我国植物组培技术的发展及bob.com展望

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　　1、我国植物组培技术的发展及展望张国强1翟秋喜2(1信阳农业高等专科学校园艺林学系，河南信阳464000； 2辽宁农业职业技术学院农学园艺系，辽宁熊岳115009)摘要：本文介绍了我国植物组织培养技术的发展历史及现状bob.com，分析了目前存在的主要问题和 应采取的措施，并对植物组织培养技术未来的发展作了展望。关键词：组织培养；发展现状；存在问题；措施中图分类号文献标识码文章编号Development and forecast of plant tissue culture technique in ChinaAbstract： This paper gave an introduction on the h

　　3、高新技术中最重要、最活跃的领域之一，它不仅是农业持续发 展的基础，而且是生物技术中应用最广、最具现实意义的领域，被誉为农业发展史上的 第四次绿色革命，对解决经济和社会发展所面临的人口增长、农业资源匮乏、环境污染 等重大问题，具有十分重要的战略意义。1我国植物组培技术的发展历史及现状19世纪30年代，德国植物学家施莱登(M.J.Schleiden，18041881)和德国动物学家 施旺(T.Schwann,18101882)创立了细胞学说。1902年，德国植物学家哈伯兰特 (Haberlandt)在细胞学说的基础上，大胆提出要在试管中人工培育植物。他预言离体的植 物细胞具有发育上的全能性，能够发

　　4、育成为完整的植物体。这种细胞全能性的理论是植 物组织培养的理论基础。1948年，我国植物生理学家崔徵和美国科学家合作，用不同种 类和比例的植物激素处理离体培养的烟草茎段和髓，发现腺嘌吟和生长素的比例是控制 芽和根形成的主要条件之一。1958年，美国植物学家斯图尔德(F.C.Steward)等人，用胡 萝卜韧皮部的细胞进行培养，终于得到了完整植株，并且这一植株能够开花结实，证实 了哈伯兰特在五十多年前关于细胞全能性的预言。我国植物快速繁殖和无病毒种苗生产的研究始于20世纪70年代bob.com。马铃薯无毒种薯 和甘蔗种苗已在生产上大面积种植，兰花、香石竹、月季、菊花、唐菖蒲、百合、重瓣 玉簪、橡皮树、草莓、茶

　　5、花、桉树、杨树、苹果、柑桔、枣树、醋栗、葡萄、木薯、甘 蔗、香蕉、巴戟天、大蒜、金线莲、枸杞、半夏、红花、银杏等已进行规模化生产或中 间试验。试管苗的年产量已由20世纪90年代初期的2000万株左右发展到现在的上亿 株。利用组织培养进行植物快速繁殖及无病毒种苗生产不仅能够获得显著的经济效益， 同时能够挽救珍稀濒危物种，而且能够帮助解决药用植物野生资源缺乏而造成的短缺问 题1,2。花药培养方面，我国于1970年开始至今，已利用花粉或花药培育出40多种植物的 单倍体植株，其中小麦、黑麦、小冰麦（我不清楚）、玉米、橡胶树、杨树、辣椒、甜 菜、白菜、油菜、柑桔、甘蔗、大豆、葡萄和苹果等的单倍体植株为我

　　6、国首创。玉米获 得了 100多个纯合的自交系，橡胶获得了二倍体和三倍体植株。仅“九五”期间，就育成 高产、优质、抗逆、抗病新品种44个，种植面积超过1亿亩3。目前，花药培养作为一 种崭新的育种手段正在植物育种研究工作中发挥巨大优势。胚胎培养，即将早期生长的胚取出，应用组织培养方法，解决杂交育种中杂种胚败 育的问题，有可能培育出杂种植物。因而得到了广泛重视和应用。目前主要应用于一些 亚洲国家4。中国农业科学院蔬菜研究所培养结球甘蓝和大白菜的杂种胚得到了种间杂 种。西北植物研究所得到了节节草和普通小麦的属间杂种。大麦+小麦、大麦+提莫菲维 小麦、小麦+冰草（育成新品种小堰6号）等也通过胚培养获得了

　　7、杂种。烟草属间杂种、水 稻品种间杂种也已经得到。中国科学院植物研究所和北京市农林科学院合作，通过胚胎 培养育成的早熟桃新品种“京早3号”，成熟期比一般早熟桃提前1520d。此外，龙眼、 荔枝的焦核胚胎培养研究，为果树选育优良焦核品种开辟了新途径。原生质体培养方面，到1983年有70种植物的原生质体能再生植株，90年代初期达 到100种以上。我国获得了 30个以上品种的原生质体再生植株，其中包括难度较大的 重要粮食作物和经济作物大豆（Wei and Xu，1988）、水稻（Wang等，1989）、玉米（蔡起贵 等，1987；孙敬三等，1989）、小麦（王海波等，1989）、谷子（董晋江、夏镇澳，

　　8、1989）、 高粱（卫志明、许智宏1988）、棉花（陈志贤等，1989）等5。原生质体培养的成功促进了 体细胞融合技术的发展。另外，组织培养技术在药用植物培养、突变体选育及种质资源保存等方面也有了新 的进展。全世界75%的人口以植物作为治疗、预防疾病的药物来源6。仅20世纪90年 代以来，植物药用有效成分的国际专利就达50多项，其中大多为抗病毒、抗癌化合物。 但有些植物生长周期长，繁殖慢，市场价格昂贵，如果利用组织培养技术，则能较快地 获得大量试材来提取药物，这样既能缩短生产周期，并能降低生产成本。如从长春花提 取的抗癌生物碱长春新碱，用于治疗白血病时，售价高达6000美元/g。在美国，来 源

　　9、于植物的药物市场估计在90亿美元7。例如，白芷是一种药草，主要用于治疗头痛， 其主要药效成分是imperatorin。利用悬浮培养可以从白芷中生成次生代谢物imperatorin。 从薯芋（Dioscorea doryophora）愈伤组织和悬浮细胞生产的diosgennin用于合成甾体药 物8。最近抗癌药物紫杉醇红豆杉细胞培养物，可用75t发酵罐培养，已达到商业 化生产水平9。通过离体培养筛选植物突变体是生物技术研究中一个较为新颖的领域。 筛选植物的有益突变体对提高作物的抗逆性、改良作物的品质有重要作用；并能为植物 遗传工程研究提供各种带有遗传标记的受体突变体细胞；同时对于研究植物体内一些生

　　10、 理生化机理亦有重要意义。如小麦抗赤霉病和根腐病突变体10-12；抗氨基酸及其类似物 细胞突变体，如甘蓝型油菜抗HYP突变体13；逆境胁迫抗性突变体，如小麦抗盐突变 体14；抗除草剂细胞突变体及营养缺陷型细胞突变体等。我国人工种子的研究始于“七五”期间，并于1987年被列入了“863高技术研究发展 计划”。采用液氮超低温保存技术，能保持很高的存活率，并且能再生出新植株和保持 原来的遗传特性。如建立茎尖分生组织培养物的超低温保存种质库时，不仅可以防止种 质的遗传变异和退化，而且可以长期保存无病毒的原种。我国对水稻、小麦、玉米、甘 蔗、马铃薯、红豆、草莓、唐菖蒲、三分三、长春花等植物的茎尖分生组织

　　11、、愈伤组织、 胚状体和幼胚、花粉等材料，展开了材料特性、预处理、光照、冰冻保护剂、降温冰冻 方法对恢复生长的影响以及种质保存后遗传性状分析等研究。有关这方面的研究近20 年来已经取得了很大的进展15。2我国在发展植物组培方面所存在的问题及应采取的措施虽然植物组培技术在理论与应用上的重要性日益显著，发展十分迅速，但是在实际 推广方面还存在许多问题。组培育苗目前面临两大主要问题：一是技术问题，二是成本 问题。2.1发展植物组培育苗中存在的技术问题及应采取的措施由于组培育苗操作程序复杂，在生产中常遇见污染、外植体接种困难、瓶苗生长分 化不良、生根难、炼苗移栽成活率低、瓶苗玻璃化等诸多技术难题，虽然通

　　12、过试验组培 成功的植物已有很多种，但利用组培进行规模化生产的植物种类却不多。有许多植物是 因为某一环节的技术问题难以解决，而不能进行规模化生产。2.1.1污染问题及应采取的措施污染是植物组培过程中的技术难题之一。外植体材料、培养基、接种工具、接种室 消毒不严格或无菌操作不规范等因素均可导致污染的发生。培养物受到污染在组织培养 中是经常遇到的，并且难以控制，若不能把污染率降低到可以接受的范围，将会造成重 大的经济损失16。因此，分析污染的产生和来源，控制污染的产生，成了植物组织培养 中的重要工作。根据污染发生的对象和出现的不同阶段，可分为三种17：外植体污染、初培养污染、 继代培养污染。从大田或

　　13、温室采集的植物外植体，均带有病菌，经过一系列的杀菌处理 可以降低到可接受的程度；对于初培养污染和继代培养污染，要求组培室所有工作人员 必须严格按照规程操作，并且定期对培养室消毒与检查操作台。2.1.2试管苗玻璃化现象的出现及防止措施玻璃化现象是由于人工在试管内小环境条件下提供的培养基和培养条件不完全符 合培养物固有的需要造成的。由于玻璃化苗的组织结构和生理功能异常，分化能力低下， 难以增殖成芽、生根成苗，成活率低，形成组培过程中的技术难题之一。因此，在实际 工作中，有必要采取措施使植物试管苗的玻璃化现象降低到最低限度，直至消除玻璃化 现象。随着对玻璃化现象研究的深入，在控制其发生时，大多数研究

　　14、者均采用如下措施：（1）选不易玻璃化的植物品种及部位做外植体材料。不同植物种类适宜的外植体 部位可能不同，吴若箐等18的研究结果表明：香石竹的基部茎段发生玻璃化的可能性最 大，这可能与不同植物的生理特性有关。（2）利用固体培养基，增加琼脂浓度19，选择适当的碳源，提高培养基中蔗糖含 量20，从根本上降低培养基中的渗透势，造成细胞吸水阻遏，减少培养基中植物材料可 获得的水分，从而降低植物试管苗玻璃化现象。李瑶采用通风方法，也有效地降低了玻 璃化现象的发生频率。（3）采用通气性好的封口材料如纱布、脱脂棉等代替聚乙烯塑料膜，可有效降低 培养容器内部环境的相对湿度，减轻有害气体的积累，使植物光合作用顺

　　15、畅21,22。（4）选择适宜的糖源及外源激素的种类和浓度。并注意生长素与分裂素的配合， 尽量兼顾繁殖系数。例如培养基中的BA是导致试管苗玻璃化的一个重要原因23-26，选 择搭配合适的激素，适当降低培养基中BA的浓度均可减轻玻璃苗的出现。（5）通过改善培养条件（温度和光照）减少玻璃苗的发生。控制温度，避免过高的培 养温度，进行变温处理，适当低温处理可消除玻璃化27；提高光照强度，适当延长光照 时间，充分利用自然光照也可以降低玻璃苗的发生频率28。2.1.3外植体褐变的原因和解决办法褐变是植物组培育苗中常见的现象，以木本植物较为严重。酶促褐变是主要因素29。 一般认为培养材料变褐是由于伤口处分泌

　　16、的多酚氧化酶（PPO）被氧化成醍类物质，呈红 褐色，并抑制许多酶的活性，影响培养物的正常生长，严重时导致其死亡30。随着研究 的进一步开展，抑制外植体褐变的一般措施如下：（1）根据不同时期、不同年龄的外植体在培养中褐变的程度不同bob.com，选取褐变程度 较小的材料。如选用早春和秋季的材料作为外植体。（2）用抗氧化剂溶液对外植体进行预处理，或在接种之前用无菌水反复清洗，洗 尽外植体切口处渗出的酚类物质，均可起到减轻褐变危害的作用。（3）选择适宜的培养条件，如低浓度的无机盐、适当的pH值和适宜的培养环境（温 度控制在l5C20C，可有效地防止褐变的发生）。（4）应用抗褐变剂和吸附剂31（活性炭等）抑制褐变的

　　17、发生。（5）在组织培养过程中，经常筛选并剔除易褐变的细胞。2.1.4试管苗移栽成活率问题及应采取的措施移栽前，要根据当地的气候环境特点、植物种类、设备条件、移栽季节等特点，重 点缩小试管苗移栽前后环境之间的差距和由异养向自养的转化，使植株能尽快适应特殊 培养之外的自养发育和外界的温度、湿度、光照强度的变化，同时使其具备一定程度的 抗微生物感染的能力。2.2降低组织培养育苗成本，加快成果的应用推广由于组培育苗生产中所需设备、技术的投入较大，组培育苗程序复杂，使得组培育 苗的风险大，生产出的苗木成本相对较高，该项成果难以迅速推广应用。针对这些实际 问题，除了熟练掌握组培技能的专业人员，从操作规程上

　　18、减小污染，提高成品率外，许 多学者还从培养基的成分和培养条件方面开展研究，来降低成本bob.com。宋锋惠32等人研究了简化培养室条件，例如采用大玻璃窗的自然光代替日光灯，不 仅有利于植株的生长，还可以减少设备投入和节约电能；让试管苗经过连续黑暗培养， 使得可利用的嫩枝数量和生根率得到了提高，减少了诱导的培养时间，并节省了电能， 同时，叶片形状极小，可减少在接种时因叶片的相互缠绕而引起的污染。在培养基的成分方面，减少其中的有机物成分，既不影响试管苗的增值，还可以抑 制细菌的生长，减少细菌污染；采用液体浅层培养代替固体培养，省去煮琼脂的电能消 耗，而且等量培养基分装的瓶数比固体更多，在进行大量生产时对降低成本

　　19、有实用价值。 祁彦丰等33 通过用雨水、自来水、蒸馏水配制培养基进行马铃薯的培养试验，发现雨水 培养基利于发根，根多而长、叶片数多、植株深绿、生长健壮，有利于移栽。但是，有 些工业地区的雨水会对植物的生长产生不利影响，不能用来配制培养基。李孟超34 发现， 在不加蔗糖的情况下，在相同的基本生根培养基上，火鹤的继代苗生长良好，根、茎、 叶、株高等的生长情况与加蔗糖处理的基本一致，且移栽后成活率和新生叶片数都高于 对照。3展望虽然组培育苗存在成本高、技术复杂等问题，对某些植物还不能得到两全其美的组 培技术，但随着科学技术的不断发展，组培育苗将在未来植物繁殖中占有重要的地位， 其发展趋势将向以下几个

　　20、方向发展：一是利用组培技术育苗的植物种类在不断增加，如果树、蔬菜、草坪草、花卉、香 料植物、药用植物、茶叶、农作物等等，既有草本又有木本的，并且向简化组培程序、 降低组培成本的方向发展，例如：用全自然光代替人工光照的组培育苗技术，使组培育 苗的成本大幅度降低，新药品、新方法的运用将使传统的组培技术得以改进，使组培育 苗技术更经济、更实用。二是组培技术不断提高，由最初的茎尖快繁到花药培养、胚胎培养、原生质体培养、 体细胞杂交等。三是组培技术的作用在不断扩大，由植物的简单繁育到突变体选育、种植资源保存 等。四是逐渐向自动化方向发展，随着现代化温室在我国的应用及环境控制水平的提 高，组培育苗将与现代

　　21、化温室、电脑自控调节等手段相结合，使其效率更高。4参考文献：1徐忠东.植物组织培养生产药物研究进展J.生物学杂志，2001，18(6)： 1314.2彭爱红，何永睿，邹修平，等.观赏植物组织培养与基因工程研究进展J.亚热带植物科学，2002, 31(2)： 5863.3郑企成，白新盛，刘录祥.浅议我国农作物细胞工程育种J.农业生物技术学报，2000，8(增刊)：7477.4李思经.国际农业生物技术进展M.北京：中国农业科技出版社，1997. 5.5孙勇如，安锡培.植物原生质体培养M.北京：科学出版社，1991. 2.6邢建民，赵修德，李茂寅，等.植物细胞培养生产黄铜类化合物研究进展J.生物工程

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