植物组织培养的应用

 

植物离体快速繁殖是植物组织培养在生产上应用最广泛，产生较大经济效益的一项技术。其商业性应用始于20世纪70年代美国兰花工业，80年代已被认为是能够带来全球经济利益的产业。组培快繁技术不受季节等条件的限制，可周年生产，具有生长周期短、繁殖速度快、苗木整齐一致等优点。

通过离体快繁可在较短时期内迅速扩大植物的数量，在合适的条件下每年可繁殖出几万倍，乃至百万倍的幼苗。如1个草莓芽1年可繁殖1亿个芽，1个兰花原球茎1年可繁殖400万个原球茎，1株葡萄1年可繁殖3万株。快繁技术加快了植物新品种的推广，以前靠常规方法推广一个新品种要几年甚至十多年，而现在快的只要1~2年就可在世界范围内达到普及和应用。特别是对繁殖系数低的“名、优、新、奇、特”植物品种的推广更为重要。

全世界组培苗的年产量从1985年的1.3亿株猛增到1991年的5.13亿株，现在已超过10亿株。如美国的Wyford国际公司设有4个组培室，研究和培育出的新品种达1000余个，年产观赏花卉、蔬菜、果树及林木等组培苗3000万株；以色列的Benzur年产观赏植物组培苗800万株；印度Harrisons Malayalam有限公司年产观赏植物组培苗400万株。

植物组培快繁技术在我国也得到了广泛的应用，到目前为止已报道有上千种植物的快速繁殖获得成功，包括观赏植物、蔬菜、果树、大田作物及其它经济作物。其中兰花、安祖花、马蹄莲、甘薯、草莓、香蕉、甘蔗、桉树、非洲菊等经济植物已开始工厂化生产。

 

植物在生长过程中几乎都要遭受到病毒不同程度的危害，尤其是靠无性繁殖的植物，如蒙受病毒病后，代代相传，越染越重，严重地影响了产量和品质，给生产带来严重的损失。如草莓、马铃薯、甘薯、葡萄、香蕉等植物感染病毒后会造成产量下降、品质变劣；兰花、菊花、百合、康乃馨等观赏植物受病毒为害后，造成产花少、花小、花色暗淡，大大影响其观赏价值。

自20世纪50年代发现采用茎尖培养方法可除去植物体内的病毒以来，脱毒培养就成为解决病毒病危害的主要方法。由于植物生长点附近的病毒浓度很低甚至是无病毒，切取一定大小的茎尖分生组织进行培养，再生植株就可能脱除病毒，从而获得脱毒苗。脱毒苗恢复了原有优良种性，生长势明显增强，整齐一致。如脱毒后的马铃薯、甘薯、甘蔗、香蕉等植物可大幅度提高产量，改善品质，最高可增产300%，平均增产也在30%以上；兰花、水仙、大丽花等观赏植物脱毒后植株生长势强，花朵变大，产花量上升，色泽鲜艳。目前利用组织培养脱除植物病毒的方法已广泛应用花卉、果树、蔬菜等植物上，并建立了脱毒苗的繁殖系数。

 

植物组织培养技术为育种提供了更多的手段和方法，使育种工作在新的条件下更有效的开展。

（1）花药和花粉培养    通过花药或花粉培养可获得单倍体植株，不仅可以迅速获得纯的品系，更便于对隐性突变的分离，较常规育种大大地缩短了育种年限。到目前已有几百种植物的花药培养成功，一些作物已利用花粉单倍体育出了新品种并应用于大面积生产。如1974年我国科学家用单倍体育成世界上第一个作物新品种——烟草单育1号，之后有育成水稻“中花8号”、小麦“京花1号”及大量花培新品系。

（2）胚培养    胚培养是组织培养中最早获得成功的技术。在远缘杂交中，杂交后形成的胚珠往往在未成熟状态下就停止生长，不能形成有生活力的种子，导致杂交不孕，这使得植物的种间和远缘杂交常难以成功。采用胚的早期培养可以使杂交胚正常发育，产生远缘杂交后代，从而育成新品种。如苹果和梨杂交种、大白菜与甘蓝杂交种、栽培棉与野生棉的杂交种等，胚培养已在50多个科、属中获得成功。利用胚乳培养可获得三倍体植株，再经过染色体加倍获得六倍体，进而育成植株生长旺盛、果实大的多倍体植株。

（3）细胞融合    通过原生质体的融合，可部分克服有性杂交不亲合性，从而获得体细胞杂种，创造新物种或优良品种。目前已获得40多个种间、属间甚至科间的体细胞杂种植株或愈伤组织。

（4）选择细胞突变体    离体培养的细胞处于不断的分裂状态，容易受到培养条件和外界物理、化学等因素的影响而发生变异，从中可以筛选出对人们有用的突变体，进而育成新品种。现已获得一批抗病虫、抗盐、高赖氨酸的突变体，有些已用于生产。

（5）植物基因工程    植物基因工程是在分子水平上有针对性的定向重组遗传物质，改良植物性状，培育优质高产作物新品种，大大地缩短了育种年限，提高了工作效率，为人类开辟了一条诱人的植物育种新途径。迄今为止，已获得转基因植物百余种。植物基因转化的受体除植物原生质体外，愈伤组织、悬浮细胞也都可以作为受体。几乎所有的基因工程的研究最终都离不开应用植物组织培养技术和方法，它是植物基因工程必不可少的技术手段。

 

利用植物组织或细胞的大规模培养，可以生产一些天然有机化合物，如蛋白质、糖类、脂肪、药物、香料、生物碱及其他生物活性物质等。这些次生代谢产物往往具有一些特定的功能，对人类有重要的影响和作用。目前次生代谢产物的生产主要集中在制药工业中一些价格高、产量低、需求量大的化合物上（如紫杉醇、长春碱、紫草宁等），其次是油料（如小豆蔻油、春黄菊油）、食品添加剂（如生姜、洋姜等）、色素、调味剂、饮料、树胶等。

 

种质资源是农业生产的基础，常规的植物种质资源保存方法耗资巨大，使得种质资源流失的情况时有发生。通过抑制生长或超低温储存的方法离体保存植物种质，可节约大量的人力、物力和土地，还可挽救那些濒危物种。如一个0.28m³的普通冰箱可存放2000支试管苗，可容纳相同数量的苹果植株则需要近6hm²土地。离体保存还可避免病虫害侵染和外界不利气候及其栽培因素的影响，可长期保存，有利于种质资源材料的远距离之间的交换。

 

人工种子是模拟天然种子的基本构造，利用人工种子包皮被植物组织培养中得到的体细胞胚。人工种子在自然条件下能够象天然种子一样正常生长，它可为某些珍稀物种的繁殖以及转基因植物、自交不亲和植物、远缘杂种的繁殖提供有效的手段。

植物组织培养技术作为生物科学的一项重要技术，已经渗透到生物科学的各个领域，它为研究植物细胞、组织分化以及器官形态建成规律提供了实验条件，促进了植物遗传、生理生化、病理学的深入研究。随着科学技术的发展，组织培养技术的应用范围将日趋广泛，发挥越来越重要的作用。