植物组织培养论文

植物组织培养的前景

园艺植物组培苗的工厂化生化能力可以快速将优良品种转化为现实生产力,在遗传育种、种质资源保护、次生代谢物利用等方面也将具有巨大的发展潜力。只要选择优良品种,布局合理,节约成本,组培产业就会有蓬勃的发展,前景广阔。

2.1花卉产业是21世纪的希望产业,是社会经济发展和文明的重要标志。目前,中国对花卉的需求正以每年35% ~ 40%的速度增长。在花卉生产中,苗木质量在栽培和生产中的重要性日益明显,因此工厂化生产花卉苗木是花卉苗木生产的主要方式。

2.2蔬菜种苗生产及脱毒马铃薯、食用百合、大蒜等。是人们餐桌上的主要蔬菜,消费量和种植面积都很大,也是我国出口创汇的主要品种。随着种植年限的增加,这些品种易受病毒侵染,产量和品质逐年下降。利用组织培养和脱毒技术可以快速恢复品种,提高生产力。

2.3瓜果组培苗工厂化草莓果实中所含的鞣花酸具有抗癌作用,且草莓易栽培,产量高,经济效益好,因此在江浙一带发展迅速。但草莓容易感染各种病毒病,病果畸形、品质差,产量普遍降低30% ~ 80%。草莓脱毒苗热处理结合分生组织培养可增产1000 kg/667m2,品质也有较大提高。甜瓜因其肉质脆嫩、香气浓郁、口感香甜而深受人们喜爱,效益较高,但长期种植会使品质退化和混杂。可从田间健壮植株上取嫩芽作为外植体,生产出优良的幼苗,其生产特性优于种子苗。虽然它们具有前期滞苗长、生长势弱的特点,但滞苗后的种子苗生长较慢,后期可超过种子苗,且苗期较短,开花结果期提前,整齐度大大提高,瓜类产量明显提高,收集植株的优良特性完全保持,无退化和变异。欧美葡萄是目前最受欢迎的葡萄品种,果实大,甜度高,价格高,经济效益高。如果将组织培养和快速繁殖技术用于大规模生产,将会有很好的发展前景。

植物组织培养在园艺植物中的应用:

在植物组织培养中使用脱毒技术可以大大提高园艺植物的产量和品质。许多农作物被病毒感染,产量和质量下降。一些出口创汇作物,如大蒜、百合和薄荷,已经失去了在国际贸易中的竞争优势。通过使用无病毒技术,产量可以大大增加。蒜头直径从4.7cm增加到7.2cm,增加了2.5cm,蒜头重量从29.2g/个增加到75.8g/个,平均增重近46g/个。脱毒后草莓产量提高20% ~ 30%,品质得到改善,脱毒苗长势快,茎叶粗壮,抗病,耐高温,抗寒性强,寿命延长。美国试管生产脱毒马铃薯种子,1b种子可替代1t种薯。这项成果每年赚取2亿美元。近两年,我国生产并推广了脱毒马铃薯,解决了马铃薯退化问题。主产区推广脱毒种薯66.67万hm2,增产30% ~ 40%,年增收2.5亿元。脱毒马铃薯已在日本、荷兰、越南等国家广泛使用。日本脱毒草莓种植面积达到113300 hm2,占总生产面积的80%以上。产量提高15% ~ 30%,可增加产值11亿日元。

植物组织培养和工业化生产发展迅速。由于繁殖周期短,繁殖系数高,不受季节限制,便于工厂化生产。80年代初,利用植物组织和细胞培养技术在世界范围内形成了一个新的产业,如美国的兰花试管苗生产和荷兰的花卉试管苗生产。

单倍体育种是通过花药或花粉离体培养诱导单倍体植株,然后使其染色体加倍,获得纯系。该技术在作物育种中的应用可以加速纯合,减少假选择,缩短育种周期。花药培养自20世纪60年代获得植株以来,发展迅速,成绩斐然。一是获得小麦、玉米、橡胶、柑橘等作物10多株,培育出水稻新品种新秀、冯丹1、华育1、中华诺等50多个小麦、水稻、烟草新品种。中国科学院李梅芳作物研究所培育。北京农科院培育,吉吉林农科院培育。小麦品种京华1、裴华L、京华3号等。在生产中得到广泛应用,其中小麦品种京华3号推广面积达6万hm2。

选育玉米自交系通常需要连续自交多代,耗费大量人力物力。用花药培养单倍体植株,然后通过染色体加倍可以获得纯合的近交系。广西农业学校1983利用这一技术育成了自交系华83-2。我国已获得100多个玉米花培纯系,并为生产准备了优良组合。

以单倍体植株为诱变材料,无论突变是显性还是隐性,我们都可以看到,一旦选择出优良的突变,染色体加倍就可以获得纯系,可以提高诱变育种的效果。

目前,花药培养技术已成为加快育种进程的有效手段,人们正在更深入地研究这项技术。魏小平等实验表明,在愈伤组织诱导阶段添加CPPU可以提前小麦花药愈伤组织的诱导时间,对难以培养的材料有显著的诱导效果,诱导出的愈伤组织容易分化成绿苗。辽宁省盐碱地利用研究所的试验表明,在水稻MS分化培养基中添加适量的多效唑可以提高绿苗的分化率和秧苗素质。王佩等人发现,染色体的加倍时期对冬小麦花粉植株的结实率有影响。

远缘杂交育种远缘杂交的亲本在遗传特性上存在显著差异,往往导致杂交不亲和或杂交胚胎发育不完全,中途死亡。远缘杂交不亲和性可以通过子房和胚胎的体外培养以及体外受精来克服。如果在杂种胚胎发育的适当阶段取出胚胎,进行体外培养,就可能获得杂种幼苗,获得远缘杂种后代。目前,已成功培育并应用于作物育种或生产的植物超过100种。比如日本育成的大白菜和甘蓝的杂交种白蓝,兼具双亲的优点。中国农业科学院作物所用类似的方法获得了小麦和玉米的杂交植株。方志远,中国农业科学院蔬菜花卉研究所等。通过幼胚培养获得了1和1、2、3、4代萝卜和甘蓝材料。北京市农林科学院利用胚培养技术培育出早3号早熟桃,比其亲本早熟半个月左右。组织培养用于远缘杂交创造新的种质资源,在小麦和蔬菜中较好,在水稻中较少,应加强。

克隆变异的筛选系统细胞在体外和体外培养前会发生各种变异,可以筛选出优良的克隆变异,培育出新品种。如果植物组织细胞的某一部分存在变异,可以将这部分分离出来进行体外培养,获得再生植株,然后培育成品种。在培养基中施加一定的选择压力来筛选克隆变异培养的新品种已经在许多作物中获得成功,并且这项技术特别适用于抗性育种。河北师范大学生物系利用小麦成熟胚诱导愈伤组织,然后转移到含0.5%氯化钠的培养基上进行耐盐性筛选,再转移到盐分化培养基上,获得小麦耐盐突变体RS8901—17。经鉴定,连续三年耐盐性为一级,短而高产。山东省农业科学院原子能研究所利用γ射线辐照小麦幼胚进行愈伤组织离体培养,选育出高产优质的体细胞无性系变异新品种和盛2号。与常规突变相比,在个体水平上进行无性系变异的突变,具有突变频率高、稳定性快、室内操作可控、节省人力、物力和财力、提高选择效率等优点。

组织培养适用于脱毒苗的培养和快速繁殖

脱毒植株是通过植物生长点组织培养获得的,国外在20世纪50年代培育并投入生产,我国在70年代就开始了这方面的试验,马铃薯脱毒苗的栽培面积已占全国总面积的1/10,脱毒苗的产量普遍提高了50% ~ 100%目前,为了提高脱毒效果,降低成本,人们正在探索更有效的脱毒技术和种苗繁殖技术。

经济作物和观赏植物的快速繁殖变得越来越热。许多珍贵的花卉因种子败育,扦插成活率低,难以繁殖。组织培养的应用可以快速繁殖和大量生产,提高经济效益,保存优良品种。在美国、新加坡、泰国建立了数十家兰花快繁工厂,在日本草莓试管苗种植面积已超过11,000 hm2。据1990统计,我国快繁植物有443种,超过1000家机构采用快繁技术进行工业化大规模商品生产,包括月季、菊花、非洲紫罗兰、蝴蝶等。

组织培养用于保存种质资源和建立基因库。

生物的保存引起了许多研究者的兴趣,包括原核生物、植物和动物材料的保存。种质保存的目的是保证有用的种质在任何时候都能有生命力。组织培养可以安全地保存植物的细胞、愈伤组织或分生组织,保存若干年后仍能稳定地产生再生过程。通过无性繁殖保存作物,尤其是热带作物,已经成为一种迫切的要求。此外,由于自然和人为的破坏,许多具有或可能具有育种价值并能成为基因库的品系正在消失,通常需要保存农作物品种、亲本株系和突变株系。组织培养在植物生长和基因型保存方面优于大田繁殖,节省土地、劳动力和能源。组织培养材料体积小,对于冻融后仍能存活的细胞,有利于低温或超低温长期保存。种质资源的保存和基因库的建立在育种工作中非常重要。