植物组织培养技术的研究进展论文

植物组织培养技术的研究进展论文植物组织培养技术研究进展综述摘要：植物组织培养技术，作为科研领域的一支新生力量，其发展势头迅猛。本文从组织培养的基本原理、实施方法以及在培养过程中遇到的关键问题三个维度，概述了近五年来国内在植物组织培养领域取得的新进展。引言植物组织培养，这一诞生于20世纪初的技术，是以植物细胞的全能性理论为基石，通过在无菌环境中对离体植物器官、组织、细胞乃至原生质体进行人工培养，使其成长为完整植株的过程，亦被称为离体培养或植物克隆。自1902年德国科学家Haberlandt提出植物细胞全能性理论，至1934年美国White等通过番茄根的离体培养实验证实这一理论，植物离体培养技术在基础理论与应用研究方面均取得了长足的进步，并广泛渗透到植物生理学、病理学、药学、遗传学、育种学以及生物化学等多个学科领域，成为生物学研究不可或缺的技术和手段之一。近年来，科技的飞速进步，带动了植物组织培养新方法与新技术的涌现，研究焦点逐渐从器官、细胞层面转向分子、基因层面。21世纪，生物技术被誉为最具活力的学科之一，而植物组织培养作为基础的实验技术和研究手段，被普遍认为蕴藏着巨大的发展潜力。一、植物组织培养新技术的研究科技进步，推动了对植物组织培养技术的深入探索，一系列创新培养方法和技术应运而生，为优化和发展植物组织培养技术提供了新的路径。1.新型光源的运用。光，作为植物生长发育的关键因素，其强度、质量、周期对植物的生长、形态构建、光合作用、新陈代谢乃至基因表达均有着调控作用。传统组织培养光源存在寿命短、发热不均、发光效率不高等问题。LED作为植物组织培养光源，自1991年起便有栽培实验。研究表明，可调节光质比例和光照强度的LED光源，相比传统荧光灯，更能有效促进试管苗的光合作用和生长发育。蒋要卫的研究显示，LED光源显著改善了大花蕙兰试管苗的生长状况和品质。日本学者田中道男等采用阴极荧光灯（CCFL）作为文心兰试管苗光源，结果显示其地上部分干、鲜重及苗高均有显著提升。此外，田中道男等利用SILHOS作为生菜组织培养光源，获得了高质量的组织培养苗。目前，LED是组织培养中最有效的人工照明光源，而CCFL等新型光源则是未来发展的主要方向。2.开放组织培养技术。传统植物组织培养采用封闭式培养，导致灭菌成本高、培养基易污染、环境调控难度大等问题。开放组织培养新技术在外加抗菌剂的条件下，使植物组织培养在自然开放的有菌环境中进行，有效弥补了上述不足。赵青华等采用开放式组培技术，在培养基中添加抑菌剂，解决了非灭菌条件下魔芋组织培养的污染问题，简化了实验步骤，降低了生产成本。何松林的研究表明，在添加抗菌剂的开放式组培中，文心兰试管苗能够正常生长。开放式组织培养打破了封闭式培养的限制，从根本上简化了组织培养环节，为未来规模化开放式组织培养奠定了基础。3.光独立培养技术。光独立培养，又称无糖培养，是指利用CO2代替葡萄糖作为植物组织培养的碳源，通过人工控制组织培养苗生长所需的光、温、水、气、营养等条件，促使组织培养苗快速转变为自养型的培养方式。这种方法一方面避免了葡萄糖引起的杂菌污染，另一方面增强了组织培养微环境的人工调控能力。屈云慧等以虎眼万年青为对象的无糖培养研究表明，万年青再生芽的生根率高，种苗质量优于常规培养。肖玉兰、丁永前等设计的全套无糖组织培养设备培育出的苗具有抽叶多、植株健壮、节间距短、根系发达、干物重积累多、光合自养能力强等更优良的生物学性状。目前，无糖培养法尚处于理论研究和应用的初级阶段，但随着理论研究的深入及相关配套技术的完善，必将成为组织培养技术的重要手段。4.多因子综合控制技术。近年来，随着对植物组织培养机理的深入研究与交叉学科间的相互促进，多因子综合控制的环境调控设施在实际生产中的应用日益增多，显著降低了组织培养成本，加速了组织培养苗商品化的进程。崔谨等运用CO2监控系统对甘薯组培苗进行调控的结果显示，在CO2监控系统方式下培养的甘薯组培苗，生长迅速，光合产物积累明显，叶色深绿，根系发达。刘文科等设计了一种新型密闭式组培室，并研制出一套综合环境控制系统。李传业等设计的一套能对组培箱内CO2浓度、相对湿度进行调控的组织培养微环境控制系统试验结果表明，组织培养箱内CO2摩尔分数和相对湿度达到了预期目标。二、植物组织培养的应用研究植物组织培养技术的应用主要基于两个理论基础：一是细胞全能性，植物修复与完善、快繁脱毒苗、育种、种子和种质资源保存、植物检疫等都是其发展和应用的成果；二是悬浮培养液，主要应用于植物次生代谢产物的提取。1.“全能性”的应用。植物修复与完善理论模拟了植物组织培养过程中器官形成和细胞增殖的过程，植物脱毒和离体快速繁殖是目前植物组织培养应用最广泛、最有效的一个方面，因其快速、无毒的特点，已广泛应用于观赏植物、园艺作物、经济林木、无性繁殖作物，并已形成产业化、商品化。植物组织培养技术为培育优良作物品种开辟了新途径，通过花药和花粉培养、胚胎培养与细胞融合、细胞无性系变异、基因工程及突变体筛选等手段，已培育出一大批具有优良性状的植株。借助植物组织培养技术保存种子和种质资源，因其优于常规方法的特殊性越来越受到重视，已在1000多种植物种和品种上得到应用，并取得良好效果。2.愈伤组织或悬浮培养液的应用。植物次生代谢物如蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱及其他活性化合物是许多医药、食品、香料、色素、农药和化工产品的重要原料，需求量逐年增加。目前，利用组织培养技术提取植物次生代谢产物因其高效率、高产量的优势已成为主流。用组织培养方法生产微生物以及人工不能合成的药物或有效成分的研究，正在不断深入，有些已投入工业化生产，预计未来将有更大发展。三、展望植物组织培养技术不仅是植物生物学和生物化学领域研究的重要工具，在分子生物学和农业生物技术的研究中也具有重要意义。未来，一方面植物组织培养将借助更多高新技术向高效化、智能化、产业化方向发展；另一方面，在生产应用上将不断开辟新领域。然而，长期以来