植物组织培养英文文献400分
R.丹尼尔·莱恩伯格
园艺教授
德州农工大学。m大学
德克萨斯州学院站，邮编77843
农校园艺学(商业规模经营)的站长目前正在进行苹果、海棠、杜鹃花和一些其他选定的木本物种的大量繁殖。这项最新研究的目的是简要检查“正在做什么”,并探讨“能做什么”,关于观赏植物的组织培养。这种考虑必然包括作为繁殖工具的组织培养的概述。然而，植物组织培养的主要影响不是在微繁殖领域，而是在细胞水平上以组织培养技术引入之前不可能的方式对植物进行控制操作的领域。
微繁殖的艺术和科学
在应用于这一过程的所有术语中，“微繁殖”一词最能表达当今应用最广泛的组织培养技术的信息。前缀“micro”通常指用于繁殖的组织的小尺寸，但也可以指由此产生的植物的尺寸。
微繁殖允许在相对短的时间内从小块的原植物中产生大量的植物。根据所讨论的物种，原始组织块可以取自茎尖、叶、侧芽、茎或根组织(图1)。在大多数情况下，原始植物在加工过程中不会被破坏，这对于稀有或不寻常植物的所有者来说是一个相当重要的因素。一旦将植物置于组织培养中，侧芽和不定芽的增殖(图2)或直接从愈伤组织分化出芽(图3)，导致可用于生根的芽的数量大大增加。许多物种的有根“微插条”或“小苗”已在生产中建立起来，并已成功地在容器或田间种植中生长。从这些试验中吸取的两个最重要的教训是，这种方法是一种加速无性繁殖的手段，并且通过这些技术生产的植物对任何自根无性繁殖的植物都有相似的反应。微繁殖提供了几个传统繁殖技术所不能提供的明显优点。一个外植体可以在不到一年的时间里繁殖成几千株植物。对于大多数物种，获取原始组织外植体不会破坏亲本植物。一旦建立，活跃分裂的培养物是微切割的连续来源，其可以导致在温室条件下的植物生产，而没有季节中断。使用微繁殖的方法，苗圃工人可以快速引入足够数量的精选的优良观赏植物无性系，以对园林植物市场产生影响。
通过组织培养进行植物改良
在介绍这项最新研究时，提到了组织培养技术的主要影响不是在微繁殖领域，而是在细胞水平上对植物种质进行控制操作的领域。到目前为止，已经用一些模式系统证明了对高等植物的成分进行无序化、重排和重组的能力，但是这种基础研究已经在观赏树木和灌木上进行，目的是获得新的和更好的景观植物。
选择具有增强的胁迫或害虫抗性的植物
也许当今组织培养研究最多的领域是通过组织培养选择抗病、抗虫或抗逆植物的概念。正如通过选择和繁殖优良的个体，许多物种的适应性得到了显著的提高一样，利用体外系统可以极大地加速对这些优良个体的研究。这种系统可以试图利用已知发生在植物中的自然可变性，或者可变性可以由已知引起突变的化学或物理试剂诱导。
所有熟悉芽运动、杂色叶和其他类型的嵌合体的人都对植物基因组成或表达的自然可变性有所欣赏。嵌合体是可见的改变的细胞表达，但是对于观察到的每一种，可能存在更多的差异，但是被植物的整体组织所掩盖。例如，即使在耐寒的物种中，某些细胞或细胞群也可能耐寒。然而，因为大部分有机体被霜冻杀死，耐受细胞最终死亡，因为它们不能在没有组织植物的剩余部分的情况下支持自己。在试管中生长的植物组织可以通过愈伤组织的形成从整个植物的组织中释放出来。如果将这些细胞群进行阿根选择试验，如冷冻，那么那些耐受的细胞可以存活，而所有易感的细胞将被杀死。这一概念可应用于许多类型的胁迫以及对真菌和细菌病原体和各种类型的植物毒性化学剂的抗性。选择这种抗性细胞系的目标是从它们中重组整个植株，其将保持所选择的抗性(图4)。目前在该领域的研究跨越了许多兴趣，包括试图选择耐盐的番茄品系、抗冻的烟草植物、抗除草剂的农作物和具有增强的病原体抗性的各种植物。想象一下，如果你愿意，一个耐火的巴特利梨，一个碱性土壤的针栎无性系，或者一个选择南方木兰耐寒到第四区的影响！
组织培养和无病原体植物
植物组织培养特别适合的另一个目的是获得、保持和大量繁殖无特定病原体的植物。无害虫植物索引背后的概念与使用组织培养作为选择系统的概念密切相关。物理上选择已知不含所考虑的病原体(病毒、细菌或真菌)的植物组织作为组织培养的外植体。在大多数情况下，选择快速伸长的茎尖的顶端圆顶(图5)。允许它们在体外培养的无菌条件下扩大和增殖(图6 ),并对产生的小植株进行病原体存在的检测(称为索引的程序)。暴露病原体存在的培养物被破坏，而那些被索引为无病原体的培养物被保留作为无病原体材料的储备。类似于这些的方法已被成功地用于获得许多物种的无病毒植物和已知患有某些叶斑病的物种的无细菌植物。获得无病原体苗木的影响只能是推测性的，因为很少有研究记录通过木本观赏植物繁殖传播的病毒、细菌或真菌疾病。
体细胞杂交
融合来自可能不相容物种的植物细胞作为有性杂交的能力，以及植物细胞吸收和整合外源遗传密码的能力，将通过组织培养进行植物修饰的领域扩展到想象的极限。大多数这样的操作是用植物“原生质体”进行的。原生质体是通过酶处理剥离了细胞壁的单细胞。在这种条件下处理的一片叶子可能会产生数千万个单细胞，理论上每个单细胞最终都能生成一棵完整的植物。这一概念引发了各种各样的猜测，一方面是获得固氮玉米的可能性，另一方面是发现一种开黄花的非洲紫罗兰。
为这项研究的大部分提供动力的观察结果是，当细胞被剥去细胞壁并紧密接触时，它们倾向于彼此融合(图7)。这种“体细胞杂交”不会遇到限制传统植物育种策略的不亲和性问题。可以想象，一个人可以将六月莓与海棠或李子杂交，但证明这一事件所需的基础研究尚未进行。
在矮牵牛属和烟草属中已经证明了体细胞杂交产生新的遗传物质组合的潜力。由威斯康星大学园艺研究所部分资助的研究正在调查将这种技术用于木本物种的可行性。Brent McGown及其同事已经成功地从桦树和杜鹃花的组织培养物中获得裸细胞，但迄今为止，他们既没有从单细胞获得植物，也没有实现细胞融合。然而，这一领域的进一步研究有望对我们的木本植物多样性概念产生巨大影响。与融合植物原生质体的想法一样引人注目的是将外来遗传物质纳入植物细胞遗传密码的想法。这种转化已经在所谓的“基因拼接”实验中进行，在该实验中，制造胰岛素的信息被整合到细菌中。不仅所需的信息被传递给下一代细菌，而且细菌培养物也成为胰岛素的合成者。可以让植物细胞接受外来的遗传密码，但是没有证据表明这种遗传密码可以传递到子细胞中并发挥预期的功能。举例来说，如果把积累很高糖分的遗传信息整合到一个糖枫树克隆中，会怎么样？一个人可以想到足够的如果在这一类填充严重的卷！
摘要
植物组织培养研究是多维的。虽然大多数苗圃主已经了解了微繁殖的技术和优点，但是很少有人冒险使用它作为繁殖工具。木本树木微繁殖的适用性已被证明是可行的，因为该技术的所有方面都证实了这样一个事实，即通过这种方法生产的树木看起来和生长起来与通过传统克隆方法生产的树木相似。
组织培养研究的其他方面不太为人所知。选择无病原体植物的潜力，选择耐胁迫和抗病原体植物克隆的潜力，以及通过体细胞杂交实现的新的遗传组合都是可以对苗圃产业产生深远影响的研究方向。