植物组织培养的应用.doc

植物组织培养的应用摘要: 随着植物组织和细胞培养研究的发展, 植物组织培养在农林业及医药生产上的作用也日益明显。该文就植物组织培养的应用作简要的概述。关键词: 植物组织培养; 应用植物组织培养一方面可为遗传工程提供理想的受体材料, 另一方面可为常规的植物改良程序提供一种新的手段, 从而使很多用传统方法难以解决的问题迎刃而解, 更多更快更好地创造出各种林木、农作物和园艺植物的新品种、新类型和新种类。植物组织培养在经济植物中的应用主要表现在以下几个方面:1 植物组织培养脱毒快速繁殖植物一般通过有性生殖或营养繁殖来繁衍后代。传统人工营养繁殖的繁殖系数很低, 速度也较慢, 常常不能满足农业和园艺等迅速发展的需要。利用组织培养技术可以进行快速的营养繁殖。例如一些树种如桉树、桃树等阔叶树 1 3 以及大部分针叶树的成年树, 人工扦插很难生根, 而嫁接则费力费财。对这类树种来说, 采用组织培养可以进行快速的营养繁殖, 缩短周期, 节省空间。植物病毒是通过无性繁殖传递的, 快速繁殖是建立在无性繁殖的基础上, 病毒在母体内逐代积累, 危害越来越严重。多数农作物, 特别是无性繁殖作物, 都易受到1种或1种以上病原菌的周身侵染。例如: 已知草莓能感染62种病毒和类菌质体, 因而每年都必须更新母株。病原菌侵染可使植物不表现任何症状, 但会降低作物的产量和品质。因此, 根除病毒和其他病原菌非常必要。病毒在植物体内呈梯度分布, 在受侵染的植株中, 顶端分生组织一般说是无病毒的, 或者只携带有很低浓度病毒。在较老的组织中, 病毒数量随着与茎尖距离的加大而增加。因此, 茎尖脱毒培养已成为植物脱毒育苗的主要方法。2 在植物育种上的应用 目前植物组织培养已广泛应用于作物育种, 并获得了较大进展。2. 1 单倍体育种由于加倍单倍体( DH系)或纯合二倍体在遗传上是高度纯合的, 如果在育种工作中把单倍体植株作为一个环节, 就能很快获得纯系, 加快育种速度,并能创造出植物的新类型。1921年, 意大利植物学家B lakesly在自然界发现曼陀罗的单倍体植株, 人们就设想利用加倍单倍体来产生纯系。但自然发生的单倍体出现频率极低, 人们又发展了多种人工诱导单倍体的方法。目前产生单倍体的主要方法有:诱导孤雌生殖、半配合法、染色体消除法和花药与花粉培养法, 后2种方法是主要的方法。截至2002年5月, 世界各国利用加倍单倍体育成的新品种、新品系和杂交种256个, 而我国报道了40种以上。单倍体育种已在果树、蔬菜、花卉、禾本科植物以及其他经济植物中得到很好的发展。2. 2 体细胞胚胎发生从体细胞产生胚状体的过程叫做体细胞胚胎发生。在自然界体细胞胚胎发生的典型例子是柑橘属的植物可以从珠心组织长出许多珠心胚。它与器官发生的过程完全不同。在体细胞胚胎发生的情况下, 培养细胞经历和合子胚发育相似的阶段, 形成成熟胚, 然后萌发为植株。据不完全统计, 能够通过体细胞胚胎发生途径从植物组织培养诱导胚状体发生的植物种类在40科以上, 150 种多, 其中包括被子植物几乎所有重要的科和一些裸子植物, 这表明胚状体发生在高等植物中是一个普遍的现象。许多离体培养的器官在一定条件下可以从外植体上直接产生胚状体, 子叶和下胚轴是最容易诱导体细胞胚胎发生的器官, 例如: 石龙芮的下胚轴和枸叶冬青的子叶在适当的培养基上就可以形成大量的胚状体。但从离体培养的外植体产生愈伤组织然后再从愈伤组织分化出胚状体是体细胞胚胎发生最常见的方式。2. 3 体细胞无性系变异与植物改良20世纪60年代以来, 越来越多的资料表明, 通过愈伤组织再生的植株中常常出现基因型的变异。起初, 人们认为这种变异是有害的, 直到1969 年He inz在甘蔗的再生植株中, 观察到许多有益的突变体, 特别是抗病性明显提高, 人们才认为变异体在品种改良上有利用价值。朱至清等陆续对体细胞无性系变异的研究进展与应用进行了综述和讨论。应用在细胞水平上进行突变体选择的技术, 可以在一定程度上使高等植物的育种程序微生物化, 从而大大提高选择效率, 节省时间和土地面积, 并且不受季节的限制。从此以后, 越来越多的植物, 尤其是在一般情况下突变率极低的植物开始应用细胞培养方法筛选有用的突变体, 从中筛选出了许多抗氨基酸和抗氨基酸类似物、抗病、抗除草剂、抗逆等有用的变异体2. 4 胚和胚乳的培养在一些情况下, 植物的幼胚发生败育, 或者种子中的成熟胚不容易萌发, 这时只有进行胚胎培养, 才能获得下一代的种苗。20世纪20年代建立的幼胚培养和胚胎拯救( embryo rescue)技术是最先付诸应用的植物细胞工程技术。自1934年以来, 清华大学的李继侗和沈同在人工培养基上培养银杏胚胎以来, 我国对胚发育做了一些研究 15 16 。胚乳是三倍体, 在育种工作中, 有可能用胚乳培养的方法, 替代四倍体和二倍体杂交的方法来产生三倍体植株, 三倍体植株通常具有高产、优质的特点。我国科学工作者通过培养获得了许多三倍体试管苗 17 , 所有些成绩都是令人鼓舞的。3 种质保存 种质是指亲代通过生殖细胞或体细胞传递给子代的遗传物质。与种质活体保存相比较, 利用组织培养技术保存种质有许多优点。它可有效避免资源的丢失, 还可节省土地和劳动力。在提供利用时可快速繁殖, 也有利于国际国内种质交换。目前, 我国在果树、蔬菜、花卉以及各种作物中利用组织培养技术保存种质已取得了一些进展。种质保存可以在常温下, 也可以用常低温或低温保存, 还可以用超低温保存。超低温保存也叫冷冻保存, 主要是指在液氮的超低温下使细胞代谢和生长处于基本停止的状态, 降低甚至完全抑制保存材料基因变异的可能性, 长期地、稳定地保存植物种质资源。对无性繁殖植物, 通过对茎尖分生组织等离体材料进行超低温保存, 不但可以大大节省空间, 而且还不受病虫害的侵袭。在适宜的条件下可迅速繁殖, 再生出新的植株, 并保持原来的遗传特性。4 药用植物细胞的大量培养植物的次生代谢产物种类很多, 包括酚类、黄酮类、香豆素、木质素、生物碱、有机酸、糖苷、萜类、皂苷和多炔类等。每一大类的化合物都有数百种乃数千种 19 22 , 它们一直是药用和工业原料的重要来源。长期以来, 为了取得这些产物, 人们大量采挖资源植物, 造成许多稀有野生资源植物的短缺, 甚至威胁到物种生存。自从植物细胞离体培养成功以后,人们就试图利用细胞大量培养的方法来生产次生代谢产物。现在, 已经从200 种以上药用植物获得了愈伤组织或细胞悬浮培养物。40 a 来, 已经对200种以上的药用植物进行过细胞培养研究, 从植物细胞培养物中分离的药用物质达数百种之多 23 , 药用植物的组织培养中, 药用成分的含量超过了自然界中植物体内的含量 24 。现在, 越来越多的公司大量培养药用植物细胞, 试图获得该植物的次生代谢产物, 有些已获得成功并推向市场, 利用细胞离体培养生产次生代谢产物已走向工业化生产道路。5 原生质体培养与体细胞杂交人们可以利用植物原生质体研究植物细胞壁的形成, 还可以实现细胞融合和细胞杂交, 以及细胞对外源基因、DNA 片段、细胞器、染色体的捕获。因此, 原生质体为植物遗传工程研究提供了方便的遗传操作实验系统。自从1960年来, Cokking采用酶解法分离原生质体获得成功后, 1971年, Naga ta和Takebe从培养的烟草叶肉细胞原生质体获得完整的再生植株,极大地推动了原生质体方面的发展。同一时期, 原生质体培养和体细胞杂交也在英、日、德、美等国获得成功。我国是1972年开始原生质体培养和体细胞杂交的研究。迄今为止, 我国科学家已在50种以上植物上首先获得原生质体再生植株,并得到多种植物的细胞杂种, 有些经济植物没有有性生殖能力或其有性生殖能力很低。例如香蕉、木薯、马铃薯、甘蔗等, 在这些作物的改良中, 体细胞杂交具有不可取代的重要性。将外源基因整合到植物细胞中, 再通过细胞和组织培养, 就能获得再生的转基因植株。这种细胞转化就可以利用原生质体的特性进行, 虽然现在利用原生质体转化研究较少, 以后必会发生很重要的作用。参考文献： 1 注册咨询工程师(投资) 考试教材编写委员会, 工程咨询概论 M . 北京: 中国计划出版社, 20