技术培养的意义
在世界各国科学家的不断努力下，近几十年来植物组织培养技术发展迅速。利用组织培养，不仅可以产生大量的优良无性系，而且可以获得人类需要的各种代次
得益于物质，还可以获得单倍体、三倍体、多倍体和非整倍体。细胞融合可以打破种属界限，克服远缘杂交的不亲和性，在植物新品种培育和种质改良中发挥巨大作用。植物细胞的组织培养是在细胞水平上进行分析和研究的理想材料。从植物快速繁殖和花药培养到细胞器培养、原生质体融合和DNA重组技术，植物组织培养技术已广泛应用于植物科学和农、林、工、医等行业的各个领域，成为当代生物科学中最具生命力的学科。
1植物组织培养的基本概念、原理和实验步骤
1.1概念
植物组织培养是一种分离植物器官(根尖、茎尖等)的技术。)、组织(形成层、花药组织等。)、细胞(体细胞、生殖细胞等。)、胚(成熟或未成熟胚)、原生质体等。在无菌条件下在人工配制的培养基中培养，并给予合适的培养条件以诱导它们产生愈伤组织或潜伏芽或生长成完整植株。
1.2原则
植物组织培养的基础是植物细胞的“全能性”和植物的“再生”。1902年，德国著名植物学家g·哈伯兰特(G. Haberlandt)基于细胞学理论提出了一个观点，“高等植物的器官和组织可以不断分裂，直到一个单细胞，即植物体细胞，在适当的条件下具有不断分裂、繁殖和发育成一个完整植株的潜力”。1943年，美国怀特偶然发现烟草愈伤组织中有芽的形成，证实了G. Haberlandt的论点。
不同的植物需要不同的生长条件，使用的培养基也不同。常用的基础培养基有MT、MS、SH、N6、White等。在组织培养中，能否形成愈伤组织和胚状体是培育新植株的关键。在基本培养基中添加一定浓度的外源激素，可以诱导出愈伤组织、胚状体、不定芽、根等器官，最终获得再生植株或次生物质。
用于植物组织培养的材料称为外植体，其主要形式有器官、胚、单细胞、原生质体等。根据外植体的不同，培养基的种类、培养条件、外源激素的种类和比例也不同。在植物组织培养中，影响培养能力的因素很多。诱导愈伤组织成败的关键在于培养条件，而植物激素是诱导愈伤组织和绿苗分化的关键因素。
IAA、NAA和2，4-D是诱导愈伤组织最常用的生长素，所需浓度为0.01 ~ 10 mg/L，最常用的细胞分裂素是KT和ABA，使用浓度为0.1 ~ 10 mg/L，KT的主要作用是促进细胞分裂和愈伤组织分化。ABA在植物体细胞胚的发生和发育中起着重要的作用。虽然各种植物激素的生理功能是相对专一的，但植物的生理效应是不同种类激素之间相互作用的综合表现。
1.3测试程序
1.3.1培养基的选择和配制在植物组织培养中是“血液”，血液的组成和供应直接关系到培养物的生长和分化，所以了解培养基的组成、特性和配制非常重要。
1.3.2灭菌是组织培养中的重要工作之一，通常采用物理或化学灭菌方法。培养基用常压或高压蒸煮等湿热灭菌，仪器用燃烧灭菌，玻璃器皿和耐热器皿用干热灭菌，不耐热物质用过滤灭菌，植物材料表面用消毒剂灭菌，物体表面用化学喷雾灭菌，接种室等空间用紫外线或熏蒸灭菌。
1.3.3接种将消毒后的根、茎、叶等离体器官切段或切成小块，放入培养基中。整个接种过程应在无菌条件下进行。
L.3.4培养将培养物置于具有一定光照和温度条件的培养室中，使其生长、分裂和分化，形成愈伤组织或进一步分化成再生植株。
1.3.5驯化移栽试管苗是在特殊环境条件下生长的苗，与自然生长的有很大区别，只有驯化适应自然环境后才能移栽。
2植物组织培养的应用
2.1植物快速繁殖和脱毒苗生产
植物快繁技术始于20世纪60年代，法国的羊肚菌通过茎尖培养成功大量繁殖兰花，拉开了植物快繁技术研究和应用的序幕。目前有65，438+0，000多个科，65，438+0，000多种，其中部分已经发展成为商品。世界上80% ~ 85%的兰花是无病毒的，通过组织培养快速繁殖。栽培的植物种类从观赏植物逐渐发展到园艺植物、大田作物、经济植物和药用植物。在中国，类似的研究始于20世纪70年代。生产中已大面积种植无毒马铃薯种子和甘蔗苗，已有30多种植物大规模生产或中间试验。利用组织培养进行植物快速繁殖和脱毒苗生产，不仅可以拯救和珍惜濒危物种，还可以解决野生植物资源缺乏的问题。
2.2植物花药培养和单倍体育种
将植物花药培养成单倍体植株，然后染色体加倍后可以很快获得纯合的二倍体，这将大大缩短育种周期。迄今为止，世界上已经通过花粉和花药培养获得了数百株植物的单倍体植株。印度科学家用这种方法培育的水稻品系比对照增产15% ~ 49%。韩国培育了5个优质、抗病、抗倒伏的水稻品种。自20世纪70年代以来，中国已经培育了40多种由花粉或花药发育而来的单倍体植株，其中65，438+00多种为中国首例。在玉米中获得了100多个纯合自交系。橡胶获得了二倍体和三倍体植株。仅“九五”期间，就培育出高产、优质、抗逆、抗病的农作物新品种44个，种植面积超过660万hm2。
2.3植物胚培养
在杂交育种中，杂交胚胎经常会流产，因此可以通过取出早期生长的胚胎并应用组织培养方法来培养杂交植物。已经有超过100份关于将未成熟胚培养成植物的报告。国内外科学家利用植物胚培养技术获得了多种远缘杂交的重组、培育和杂交品种。
2.4植物愈伤组织或细胞的悬浮培养
用于预防和治疗疾病的植物次生代谢产物可通过植物愈伤组织或细胞的悬浮培养来生产。近年来，这一领域发展非常迅速。研究了400多种植物，从培养细胞中分离出600多种次生代谢产物，其中60多种在含量上大于或等于原植物，20多种在原植物干重上大于19，6。例如，从甘薯的愈伤组织和悬浮细胞中产生的薯蓣皂苷元用于合成类固醇药物。最近抗癌药物紫杉醇-红豆杉的细胞培养可以在75t发酵罐中培养，已经达到商业化生产的水平。此外，紫草、人参、黄连、天竺葵等。已经达到商业化水平。长春花、毛地黄和烟草已经产业化；牙签草、红花等20多种植物正在向商业化过渡。
2.5细胞融合和原生质体培养
从1960开始，英国学者Cocking首次成功地从番茄幼苗根部分离出原生质体。到1990年，已有100多种植物原生质体再生植株。我国已获得30多个品种的原生质体再生植株，包括重要的粮食作物和经济作物，如大豆、水稻、玉米、小麦、谷子、高粱和棉花。木本植物、药用植物、蔬菜和真菌的原生质体培养进展也很快。国外已获得种内和种间体细胞杂种植株。植物原生质体培养还可以应用于外源基因转移、无性系变异和突变体筛选的研究，因此受到越来越多的关注。
2.6植物细胞突变体的筛选
植物细胞突变体的筛选从1959开始，G. Melchers在金鱼草悬浮细胞培养中获得了温度突变体。在1970中，P.S.Carlson、H.Binding和Y.M. Heimer分别分离出烟草营养缺陷型细胞、矮牵牛链霉素抗性细胞系和烟草苏氨酸抗性细胞系。迄今为止，已从不少于15个科的45个物种的植物细胞培养物中筛选出100多个植物细胞突变体或变异体。这些包括抗病细胞突变体，如抗叶斑病的玉米突变体和抗黑星病和根腐病的小麦突变体；对氨基酸及其类似物有抗性的细胞突变体，例如甘蓝型油菜中的HYP抗性突变体[263；抵抗逆境胁迫的细胞突变体，如水稻的耐盐突变体和小麦的耐盐突变体；除草剂抗性细胞突变体和营养缺陷型细胞突变体，例如玉米除草剂抗性突变体；筛选植物高度突变体，如水稻矮秆突变体。
2.7植物体细胞胚和人工种子
1958年，Reinert首先在胡萝卜的组织培养中发现了体细胞胚(胚状体)。据不完全统计，能大量产生胚状体的植物有100多种，隶属于43科92属。一些重要的作物，如水稻、小麦、玉米和珍珠谷，也可以通过离体培养产生胚状体。这些胚状体被海藻酸钠等包埋。添加人工种皮，形成人工种子。人工种子的优点是:繁殖快，成苗率高；不受气候影响，一年四季都可以工业化。80年代初，美国、日本、法国等国相继开展了人工种子的研究，我国也在七五期间开展了这项研究，列入国家“863”高技术研究发展计划1987。
2.8植物组织细胞培养物的超低温保存和种质库的建立
植物细胞全能性的发现和证实为植物种质资源的长期保存开辟了新的途径。利用液氮超低温保存技术可以保持较高的存活率，再生新植株，保持原有的遗传特性。如建立茎尖分生组织培养的超低温保存种质库，不仅可以防止种质的遗传变异和退化，还可以长期保存无病毒原种。
2.9植物组织培养和转基因技术的应用
我国第一个T-DNA插入突变体库的构建和研究，为我国水稻功能基因组学研究奠定了良好的技术和物质基础，为确保我国拥有一批具有自主知识产权的基因资源做出了积极贡献。与中国水稻研究所农业部水稻生物学重点开放实验室、中科院上海植物生理研究所合作，建立了大规模高效的农杆菌介导转基因技术体系，将玉米转座子AC-DS等外源基因导入水稻幼胚和种子诱导愈伤组织，获得1.2万个独立T-DNA插入株系，构建了水稻突变体数据库。
3展望
植物组织培养的研究和应用是20世纪科技进步的重大成就之一，为研究植物生长发育、抗性生理、激素、器官发生和胚胎发生提供了许多良好的实验材料和有效的途径。随着植物组织培养方法的不断改进，其应用范围也相应拓宽。由于组织培养是在人工控制下进行的，很容易掌握花芽分化和开花的原因；通过胚培养，可以获得杂交或近交物种；通过分离单倍体细胞，可以培养出纯合的二倍体菌株；提高育种的多样性，缩短育种时间；通过突变体筛选，提高植物品质，增强抗逆和抗逆能力，扩大植物生长范围；低温冷冻保存体细胞，建立基因库，达到保存物种的目的；获得具有较高药用价值和工业化生产的二次产品，加快药物生产的时间，减少单纯依赖天然植物的被动性。植物组织培养技术已经渗透到科研、生产和生活的各个领域，并将日臻完善。
黑龙江农业科学2006，(3)