植物组织培养技术

高等植物的组织培养（tissue culture）技术是指分离一个或数个体细胞或植物体的一部分进行培养的技术。通常我们所说的广义的组织培养，是指通过无菌操作分离植物体的一部分(即外植体explant)，接种到培养基上，在人工控制的条件进行培养，使其生成完整的植株。

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目录

概念

生理依据 细胞全能性(cell totipotency)：植物体的每一个细胞都携带有一套完整的基因组，并具有发育成为完整植株的潜在能力。 植物生长调节物质对于植物细胞组织的分化和决定具有关键性作用。它包括：生长素类、细胞分裂素类、赤霉素、脱落酸、乙烯等。 生长素类主要用于愈伤组织的形成，体细胞胚的产生及试管苗的生根。常用的有2,4-D、NAA（萘乙酸）、IBA（吲哚丁酸）、IAA（吲哚乙酸）等。其作用强弱为2,4-D＞NAA＞IBA＞IAA。 细胞分裂素类则有促进细胞的分裂与分化，延迟组织的衰老，促进芽的产生等作用。常用的有Zip、KT（ 氯吡脲）、6-BA（6-苄氨基腺嘌呤）、ZT（玉米素）等作用强弱顺序为。Zip＞KT＞6-BA＞ZT。 赤霉素则有促进已分化的芽伸长生长，打破种子休眠的作用。常用的为GA3。 类型 组织培养按培养对象可分为组织或愈伤培养、器官培养、植株培养、细胞和原生质体培养等。 1．组织或愈伤组织培养（tissue, callus culture）为狭义的组织培养，是对植物体的各部分组织进行培养，如茎尖分生组织、形成层、木质部、韧皮部、表皮组织、胚乳组织和薄壁组织等等；或对由植物器官培养产生的愈伤组织进行培养，二者均通过再分化诱导形成植株。 2．器官培养（organ culture）即离体器官的培养，根据作物和需要的不同，可以包括分离茎尖、茎段、根尖、叶片、叶原基、子叶、花瓣、雄蕊、雌蕊、胚珠、胚、子房、果实等外植体的培养 3．植株培养（plant culture）是对完整植株材料的培养，如幼苗及较大植株的培养。 4．细胞培养（cell culture）是对由愈伤组织等进行液体振荡培养所得到的能保持较好分散性的离体单细胞或花粉单细胞或很小的细胞团的培养。 5．原生质体培养（protoplast culture）是用酶及物理方法除去细胞壁的原生质体的培养。 特点 组织培养是本世纪发展起来的一门新技术，由于科学技术的进步，尤其是外源激素的应用，使组织培养不仅从理论上为相关学科提出了可靠的实验证据，而且一跃成为一种大规模、批量工厂化生产种苗的新方法，并在生产上越来越得到广泛的应用。 植物组织培养之所以发展如此之快，应用的范围如此之广泛，是由于具备以下几个特点： 1. 培养条件可以人为控制 组织培养采用的植物材料完全是在人为提供的培养基质和小气候环境条件下进行生长，摆脱了大自然中四季、昼夜的变化以及灾害性气候的不利影响，且条件均一，对植物生长极为有利，便于稳定地进行周年培养生产。 2.生长周期短，繁殖率高 植物组织培养是由于人为控制培养条件，根据不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培养条件，因此生长较快。另外，植株也比较小，往往20-30d为一个周期。所以，虽然植物组织培养需要一定设备及能源消耗，但由于植物材料能按几何级数繁殖生产，故总体来说成本低廉，且能及时提供规格一致的优质种苗或脱病毒种苗。 3.管理方便，利于工厂化生产和自动化控制 植物组织培养是在一定的场所和环境下，人为提供一定的温度、光照、湿度、营养、激素等条件，极利于高度集约化和高密度工厂化生产，也利于自动化控制生产。 它是未来农业工厂化育苗的发展方向。它与盆栽、田间栽培等相比省去了中耕除草、浇水施肥、防治病虫害等一系列繁杂劳动，可以大大节省人力、物力及田间种植所需要的土地。

应用

植物组织培养成为生物科学的一个广阔领域，除了在基础理论的研究上占有重要地位以外，还在农业生产中也得到越来越广泛的应用。 快速繁殖 用植物组织培养的方法进行快速繁殖(rapidpropagation)是生产上最有潜力的应用，包括花卉观赏植物、蔬菜、果树、大田作物及其他经济作物。快繁技术不受季节等条件的限制，生长周期短，而且能使不能或很难繁殖的植物进行增殖。 快速繁殖可用下列手段进行：通过茎尖、茎段、鳞茎盘等产生大量腋芽；通过根、叶等器官直接诱导产生不定芽；通过愈伤组织培养诱导产生不定芽。试管快速繁殖应用在下列生产或研究中：(1)繁殖杂交育种中得到的少量杂交种，以及保存自交系、不育系等。(2)繁殖脱毒培养得到的少量无病毒苗。(3)繁殖生产上急需的或种源较少的种苗。由于组织培养周期短，增殖率高及能全年生产等特点，加上培养材料和试管苗的小型化，这就可使有限的空间培养出大量的植物，在短期内培养出大量的幼苗。组织培养突出的优点是“快”，通过这一方法在较短时期内迅速扩大植物的数量，以一个茎尖或一小块叶片为基数，经组织培养一年内可增殖到10 000～100 000株。 脱毒 植物在生长过程中几乎都要遭受到病毒病不同程度的危害，有的种类甚至同时受到数种病毒病的危害，尤其是很多园艺植物靠无性方法来增殖，若蒙受病毒病，代代相传，越染越重，甚至会造成极严重的后果。自从Morell952年发现采用微茎尖培养方法可得到无病毒苗(virus free)后，微茎尖培养就成为解决病毒病危害的重要途径之一。若再与热处理相结合，则可提高脱毒培养的效果。对于木本植物，茎尖培养得到的植株难以发根生长，则可采用茎尖微体嫁接的方法来培育无病毒苗。 组织培养无病毒苗的方法已在很多作物的常规生产上得到应用，如马铃薯，甘薯，草莓，苹果，香石竹，菊花等。而且已有不少地区建立了无病毒苗的生产中心，这对于无病毒苗的培养、鉴定、繁殖、保存、利用和研究，形成了一个规范的系统程序，从而达到了保持园艺植物的优良种性和经济性状的目的。 变异和培育 植物组织培养过程中往往存在大量的变异，这种变异称为体细胞无性系变异。具有如下特点： 1．变异的无方向性：既有有利的变异，也有有害的变异既有形态变异，也有生理变异。 2．变异的普遍性：变异在组织培养中经常发生，出现在组织培养的各个时期。既有数量性状变异，又有质量性状变异。既有农艺性状变异，又有经济性状变异；既有表型变异，又有生理变异。与自然变异与辐身诱变相比，体细胞无性系变异广泛而普遍。且易于获得纯合个体。 3．植物体细胞无性系变异的类型：一类为可遗传变异，主要是由于遗传物质的变化引起的（尤以基因突变为主）。另一类是不可遗传的变异，为生理型变异。往往是由于培养过程中外加的激素及其它化学物质的刺激引起。如叶形、育性等。 4．引起植物体细胞无性系变异的原因：激素的刺激为主要原因。高浓度的GA和IAA，会造成畸形胚的高频发生，TDZ可使植株产生白化苗或玻璃化植株。2，4-D则使培养细胞发生染色体数量变化。随培养时间的延长，染色体变异频率升高，变异的性状和范围手扩大。 5．植物体细胞无性系变异的利用价值及途径：它是一种重要的遗传变异来源，是一种重要的遗传资源。对于育种有重要的应用价值。 单倍体育种 花药、花粉的培养在苹果、柑橘、葡萄、草莓、石刁柏、甜椒、甘蓝、天竺葵等约20种园艺植物得到了单倍体植株。在常规育种中为得到纯系材料要经过多代自交，而单倍体育种，经染色体加倍后可以迅速获得纯合的二倍体，大大缩短了育种的世代和年限。 种质保存 用植物组织培养技术保存种质具有以下优点： （1）在较小的空间内可以保存大量的种质资源。 （2）具有较高的繁殖系数。 （3）避免外界不利气候及其他栽培因素的影响，可常年进行保存。 （4）不受昆虫、病毒和其他病原体的影响。 （5）有利于国际间的种质交换与交流。 遗传转化 大多数植物遗传转化方法需要通过植物组织培养来进行。