮巨大作用。植物細胞的組織培養是在細胞水平上進行分析和研究的理想材料。從植物快速繁殖和花藥培養到細胞器培養、原生質體融合和DNA重組技術，植物組織培養技術已廣泛應用於植物科學和農、林、工、醫等行業的各個領域，成為當代生物科學中最具生命力的學科。
1植物組織培養的基本概念、原理和實驗步驟
1.1概念
植物組織培養是壹種分離植物器官(根尖、莖尖等)的技術。)、組織(形成層、花藥組織等。)、細胞(體細胞、生殖細胞等。)、胚(成熟或未成熟胚)、原生質體等。在無菌條件下在人工配制的培養基中培養，並給予合適的培養條件以誘導它們產生愈傷組織或潛伏芽或生長成完整植株。
1.2原則
植物組織培養的基礎是植物細胞的“全能性”和植物的“再生”。在1902中，德國著名植物學家G. Haberlandt提出了壹個基於細胞學理論的觀點，“高等植物的器官和組織可以不斷分裂，直到壹個單細胞，即植物體細胞，在適當的條件下具有不斷分裂、繁殖和發育成壹個完整植株的潛力”。1943年，美國懷特偶然發現煙草愈傷組織中有芽的形成，證實了G. Haberlandt的論點。
不同的植物需要不同的生長條件，使用的培養基也不同。常用的基礎培養基有MT、MS、SH、N6、White等。在組織培養中，能否形成愈傷組織和胚狀體是培育新植株的關鍵。在基本培養基中添加壹定濃度的外源激素，可以誘導出愈傷組織、胚狀體、不定芽、根等器官，最終獲得再生植株或次生物質。
用於植物組織培養的材料稱為外植體，其主要形式有器官、胚、單細胞、原生質體等。根據外植體的不同，培養基的種類、培養條件、外源激素的種類和比例也不同。在植物組織培養中，影響培養能力的因素很多。誘導愈傷組織成敗的關鍵在於培養條件，而植物激素是誘導愈傷組織和綠苗分化的關鍵因素。
IAA、NAA和2，4-D是誘導愈傷組織最常用的生長素，所需濃度為0.01 ~ 10 mg/L，最常用的細胞分裂素是KT和ABA，使用濃度為0.1 ~ 10 mg/L，KT的主要作用是促進細胞分裂和愈傷組織分化。ABA在植物體細胞胚的發生和發育中起著重要的作用。雖然各種植物激素的生理功能是相對專壹的，但植物的生理效應是不同種類激素之間相互作用的綜合表現。
1.3測試程序
1.3.1培養基的選擇和配制在植物組織培養中是“血液”，血液的組成和供應直接關系到培養物的生長和分化，所以了解培養基的組成、特性和配制非常重要。
1.3.2滅菌是組織培養中的重要工作之壹，通常采用物理或化學滅菌方法。培養基用常壓或高壓蒸煮等濕熱滅菌，儀器用燃燒滅菌，玻璃器皿和耐熱器皿用幹熱滅菌，不耐熱物質用過濾滅菌，植物材料表面用消毒劑滅菌，物體表面用化學噴霧滅菌，接種室等空間用紫外線或熏蒸滅菌。
1.3.3接種將消毒後的根、莖、葉等離體器官切段或切成小塊，放入培養基中。整個接種過程應在無菌條件下進行。
L.3.4培養將培養物置於具有壹定光照和溫度條件的培養室中，使其生長、分裂和分化，形成愈傷組織或進壹步分化成再生植株。
1.3.5馴化移栽試管苗是在特殊環境條件下生長的苗，與自然生長的有很大區別，只有馴化適應自然環境後才能移栽。
2植物組織培養的應用
2.1植物快速繁殖和脫毒苗生產
植物快繁技術始於20世紀60年代，法國的羊肚菌通過莖尖培養成功大量繁殖蘭花，拉開了植物快繁技術研究和應用的序幕。目前有65，438+0，000多個科，65，438+0，000多種，其中部分已經發展成為商品。世界上80% ~ 85%的蘭花是無病毒的，通過組織培養快速繁殖。栽培的植物種類從觀賞植物逐漸發展到園藝植物、大田作物、經濟植物和藥用植物。在中國，類似的研究始於20世紀70年代。生產中已大面積種植無毒馬鈴薯種子和甘蔗苗，已有30多種植物大規模生產或中間試驗。利用組織培養進行植物快速繁殖和脫毒苗生產，不僅可以拯救和珍惜瀕危物種，還可以解決野生植物資源缺乏的問題。
2.2植物花藥培養和單倍體育種
將植物花藥培養成單倍體植株，然後染色體加倍後可以很快獲得純合的二倍體，這將大大縮短育種周期。迄今為止，世界上已經通過花粉和花藥培養獲得了數百株植物的單倍體植株。印度科學家用這種方法培育的水稻品系比對照增產15% ~ 49%。韓國培育了5個優質、抗病、抗倒伏的水稻品種。自20世紀70年代以來，中國已經培育了40多種由花粉或花藥發育而來的單倍體植株，其中65，438+00多種為中國首例。在玉米中獲得了100多個純合自交系。橡膠獲得了二倍體和三倍體植株。僅“九五”期間，就培育出高產、優質、抗逆、抗病的農作物新品種44個，種植面積超過660萬hm2。
2.3植物胚培養
在雜交育種中，雜交胚胎經常會流產，因此可以通過取出早期生長的胚胎並應用組織培養方法來培養雜交植物。已經有超過100份關於將未成熟胚培養成植物的報告。國內外科學家利用植物胚培養技術獲得了多種遠緣雜交的重組、培育和雜交品種。
2.4植物愈傷組織或細胞的懸浮培養
用於預防和治療疾病的植物次生代謝產物可通過植物愈傷組織或細胞的懸浮培養來生產。近年來，這壹領域發展非常迅速。研究了400多種植物，從培養細胞中分離出600多種次生代謝產物，其中60多種在含量上大於或等於原植物，20多種在原植物幹重上大於19，6。例如，從甘薯的愈傷組織和懸浮細胞中產生的薯蕷皂苷元用於合成類固醇藥物。最近抗癌藥物紫杉醇-紅豆杉的細胞培養可以在75t發酵罐中培養，已經達到商業化生產的水平。此外，紫草、人參、黃連、天竺葵等。已經達到商業化水平。長春花、毛地黃和煙草已經產業化；牙簽草、紅花等20多種植物正在向商業化過渡。
2.5細胞融合和原生質體培養
從1960開始，英國學者Cocking首次成功地從番茄幼苗根部分離出原生質體。到1990年，已有100多種植物原生質體再生植株。我國已獲得30多個品種的原生質體再生植株，包括重要的糧食作物和經濟作物，如大豆、水稻、玉米、小麥、谷子、高粱和棉花。木本植物、藥用植物、蔬菜和真菌的原生質體培養進展也很快。國外已獲得種內和種間體細胞雜種植株。植物原生質體培養還可以應用於外源基因轉移、無性系變異和突變體篩選的研究，因此受到越來越多的關註。
2.6植物細胞突變體的篩選
植物細胞突變體的篩選從1959開始，G. Melchers在金魚草懸浮細胞培養中獲得了溫度突變體。在1970中，P.S.Carlson、H.Binding和Y.M. Heimer分別分離出煙草營養缺陷型細胞、矮牽牛鏈黴素抗性細胞系和煙草蘇氨酸抗性細胞系。迄今為止，已從不少於15個科的45個物種的植物細胞培養物中篩選出100多個植物細胞突變體或變異體。這些包括抗病細胞突變體，如抗葉斑病的玉米突變體和抗黑星病和根腐病的小麥突變體；對氨基酸及其類似物有抗性的細胞突變體，例如甘藍型油菜中的HYP抗性突變體[263；抵抗逆境脅迫的細胞突變體，如水稻的耐鹽突變體和小麥的耐鹽突變體；除草劑抗性細胞突變體和營養缺陷型細胞突變體，例如玉米除草劑抗性突變體；篩選植物高度突變體，如水稻矮稈突變體。
2.7植物體細胞胚和人工種子
1958年，Reinert首先在胡蘿蔔的組織培養中發現了體細胞胚(胚狀體)。據不完全統計，能大量產生胚狀體的植物有100多種，隸屬於43科92屬。壹些重要的作物，如水稻、小麥、玉米和珍珠谷，也可以通過離體培養產生胚狀體。這些胚狀體被海藻酸鈉等包埋。添加人工種皮，形成人工種子。人工種子的優點是:繁殖快，成苗率高；不受氣候影響，壹年四季都可以工業化。80年代初，美國、日本、法國等國相繼開展了人工種子的研究，我國也在七五期間開展了這項研究，列入國家“863”高技術研究發展計劃1987。
2.8植物組織細胞培養物的超低溫保存和種質庫的建立
植物細胞全能性的發現和證實為植物種質資源的長期保存開辟了新的途徑。利用液氮超低溫保存技術可以保持較高的存活率，再生新植株，保持原有的遺傳特性。如建立莖尖分生組織培養的超低溫保存種質庫，不僅可以防止種質的遺傳變異和退化，還可以長期保存無病毒原種。
2.9植物組織培養和轉基因技術的應用
我國第壹個T-DNA插入突變體庫的構建和研究，為我國水稻功能基因組學研究奠定了良好的技術和物質基礎，為確保我國擁有壹批具有自主知識產權的基因資源做出了積極貢獻。與中國水稻研究所農業部水稻生物學重點開放實驗室、中科院上海植物生理研究所合作，建立了大規模高效的農桿菌介導轉基因技術體系，將玉米轉座子AC-DS等外源基因導入水稻幼胚和種子誘導愈傷組織，獲得1.2萬個獨立T-DNA插入株系，構建了水稻突變體數據庫。
3展望
植物組織培養的研究和應用是20世紀科技進步的重大成就之壹，為研究植物生長發育、抗性生理、激素、器官發生和胚胎發生提供了許多良好的實驗材料和有效的途徑。隨著植物組織培養方法的不斷改進，其應用範圍也相應拓寬。由於組織培養是在人工控制下進行的，很容易掌握花芽分化和開花的原因；通過胚培養，可以獲得雜交或近交物種；通過分離單倍體細胞，可以培養出純合的二倍體菌株；提高育種的多樣性，縮短育種時間；通過突變體篩選，提高植物品質，增強抗逆和抗逆能力，擴大植物生長範圍；低溫冷凍保存體細胞，建立基因庫，達到保存物種的目的；獲得具有較高藥用價值和工業化生產的二次產品，加快藥物生產的時間，減少單純依賴天然植物的被動性。植物組織培養技術已經滲透到科研、生產和生活的各個領域，並將日臻完善。
黑龍江農業科學2006，(3)