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植物组织培养的应用和展望

时间:2013-12-09


植物组织培养的应用和展望
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(2) 、一些生产用苗量大,需进行无性系繁殖的品种。 (3) 、对一些繁殖系数低,特别是不能用种子进行繁殖或经种子繁殖后 常丧失其优良特性的植物。 (4) 、对一些难繁殖的名贵植物品种。 (5) 、少量脱毒良种苗的快繁和无毒苗大量繁殖。 (6) 、特殖育种材料、制种材料。 (7) 、基因工程植株。 (8) 、自然和人工诱导有用突变体。 (9) 、离体保存种质。 (10) 、新发现的、稀缺的、珍贵或稀有植物材料、濒危物种。 1.2 无毒苗木培育 农作物有不少种类都带有病毒,严重影响了作物的产量和品质,给农 作物生产带来重大的损失。特别是有些无性繁殖的植物。如马铃薯、草莓、 大蒜、康乃馨等,由于这些植物的病毒是通过植物组织内部的维管束传到 的。因此利用这些植物的营养器官繁殖,就会把病毒带到新的植物个体上 发生病害。但是已经证明感病的植株并不是每个部位都带有病毒,茎尖生 长的细胞未分化成维管束的部分,可能不带病毒,因此进行茎尖培养再生 植株有可能不带病毒,从而获得脱病毒的苗。但必须通过鉴定确证不带病 毒才有效。 1.2.1 茎尖培养脱毒原理 目前,茎尖分生组织培养在草本植物应用较多,而在木本植物应用甚 少。茎尖外植体的大小与脱毒效果呈负相关,茎尖越小,去除病毒的效果 越好。而茎尖培养的成活率则与茎尖大小成正相关。所以应用中既要考虑

摘要:组织培养作为一种有效的技术手段已被广泛应用于生产实践的各个 领域。本文从植物组织培养技术的应用现状,指出植物组织培养在植物学 研究、育种学研究的基础地位。同时通过对植物组织培养中存在的问题进 行分析提出了我国植物组织培养的发展对策与展望。 关键字:组织培养;应用;前景展望 自从 1902 年德国科学家 Gottlieb Haberlandt 提出植物细胞全能性理论 后,细胞全能性研究逐渐成为生物学研究领域的热点,而建立在细胞全能 性基础上的植物组织培养技术从此逐渐兴起的发展,近年来,植物组织培 养技术作为一种基本的试验技术的基础的研究手段,显示出巨大的应用潜 力。 1.植物组织培养的应用 植物组织培养作为一项高新技术,应用前景十分广阔,在科技发展的 时代,植物组织培养应用到很多方面。它是在无菌条件下,将离体的植物 器官(如形成层、花药组织、胚乳、皮层等) 、细胞(如体细胞、生殖细胞 等) 、胚胎(如成熟和未成熟的胚) 、原生质体(如脱壁后仍具有生活力的 原生质体)培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱发产生 愈伤组织等,进而培育成完整的植株的技术。 1.1 植物的离体快繁 用植物组织培养方法快速繁殖农作物是组织培养应用在生产上成效最 显著地实例。离体快繁的特点是繁殖系数大,周年生产,繁殖速度快,苗 木整齐一致等,利用这项技术可以使一个单株一年繁殖几万到几百万个植 株。 以下几种情况采用组织培养快速繁殖,可以降低成本,提高效益。 (1) 、新育成的,新引进的,一些短期内大量急需生产的良种。

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脱毒效果, 又要提高其成活率, 通常以带 1-3 个叶原基的茎尖 (0.3-0.5mm) 作为外植体比较合适。

1.2.2 植物脱毒苗的鉴定 对于植物脱毒苗的鉴定,有指示植物、抗血清、电子显微镜鉴定等。 指示植物鉴定是常用的鉴定方法,它是利用病毒在感病的指示植物上出现 的枯斑和某些病理症状,作为鉴别病毒的依据。对通过汁液传播的病毒, 可采用汁液涂抹鉴定法,对不能通过汁液传播的病毒,则采用指示植物嫁 接法。常用的指示植物有:千日红、野生马铃薯、曼陀罗、辣椒等。一种 理想的指示植物应容易并能快速生长。具有适宜接种的大叶片,且能在较 长时间内保持对病毒的敏感性。 1.2.3 脱毒苗的保存 通过不同脱毒方法处理获得的植株,经过鉴定确定为无特定病毒者, 即为脱毒原原种。他只是脱除了原母株上的特定病毒,抗病性并未增加, 因而在自然条件下易受到病毒再侵染,而失其利用价值。同时受到自然条 件脱毒原原种易丢失,因此需将病毒原原种按照正确方法进行保存。保存 方法有:隔离保存、离体保存和生长抑制保存等。 1.3 培育新品种,创育新物种 许多植物如果进行远缘杂交,由于生理代谢等方面的原因,常使杂种 胚早起败育,因而得不到杂种植物。而在试管中进行胚培养,可使其顺利 生长,得到远缘杂种;通过花药培养获得单倍体植株,染色体加倍后获得 基因纯和的二倍体植株,及单倍体育种;培养的细胞处在不断分生状态, 它容易得到培养条件和外界的物理、化学等因素的影响而产生诱变,从中 可以筛选出对人们有用的突变体。 1.4 次生代谢物生产 利用组织或细胞的大规模培养,可以生产人类需要的一些天然有机化 合物,如蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱以及其他活性化合物。 因此,这一领域引起人们极大兴趣。如利用红豆杉愈伤组织与细胞培养生

产紫杉醇,培养的人参悬浮细胞来生产人参皂甙,这些都是昂贵的药物,
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已经成为培养植物细胞和组织的生物反应器。 1.5 人工种子 人工种子是指植物离体培养中产生的胚状体或不定芽,被包裹在含有 养分和保护功能的人工胚乳和人工种皮中, 从而形成能发芽出苗的颗粒状。 人工种子技术是在组织培养的基础上发展起来的新兴生物技术,具有可工 厂化大规模制备、储藏和迅速推广优良种质资源等优点。目前,橡胶树、 桉树、兰花、胡萝卜、小麦、杂交水稻等的人工种子已进入开发阶段。 人工种子的意义在于①人工种子结构完整、体积小、便于贮藏与运输,可 直接播种和机械化操作;②不受季节和环境的限制,胚状体数量多繁殖快, 利于工厂化生产;③利于繁殖生育周期长、自交不亲和、珍贵稀有的一些 植物,也可大量繁殖无毒材料;④可在人工种子中加入抗生素、菌肥、农 药等成分,提高种子活力和品质;⑤体细胞胚由无性繁殖体系产生,可以 固定杂种优势。但由于制作成本高,转化率低等问题仍处于探索阶段。 2.植物组织培养的研究进展 2.1 组培技术研究进展快速 在近十多年来,我国各地许多农业科研院所和高校都开展了植物组织 培养研究工作,对农作物、观赏植物、园艺作物、经济林木等上千种植物 进行组织培养取得了成功,同时在实践中总结出很多的经验。如郑文静等 较好的总结了植物组织培养中的常见问题和具体解决方法;吴毅明等在植 物组织培养的环境微生态的研究中用通透性好的化学纤维、纸卷、蛭石、 沙子等代替琼脂作培养基,可有效的改善根基环境,促进小植物生根;刘 思九采用的暴露培养法,即在敞口培养器中用特制的粉末状灭菌材料覆盖 培养基和外植体,使其不受污染,通过特殊装置补水,让组培苗暴露在室 内空气中生长,其长势优良,不炼苗即可移栽;肖玉兰等研究的无糖箱式

培养法 (培养基不放糖, 在培养瓶内用特殊装置输注如 CO2,然后加强光照
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高,生产效益较低。我国组培产业的研究和发展还有待进一步加强。 3.2 组培专业技术和管理 人员较少 在农业发达的国家和地区,组培技术人员都是经过严格培训出来的, 多者专业训练十几年,少的也有几年专业培训;而我国除少部分组培技术 人员有机会接受专业技术培训外, 大多数从事组培的人员都没有机会培训, 特别是能出国接受专业培训的微乎其微。在组培产业中,很少参与组培厂 管理和技术工作的人员都是工作后才真正接触组培,边工作边学习,而少 量专门从事组培研究的专家却不能直接参与正产和管理,使得技术和管理 不能有机地结合,从而影响了其产效。这些情况影响了我国组培技术的研 究和发展进程。 3.3 组培设施系统较落后,国际竞争力较弱 国外新型工厂化组培苗的生产,从培养基的制备、消毒、储存和植物 的接种、培养、观察等都是在无菌工作间进行的,这样大大降低了污染率, 提高了工作效率;而在国内,由于资金有限,除了在接种台上必须的无菌 操作外,其它的都是在自然空气中,加之培养室环境控制不好,故污染率 较高。在培养方式方面,发达国家采用穴盘纤维营养液无糖培养方式,有 效的降低了成本,其培养室内的光照、光质、光周期、温湿度、CO2 浓度 等全部采用自动控制,而我国多数还是采用基质容器的粗放培养。在日本 等国家接种上已投入能分清材料好坏的机器人操作,但我国至今还是人工 接种。这些因素影响了我国组培产业的国际竞争力。 4.我国植物组织培养产业发展的对策思考 4.1 加强宏观管理和知道,建立良好的生产秩序 首先调整生产方向,并选一些技术已成熟、难以繁殖或珍惜名贵品种 来繁殖或脱毒;规范生产和管理行为,要加强市场调研,根据市场的需求 指导确定不同作物的组培苗生产。并且做到加强技术交流与合作,提高组

3-5 倍,小植物能进行光合作用,自给养分) ,使植株生长量成倍生长,有 效的降低了生产成本。 2.2 组织培养设施不断改进,规模不断扩大 随着植物茎尖培养脱毒技术以及离体快繁技术日趋成熟,20 世纪 90 年代以来,全国各地相继建立了一批工厂化试管苗繁育基地。据不完全统 计, 我国目前约有两千多家组培室,在上千种植物中建立了组培再生技术, 年产组培苗几亿株。同时,随着组织培养规模不断扩大,国内比较的一些 组培公司如新会组培育苗厂、海南热带植物组织培养研究中心、海南万恒 种苗公司、杨凌农业高新技术开发区新建的组培中心等设施不断改进。目 前,新会组培公司的生产线已达半自动化,万恒种苗公司也从国外引进了 高新技术和设备。这些组培厂年产种苗数千万株,极大的满足了市场的需 求。 2.3 积极寻求开展同国内外组培技术的交流合作 对外开放以来,我国各农业科研院所、高等院校和组培中心在组织培 养技术领域积极开展对外的技术交流与合作,借鉴和学习荷兰、美国、加 拿大、英国等组培产业发达国家的成功经验,从而使国内组培产业得到了 较大的发展。 目前我国的组织培养技术相对于国外来说还只是边摸索边应用的阶段,一 3.我国植物组织培养中存在的主要问题 3.1 组培技术尚不完全成熟,组培投入成本较高,效益较低 有些组培关键的技术问题尚未能克服,如组培苗的污染、褐化、玻璃 化问题以及繁殖系数较低等技术未能达到理想效果,有些国内外热销的植 物品种因技术体系不完整而不能进行规模化生产。同时,由于植物组培生 产要求组培设施、仪器设备较完整,需较大投资,在生产过程中水电费较

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培科技水平;引进外资,改善组培设施系统,提高组培规模化生产水平。 5.植物组织培养的前景展望 虽然组培苗存在成本高, 技术复杂等问题, 但随着科学技术的不断发展, 培养技术将不断改善,同时对组织培养技术过程产生的一系列问题进入深 入研究,使存在的问题最小化。总之,植物组织培养作为生物科学研究和 生产实际应用的一门基本技术,终将与生物新技术结合,成为连接宏观和 微观研究的一座桥梁, 成为生物技术中应用最广、最具有现实价值的技术。 【参考文献】 [1]利容千、 王明全等.植物组织培养简明教程[M].武汉:武汉大学出版社, 2004,8:11-15. [2]张东方.植物组织培养技术[M].哈尔滨: 东北林业大学出版社, 2004, 7: 4-8 [3]王蒂.植物组织培养[M].北京:中国农业出版社,2004,6:7-1 [4]曹春英.植物组织培养[M].北京:中国农业出版社,2006,2:9-11 [5]郝玉华.我国植物组织培养的发展现状与前景展望[J].江苏农业科学, 2008(4) :20-23 [6]胡选萍.我国植物组织培养研究进展[J].安徽农业科学,2008,36(10) : 4095-4097 [7]王勇智.浅谈我国植物组织培养的发展现状及展望[J].大江周刊· 论坛, 2011(4) :58-59 [8]王鲁彤.浅谈植物组织培养技术存在的问题与应用[J].现代农业科学, 2009,16(8):4-5 [9]盛玉婷.植物组织培养技术及应用进展[J].安徽农学通报,2008,14(9) 45-47 [10]张国强, 翟秋喜.我国植物组织培养技术的发展及展望[J].安徽农业科

学,2006,34(16) :3893-3895
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