植物组织培养的展望

1、植物组织培养的展望摘要：植物组合培养是从20世纪30年代初期发展起来的一项生物技术， 现已渗透到各个研究领域。植物组织培养技术是指在无菌条件下，将离体 的植物器官、组织、胚胎、原生质体等，在人工配制的培养基上给予适宜 的培养条件，进行繁殖的方法。为了加快组培苗的生长速度，提高其质量, 改善其本质，并降低生产成本，国内外的学者将环境控制技术和组培技术 有极大的结合起来做了大量研究，改善组培苗的生长环境。本文对植物组 织培养过程中所面临的问题和所采用的新技术进行了综述，并提出了植物 组织培养技术发展的新方向。关键词：意义 问题应用现状发展方向工业化生产植物组织培养的意义目前，生物技术正在世界突飞猛

2、进地发展，尤其在医学、农业、食品 工业、能源工业、环境保护各个领域显示出极大的生产潜力。组织培养是 最基础的生物技术，它的全面应用正在使农业的生产走向集约化、工厂化。 植物组织培养也就是所谓的植物克隆。简单地说就是提取植物的根、茎、 叶、芽或一个细胞，通过生物高科技手段，在很短的时间内诱导分化出与 母体完全相同的植物。别 .系密目前植物组织培养所存在问题及其对策2.1褐变问题褐变是植物组培育苗中常见的现象，以木本植物较为严重。褐变是指 外植体在诱导脱分化或再分化过程中，自身组织从表面养基释放褐色物质, 以至培养基逐渐变成褐色，外植体也随之进变褐而死亡的现象。褐化包括 酶促褐化和非酶促褐化。酶促

3、褐变是主要因素，一般认为培养材料变褐是 由于伤口处分泌的多酚氧化酶(PPO)被氧化成醍类物质，呈红褐色，并抑制 许多酶的活性，影响培养物的正常生长.严重时导致其死亡。从理论上讲,酶促褐变可以通过以下三种方法加以抑制：一是除去引起氧化的物质-氧； 二是捕捉或减少聚合反应的中间产物：三是抑制有关的酶。抑制外植体褐 变的措施如下：选择适当的外填体，培养材料进行预处理。选择适当的培 养基和培养条件，加入抗氧化剂和其他抑制剂.适当缩短转瓶周期。适当 改变培养基的硬度等。2.2、污染问题污染是植物组培过程中的技术难题之一。培养物受到污染在组织培养 中经常遇到，并且难以控制。若不能把污染率降低到可接受的范围

4、，将会 造成重大的经济损失。因此，分析污染的产生和来源，控制污染的发生， 成了植物组织培养中的重要工作。外植体材料、培养基、接种工具、接种 室消毒不严格或无菌操作不规范等因素均会导致污染的发生。针对植物组 织培养中污染产生的原因。应从以下两个方面着手来控制污染。一是控制 外植体自身带菌，外植体的表面带菌可以经过一系列的杀菌处理来减少。 而外植体的内部带菌可以通过对外植体的预培养来加以控制；一是降低环 境污染和操作污染.这类污染可通过规范操作程序加以控制。2.3、玻璃化问题玻璃化是指在培养过程中材料呈半透明状，组织结构发育畸形的现 象。又称“过度水化”。玻璃化的苗由于组织畸形，分化能力降低，不易

5、成 活。因此，不宜用作继代和移栽的材料。培养过程中，光照、温度、湿度 和pH值等的影响；另外培养材料的植物种类、外植体类型也影响着玻璃苗 的发生；除此外，培养基的成分变化对玻璃化现象也起了重要作用。由于 培养基中Ca、N、Mn. Fe、B、Zn等含量的不同，导致玻璃化现象发生率也 不同。有研究表明糖与玻璃化现象的发生率有着负相关关系。玻璃化防治 对策：选不易玻璃化的植物品种及部位作外植体材料；利用固体培养基， 增加琼脂浓度，选择适当的碳源，提高培养基中蔗糖含量；采用通气性好 的封口材料，降低培养容器内部环境的相对湿度，减少有害气体的积累； 选择适宜的外源激素的种类和浓度，并注意生长素与细胞分裂

6、素的配合， 尽量兼顾繁殖系数；控制温度，避免过高的培养温度，进行变温处理，同 时，提高光照强度，适当延长光照时间。植物组织培养新技术的应用现状3.1开放组培技术植物开放式组织培养，简称开放组培。是在使用抗菌剂的条件下，使 植物组织培养脱离严的操作环境,不需高压灭菌和超净工作台，利用塑料杯 代替组培瓶，在自然开放的有菌环境进行植物的组织培养，从根本上简化 组培环节，降低组培成本开放组培主要是改造培养基，决传统组培过程中 培养基的污染，而改造培养基的关键是要找到一种或几种能够添加到培养 基的广谱性抗菌剂。崔刚等采用中医理论，遵循中药药性配伍的君、臣、 佐、使原则，从种植物中提取具有杀菌、抗菌活性物

7、质，成功研制出了具 有广谱性杀菌能力的抗菌剂，并对其有效浓度和使用方法作了大量探索性 试验，取得了理想的效果。何松林在培养基中添加杀菌剂(Naclo)并在有 菌条件下进行文心兰试管苗的接种，研究表明在添加了适宜浓度Naclo的 培养基中，文心兰试管苗在培养过程中未有污染现象的发生，且多数试管 苗可正常生长。已有研究报道通过开放组培方法成功建立了葡萄外植体的 开放性培养。3.2无糖组培技术(光独立培养法)由于传统的组培技术中使用的是含糖培养基，杂菌很容易侵入培养容 器中繁殖，造成培养基的污染。为了防止杂菌侵入，通常将培养容器密闭, 这样则造成培养植物生长缓慢，并且容易出现形态和生理异常，同时增加

8、 了费用。为了解决这些问题，20世纪80年代末，日本千叶大学古在丰树 教授发明了一种全新的植物组培技术-无糖组培技术，其特点在于将大田温 室环境控制的原理引入到常规组织培养应用中，用C02气体代替培养基中的糖作为组培苗生长的碳源，采用人工环境控制的手段，提供适宜不同种类组培苗生长的光、温、水、气、营养等条件，促进植株的光合作用，从 而促进植物的生长发育，达到快速繁殖优种苗的目的。无糖组培技术解决 了培养容器中气体环境(C02和乙烯)差、易污染等问题；与常规组织培 养相比，无糖组培主要引进了以下新技术：去除培养基中的糖，导入大型 培养容器；调节培养容器内的C02浓度；调节培养容器内的相对湿度；提

9、高光照度。无糖培养法具有很多优势，如可大量生产遗传一致、生理一致、 _ 发育正常、无病毒的组培苗，可缩短驯化时间，降低成本等。无糖培养法对环境要求较高，若无糖组培环境不能被控制并达到一定的精度，将会严 重影响组培苗质量和经济效益。经无糖培养法培养出来的植株具有以下优 点：生长速度快，生长发育均匀；减少了因高温、弱光等引起的生理及形 态的异常；简化或省略了驯化过程；减少了因污染引起的植物损失；光 合成和生根得以促进，可减少生根植物生长调节剂的使用。吉林工学院李封 晓玲等对“苹博一号”梨组培苗进行了无糖组培试验，结果发现“苹博一 . 号”梨组培苗能在无糖培养基上存活并生长。昆明环境科学研究所对非洲

10、 菊等多种植物进行了无糖培养技术的研究，开发了大型的培养容器和C02 强制性供气系统应用于生产，并取得了一定的效果。3.3新型光源的应用线3.3.1LED光源的应用应用新型光源如发光二极管(LED)作为植物生长的光源，国内外 已经有一些学者开始了这方面的研究。最新研究发现，光质比例和光照强 度可调的LED光源比通常使用的植物组织培养用的荧光灯能更有效地促 进试管苗的光合作用。LED被应用与植物组织培养中其主要优点有：体积 小，可以提高培养室单位面积的产量；寿命长，可以减少灯管的维修和更 换，因此可以节省劳力和财力；几乎不发热，可以减少培养室因制冷所 消耗的能源 耗电少，可使植物组织培养技术的商

11、业化应用更加有效。LED 光源因具有以上诸多优点，将成为组培光源的发展方向。CCFL 光源为了给植物组培苗提供更适宜的光照条件,，日本的田中道男等自行设 计和开发出了阴极荧光灯（CCFL）作为植物组培苗的光源。CCFL具有如 下特点：直径小，只有1.63.0mm;寿命长，可达50000 h；热量低，接 近植物自身温度；可控红蓝光比例；耗电量低。CCFL光源还有直管形和 U形等不同类型，可以满足不同植物的生长需求，田中道男运用此光源 为文心兰试管苗提供光照条件，结果表明其地上部十、鲜重和试管苗的高 度都有显著提高。随着进一步改进，CCFL照明系统将成为植物组织培养 中的主要光源。SILHOS 光

12、源日本的田中道男等自行设计和开发的另一种 新型 光源- SILHOS 是一种间接照明系统，其侧部发出均匀一致的光线，光线进入反射空间经 反射薄膜反射后均匀分布。具有如下特点：只需要1只荧光灯就能提供均 匀的照明，它通过一个独特的反射曲镜使光线均匀分布；避免在照明过程 中产生热量，冷空气从一侧输送管进入后带走灯管所产生的热量，然后从 另一侧管道将热量输送出去，可调整和控制由照明设备引起的环境温度变 化；SILHOS光源通过直立输送管道可以减少培养架不同培养层之间的温 度差异。田中道男等利用SILHOS作为生菜组培光源，获得了高质量的组 培苗。4 .植物组织培养的发展方向及工业化的展望4.1勃生态

13、环境挽救濒危植物我国幅员辽阔，植物种类众多，约有3.1万种高等植物，约占世界总 数的10%,其中濒灭绝的稀少物种有40005000种，占总种数的15%一 20%。近几十年来，约有20种植物继灭绝。物种面临退化和灭绝的威胁， 这对于我们人类来讲是不可估量的损失，最有效的挽救方法之一就是收集 珍稀濒危植物的种质和基因资源，并用组织培养的方法速进行繁殖和人工 栽培。在保护濒危植物的同时，也能带动一方的经济发展。4.2加速名优花卉、苗木品种的推广应用我国观赏植物资源十分丰富，享有“世界园林之母”的美誉，原产我 国的观赏植物达113 523属、1一2万种。善于发现、利用现有资源培育 出世人瞩目的新品种是

14、很有希望的。结合组培快繁技术，我国花卉、苗木 业的前景非常可观。4.3生产“人工种子”所谓“人工种 子”，是指以胚状体为材料，经过人 工薄膜包装的种子， 在适宜条件下能萌发 成幼苗。据美国遗传公司报 道，美国科学家已成功 地把芹菜、首落、花椰菜的胚状体包装成工种 子，并得到较高的萌发率。 这些人工种子已生产并投放市场。我国科学工作者成功地研成水稻人工种 子。可见，组织培养将在遗传育种、作物改良和改革作物栽培中获得更大 的成效。4.4种质资源贮藏和植物引种在液氮(一 19 6C )条件下，加入冷冻保护剂，可使组织培养物的代 谢水平降低，有利于细胞、胚状体、试管苗、愈伤组织等的长期保存。据 报导，

15、冷冻保存的胡萝卜胚状体，在保存la后仍有再生成植株的能力，有 些国家已利用此方法建立了种质库，但我国在这方面仍是空白，急需发展。 将植物材料以组培形式保存在培养容器内运输，开展国际间或地区间的种 质交换，既能节省时间、空间、降低运输成本，又能减少因从田间采集种 子或从无性繁殖材料上携带的有害生物。4.5有用化合物的工业化生产组织培养也可以应用于有用化合物的工业化生产。有用化合物包括药 物橡胶、香精油、色素等。这些化合物许多都是高等植物的次生代谢物， 有些还不能大规模地人工合成，而靠植物生产其来源有限。因此，利用组 织培养植物的某些器官或愈伤组织，并筛选出高产、高合成能力、生 长快 的细胞株系，

16、以进行工业化生产，将是一条行之有效的途径。总之，尽管 我国在植物组织培养方面还存在一些问题，但随着科技的进步、社会的发 展，问题不难解决。植物组织培养技术必将在我国开发西部、建设森林城市、绿化山川、 防风固沙、退耕还林、以及调整农村产业结构中发挥巨大作用，同时也 会给企业带来巨大商机、高额的利润和广阔的市场。因此,组培车间应象 种子供应站一样遍布全国各地，服务于当地生产满足于当地生产，使我国 各地区的特色新产品尽快大面积发展起来，形成产业规模。开拓国际大市 场。4.6解决影响植株组培苗发展的障碍因素，全力推进组培苗的产业化。4.6.1降低生产成本目前组培成本偏高，可从各个技术环节入手，尽量降低

17、成本。首先, 降低培养基成本。目前采用的硬质玻璃蒸馅器制备的蒸馅水，在无有毒物 质的前提下，完全可用泉水、井水、河水、自来水取代；营养物质一般采 用化学药品，价格昂贵，但有可能用土豆汁、番茄汁或普通药水来取代； 可用普通白糖来代替蔗糖。其次，降低培养成本。培养可在玻璃温室进行, 充分利用自然光照，温度也可调控，这样可节约能源，大大降低成本。4.6.2提高繁殖系数有些植物快繁不能推广的一个重要原因是繁殖系数偏低，间接地提高 了生产成本。要下大力气摸索提高组培苗繁殖系数的最佳培养基配方，以简化愈伤组织诱导、芽分化、生根等繁琐的技术程序。要善于发拙能产生不定芽或通过筛选合适培养基可产生不定芽的植物种

18、类品种。4.6.3保持种性优良植物组培苗快繁主要包括胚状体诱导、不定芽诱导、愈伤组织诱导、 促生腋芽法等。其中以促生腋芽法生产的组培苗遗传性最为稳定，能保持 亲本植物优良种性，而且繁殖速度快，应大力推广。4.6.4推行薄层细胞培养彦薄层细胞培养是一种正在推广的采用茎表皮层细胞作为外植体的组织培养技术。其优点有：取材便利；表面消毒方便；激素种类和用量少；可 直接从外植体分离出芽、根，不经合伤口阶段。陈永宁等开展大花天竺葵 薄层细胞培养快繁成功，仅用70 d就完成了从接种到移栽的全过程。该方 法值得在组培苗的产业化开发上加以推广应用。但不是所有的植物都可以 通过该方法进行快繁，许多植物只能再生植株

19、。封 4.6.5引入先进技术.要有计划、有步骤地引进植物组培苗生产配套设施，建立健全培养室 组培快繁与温室栽培相配套的组培苗生产体系。有条件的生物技术公司可 购买配有计算机自动监控系统的温室大棚，做到组培苗组培温度管理自动 化、灌溉自动化、施肥自动化，确保培育出高质量的商品化组培苗。4.6.6开拓销售线要善于了解市场行情，疏通销售渠道，建立产、供、销一体化的植物组培苗营销网络。鼓励花农以“公司+基地+农户”、农户+公司”等多 种形式建立不同的经济实体，确保鲜、活、嫩的组培苗产品畅销国内外市 场。4.7加强植物组培方式与培养水平的研究，探索新的培养途径目前，植物组培方式以固体培养基培养为主。液体

20、培养基培养具有物质 交换快，生长速度快，产生的代谢物质不会在组织周围积累等优点，值得 大力研究与推广。近几年来，随着花卉植物此生代谢物质工厂化生产技术 的研究，花卉植物的液体培养迅速进入应用阶段。现在利用液体发酵进行 培养的花卉有蔷薇，金鱼草，长春草，松草等。从培养水平上看，一般是 器官，组织水平的培养研究，如茎尖，叶，花，根等的培养。植物薄层细 胞培养以及原生质体培养将会是个新的培养方向。总之，植物组织培养技术仍处于发展阶段，尚有许多机理有待探索，其 潜力也没有得到充分发挥。相信在不久的将来，该项技术在我国将会有更 大的发展，并在农业，食品业，制药业，加工业等领域发挥举足轻重的作 用。参考文献：肖哲丽，柳金凤.植物组织培养的研究进展及技术应