組織培養技術

組織培養技術是在人為創造的無菌條件下將生活的離體器官（如根、莖、葉、莖段、原生質體）、組織或細胞置於培養基內，並放在適宜的環境中，進行連續培養以獲得細胞、組織或個體的技術。這種技術已廣泛套用於農業和生物、醫藥的研究。

基本介紹

• 中文名：組織培養技術
• 外文名：Tissue Culture
• 條件：無菌的條件
• 所指：活器官置於培養基內培養成的細胞
• 廣泛套用：農業和生物、醫藥的研究

發展

美國在20世紀中期套用組培技術而獲得的芹菜苗已成功地取代了種子繁殖的傳統方法。中國21世紀初在番茄、辣椒、馬鈴薯、生菜、人參和果品生產中也已廣泛投產套用。

原理

植物組織培養的原理是細胞全能性。也就是說每個植物細胞里都含有一整套遺傳物質，只不過在特定條件下才會表達。

組織培養基於此原理就可以將已處於分化終端或正在分化的植物組織脫分化，誘導形成愈傷組織，再在愈傷組織上形成新的叢生芽。

培養過程中

1.愈傷組織的培養條件：必須無菌操作

2.材料：剛生長不久，具有高度分裂能力的莖尖，芽尖，感染病毒的機會很小

3.植物細胞全能性，確保組織能培養成植株。

4.在無菌操作室中完成接種工作，然後放於培養室[光照（日光燈照射），溫度（30度）]中培養。所以說完成操作後，在培養室中培養時就需要光照條件了。

改良作物

增加遺傳變異性

單倍體育種：通過花葯培養，從小孢子獲得單倍體植株，染色體加倍後獲得正常二倍體植株，這是一條育種的新途徑。單倍體育種可以縮短育種年限，節約人力物力，較快地獲得優良品種，21世紀初已有四十多種植物獲得了單倍體植株。中國在水稻、小麥、菸草、柏樹、橡膠、辣椒等植物的單倍體育種的工作上，處於領先地位。

胚培養、子房培養、胚珠培養：為了克服遠緣雜交的不親和性，可採用胚、子房、胚珠培養和試管受精等手段。最早成功的例子是兩個栽培種亞麻的雜交胚發生敗育，利用雜種胚培養克服了一些障礙，得到種子。在棉花、黃麻上獲得成功。從玉米的離體子房培養，經體外受粉可以得到種子。

突變體的選擇和套用：由於植物的單細胞培養成功，可以用這個方法誘發單細胞進行突變，通過篩選所需要的突變體，然後使細胞分化成植株，再通過有性世代使遺傳性穩定下來，這是從細胞水平來改造植物的一種途徑。除細胞外，愈傷組織、花葯、原生質體都可誘發突變。70年代以來，世界各國在這方面已有不少成功的例子，如：已選育出抗花葉病毒的甘蔗無性系，抗1-2%NaCl的野生菸草細胞株，抗除草劑的白三葉草細胞株等。

體細胞雜交和遺傳工程：自1960年以來用酶法獲得大量有活力的植物原生質體，現已從四十多種植物的原生質體產生出再生植株。通過異種原生質體的相互融合（即體細胞雜交）為植物育種工作開闊新的途徑。原生質體融合的工作自1972年Carlson在兩個菸草種間成功以來，21世紀初除種內與種間能獲得雜種植株外，在屬間甚至不同科的植物間亦做了許多工作，如菸草與大豆、菸草與天仙子、矮牽牛與小花矮牽牛、番茄與矮牽牛等都得到了雜種植株。

此外，通過原生質體融合，並以選擇胞質鏈黴素抗性做手段以轉移菸草的雄性不育性狀，或通過原生質體融合轉移胞質的抗林可黴素因子都得到成功。

原生質體沒有細胞壁，容易接受外來的引入物質。由於致癌農桿菌可以使多種植物形成腫瘤，以及已發現它所帶的Ti質粒可以有效的插入植物細胞的基因組中，所以一些研究者也構想能否以Ti質粒作為載體，與固氮基因重組後轉入植物的細胞中，如能實現將固氮基因轉到非豆科植物如水稻、小麥、玉米等作物中，則遺傳工程在創新植物類型上的前景，無疑是非常廣闊的。

繁殖植物

組織培養中從一個單細胞，一塊愈傷組織，一個芽（或其它器官）都可以獲得無性系。無性系就是用植物體細胞繁殖所獲得的後代。用植物組織培養技術繁殖的無性系可概括為五個類型：

原球莖：細胞或組織培養經原球莖途徑分化成植株。大部分蘭花屬於這一類型，即蘭花的各個部分的離體組織都能誘導形成原球莖，再經培養分化形成植株。

器官發生型：即從細胞或愈傷組織培養通過不定芽形成植株，如菸草愈傷組織培養分化所得的植株。

胚狀體發生型：從細胞或愈傷組織通過胚狀體途徑，即由球形期、魚雷期、心形期、子葉期經成熟胚發育成植株，如胡蘿蔔體細胞培養可通過胚狀體途徑形成植株。

器官型：從離體珠莖、花芽、葉、鱗片等，亦即從離體的母體組織直接產生小植株，如貝母、百合等。

無菌短枝扦插；選取已發育成熟的腋芽，連同短枝經表面滅菌後在無菌條件下培養，使其生根。腋芽可用生長激素處理促使其萌發。這一方法在較短時間內即可獲得一個植株。對保存珍貴的優良樹種或花卉品種是簡易而有效的方法。

通過組織培養可以做到快速繁殖。1年中從一個芽得到103-106個芽，達到快速目的。無性繁殖。國外在草莓、蘋果、柑橘、蘭花、石竹、鐵線蓮、杜鵑、月季、桉樹等進行快速繁殖已達到商品化。中國已獲成功的有甘蔗、月季、菊花、無籽西瓜、櫟樹、山楂、獼猴桃、雪松等。

通過組織培養可以進行無病毒植株的培育。病毒是植物的嚴重病害，病毒病的種類不下五百多種。受害的糧食作物有水稻、小麥、馬鈴薯、甘薯，蔬菜作物有：油菜、大蒜，果樹有：柑橘、蘋果、棗，花卉有：唐菖蒲、石竹、蘭花等。防治無方，只好拔除病株，因而造成很大經濟損失。病毒在植株上的分布是不均一的，老葉、老的組織和器官病毒含量高，幼嫩的未成熟組織和器官病毒含量較低，生長點幾乎不含病毒或病毒較少。

1952年法國Morel用生長點培養法獲得無病毒植株成功，以後許多國家開展了這方面的工作。已在馬鈴薯、甘薯、大蒜、石竹、百合、蘭花、草莓等植物上得到成功。如果採用0.1毫米以下的生長點，則培養時間長（1-1.5年），成活率低，無病毒苗。在我國已獲得馬鈴薯無病毒苗，並進行了推廣種植，在廣東省進行了柑橘無病毒苗的培育。

有用化合物

組織培養除了在農業上的套用外，21世紀初世界各國都在重視另一個方面，即有用化合物的工業化生產。有用化合物包括藥物、橡膠、香精油、色素等。這些化合物許多都是高等植物的次生代謝物，有些化合物還不能大規模地人工合成，而靠植物產生這些化合物來源有限。因此，利用組織培養方法，培養植物的某些器官或愈傷組織，並篩選出高產、高合成能力、生長快的細胞株系，以進行工業化生產，是一條行之有效的途徑。

次生代謝物的研究和組織培養方面，進行工作最多的是聯邦德國和日本。用組織培養可以生產的化合物有強心苷、吲哚生物鹼、黃連素、輔酶Q10等，現已選出高產的細胞系，大規模生產亦有成效。人參為我國名貴藥材，現今因野生資源缺少，多用人工栽培，但人參生長慢，6年才有10克左右的人參根（乾重），採用組織培養方法可比天然生長速度提高上百倍左右。我國科學家羅士韋早在1963年就成功地培育了人參的組織，但此工作後被迫中斷。21世紀初南京藥學院丁家宜利用組織培養生產出人參乾粉。在組織培養中生長速度為0.5克o升-1o日-1(乾重)，比栽培人參0.004.5克o日-1o根-1約高100倍以上，並可在20天左右周期內有10-20升大瓶中進行小批量生產，每升得13.9克，其藥用成分和藥理活性與商品人參相似或更優，現已投入中試生產。這是我國第一個用組織培養進行藥的工業化生產的例子

在這方面尚待解決的問題是：

（1）選出的細胞系中次生物質的產量是否高於起源植物；

（2）繼代培養後生物合成能力是否能保持；

（3）生長是否快速；（4）成材一核算問題。

（4）培養物質溫貯藏和種質庫的建立

在液氮（-196℃）條件下，加入冷凍保護劑，可使組織培養物的代謝水平降低，有利於細胞、胚狀體、試管苗、愈傷組織等的長期保存。據報導，冷凍保存的胡蘿蔔胚狀體，在保存1年後仍有再生成植株的能力，有些國家已利用此方法建立了種質庫，但我國在這方面仍是空白。

在國際上一個新的動向是"人工種子"的試驗。所謂"人工種子"，是指以胚狀體為材料，經過人工薄膜包裝的種子。在適宜條件下它萌髮長成幼苗。據美國遺傳公司報導，美國科學家已成功地把芹菜，苜蓿，花椰菜的胚狀體包裝成人工種子，並得到較高的萌發率，這些人工種子已生產並投放市場。我國科學工作者成功地研製成水稻人工種子。可見，組織培養將在遺傳育種、作物改良和改革作物栽培中獲得更大的成效。

前景展望

由於生產方法獨特，且都是在人工無菌操作和近氣溫的環境條件下進行大規模的人工培養和工廠化生產，因此組織培養技術對食物資源的保質、保純和反季節生產有著特殊作用，因而有望成為農產品工廠化生產的基本內容，預計在21世紀將形成大產業。

這種技術可以使一棵幼芽同時培育出千百棵幼苗，而且培養出來的幼苗性狀都一樣的。還可以用於許多地方。