基本介紹
- 中文名：組培植物
- 外文名：Tissue cultured plant
發展簡史,培養技術,培養基,培養方式,培養條件,套用,植物快速繁殖,植物品種改良,細胞大量培養,
發展簡史
1839年德國學者就指出，如果提供適宜的外界條件，多細胞有機體的每一個細胞都能獨立地發育。1901年美國遺傳學家第一次用全能性一詞來表示生物細胞獨立發育的能力。植物細胞全能性是指植物細胞在離開機體後可以在適宜條件下再生為完整的植株。1934年美國學者p.r.懷特第一次實現了離體根在人工培養液中的無限生長。1946年中國學者羅士韋培養菟絲子莖尖並觀察到花的形成。20世紀50年代法國r.h.韋特莫爾和g.莫雷爾從只帶有1～2個葉原基的莖尖獲得再生的無病毒植株，並將這一方法用於經濟植物的快速繁殖。1939年p.r.懷特和法國學者r.j.戈特雷分別從胡蘿蔔和菸草的形成層組織，誘導出一種設有特定形態結構和功能的組織，即愈傷組織，並發現生長素（吲哚乙酸）是誘導愈傷組織形成和維持其連續生長的關鍵因素。以後植物組織培養學家的注意力便集中於如何控制愈傷組織的器官發生和胚胎髮生。
1948年, 美國學者f.斯科格和中國學者崔發現在培養基中添加腺嘌呤可促使菸草愈傷組織產生不定芽，從而提出了特定的化學物質可以誘導器官發生的觀點。1955年，同一實驗室的c.o.米勒等發現了誘導芽形成效率更高的一種腺嘌呤衍生物──激動素，後來其他研究者發現了另外幾種。由於結合使用了生長素和細胞分裂素，植物組織培養學家不僅能夠有效地誘導各種植物的各種器官產生愈傷組織，而且能使培養的植物組織實現根和芽的分化，再生完整植株，迄今已得到植株再生的植物種類接近千種。
關於植物離體胚發生的研究，自從1925年德國f.萊巴赫將未成熟的亞麻屬種間雜種胚培養成植株以來，人們一直想找出能夠影響離體胚發育的活性物質。1934年，中國植物學家最先注意到銀杏的胚乳提取物能明顯促進人工培養的銀杏胚的生長和發育。7年以後j.van奧弗貝克發現椰子乳（未成熟椰子的液體胚乳）對未成熟的曼陀羅胚的離體發育具有更加明顯的促進作用。由於椰子乳容易取得，使用方便，後來被廣泛用作培養基中的一種添加物。1958年美國學者f.c.斯圖爾德用含椰子乳的液體培養基培養胡蘿蔔的細胞，使之長成胚狀體和小植株，首次用實驗證明了植物細胞的全能性。這一實驗也使人們想到在椰子乳中可能存在一種能夠誘導胚發生的物質──“胚胎因子”，但一直未能分離出這種物質。現在已能使百餘種植物的組織或細胞在離體培養條件下形成胚狀體。
1960年，k.貝格曼用平板法得到單細胞無性系（由單個細胞發育成的再生植株），為現代的單細胞突變體篩選奠定了基礎。同年庫金用纖維素酶除去，製備出大量的原生質體並開始進行原生質體培養。1971年，田中等首次從菸草原生質體培養出植株。1972年，a.j.卡爾森通過原生質體的融合得到了菸草屬種間的細胞雜種，開闢了體細胞雜交這一新領域。1964年，s.古哈和s.c.馬赫什瓦里用花葯培養的方法使曼陀羅的未熟花粉發育為單倍體植株。20世紀70年代，中國學者歐陽俊聞、朱至清、胡含、王敬駒、孫敬三等得到了小麥、小黑麥、楊樹等許多經濟植物的花粉植株，並首先用這種方法來選育農作物新品種。在這一時期，傳統的莖尖培養和組織培養技術也廣泛地用於快速繁殖各種花卉和林木，出現了工廠化育苗的新興產業。
誘導胚發生的因素不止一個，植物本身的特性、培養基的營養組成和激素平衡以及外界的物理條件等，都會影響離體細胞的胚發生。80年代中期，有人提出離體胚發生是由特定的基因控制的，外部因素通過對這些基因的表達的調節來影響胚狀體的發育。
培養技術
使離體的器官、組織和細胞能夠生長、增殖和分化的主要技術措施有：
外植體的消毒和接種 從植株切下的用於組織培養的器官或組織片稱外植體。它必須是無菌的，通常用次氯酸鈉或升汞溶液等消毒劑對培養的植物材料進行表面消毒，然後在無菌的條件下，例如在超淨工作檯中，將材料切割成大小適宜的外植體，然後種植到培養基上。
培養基
組織培養的基質。由細胞生長發育所必需的各種無機鹽（大量的微量元素）、有機營養物（胺基酸和糖類）、生物活性物質（維生素類）、植物生長調節物質（、細胞分裂素、等）、天然提取物（椰子乳和酵母提取物等）和水所組成。也可在培養基中加入瓊脂使之成為凝膠態的固體培養基。培養基的成分隨培養物和培養目的的不同可作適當的調整。除了培養基的化學成分外，還應考慮物理因素，特別是培養基的滲透壓。過高或過低的滲透壓都會使植物細胞受害乃至死亡。有時培養基中還加入甘露醇、山梨醇等作為專門的滲透劑來提高培養基的滲透壓。配製好的培養基需經過熱壓消毒或過濾消毒方可使用。
培養方式
不同的目的，採用不同的培養方式。①固體培養：將器官或組織置於固體培養基上培養。②平板培養：將細胞或原生質包埋在固體培養基中，在培養皿中做成平板進行培養。③液體培養：有 3種方式：浸沒在培養液中放置不動的靜止培養；將器官或組織（例如花葯）漂浮在液體表面的漂浮培養；將裝有培養液和培養物的培養器置於搖床或轉床上的懸浮培養。為了在顯微鏡下觀察和追蹤細胞的生長和分裂，可將細胞或原生質體接種在培養板的微室中進行微室培養，也可將含細胞的液滴滴在蓋玻片上，倒扣在凹玻片上進行懸滴培養。④滋助培養:將一張濾紙放在培養的愈傷組織上,在濾紙上接種培養物，利用愈傷組織的分泌物來滋助被培養的細胞。⑤發酵培養：為了工廠化生產，在發酵罐或生物反應器中大量培養植物細胞。⑥固相化細胞培養：把植物細胞粘附在一種支持物上，放置在生物反應器中，在流動的培養液中進行培養。
培養條件
培養物生長和發育需要適當的溫度、光照(或黑暗)和濕度。最適宜的溫度因植物種類而異，一般為25～30℃。光照強度因培養的目的而改變，光線的質量（波長）和光周期會影響細胞分化和形態建成，有時也需加以調整。對濕度的要求相對不嚴格。通常專門設計可以控制光線和溫度的培養室，小規模的組織培養可以在人工培養箱或人工氣候箱內進行。
套用
植物快速繁殖
也叫微繁殖。主要是利用器官、組織和細胞培養的方法快速、大量生產有經濟價值的試管苗，然後移入溫室或苗圃栽培，供應市場需要。如採用莖尖培養方法還可去除植物中所帶的病毒，大量生產無毒苗，改善苗木的質量，提高經濟產量。在馬鈴薯、蘭花和草莓等植物上已用此方法進行工廠化育苗。
植物品種改良
植物組織培養技術已滲透到傳統植物育種的每個環節，也是現代植物遺傳工程的一個組成部分。利用幼胚培養技術可以克服雜種不育，得到在自然條件下得不到的種間或屬間雜種。在品種間雜交中採用花葯培養方法可以控制雜種分離，提高選擇效率，大大縮短育種周期。利用組織培養中出現的自發變異和誘發變異能夠篩選出許多優質、抗病和抗逆的新品種。在進行基因工程時，必須以原生質體或懸浮培養的細胞體作為外源基因的受體，在導入基因後再通過細胞培養將它們培養成轉化了的再生植株，創造出新的品系。
