植物组织培养绪论

植物组织培养潍坊职业学院郝会军

PlantTissueCulture

思考：植物有哪些繁殖方法？分株繁殖压条繁殖播种繁殖嫁接繁殖扦插繁殖组织培养繁殖绪论

一、生物技术概述二、植物组织培养的发展

三、植物组织培养的应用四、植物组织培养在观赏花卉中的应用一、生物技术概述1、生物技术概念

生物技术一词来自英文复合单词biotechnology。英文前缀bio表示生物学过程的利用，而technology则表示用以解决问题或制造新产品的技术，因此生物技术的基本定义是利用生物学过程解决人类生存和发展所面临的问题。生物技术是以生物科学为基础，利用生物个体或生物器官、组织、细胞的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系（包括细胞系），以及与工程原理相结合进行产品加工生产的综合性技术体系。2、生物技术的内涵

1)运用现代生物学理论与科学技术改造细胞的遗传物质，培育出人们需要的生物新品种；

2)规模地利用现有生物体系，制备生物产品；

3)模拟生物体系，以生物化学工程代替化学工程，制备工业产品；

4)发展相应的科学理论与工程技术。主要技术范畴包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程以及生化工程。现代生物技术特征：多学科性；商业性；规模化。细胞工程研究范畴根据研究对象不同，细胞工程可分为动物细胞工程和植物细胞工程。植物细胞工程包括：植物组织、器官培养技术；细胞培养技术；原生质体融合与培养技术；亚细胞水平操作技术等。动物细胞工程包括：细胞培养技术；细胞融合技术；胚胎工程技术；克隆技术。

3、细胞工程在现代生物技术中的地位及其实践意义（1）改善农业生产技术细胞工程技术能有效的利用远缘有利基因，为育种开辟新的生物技术途径。利用细胞工程技术对优良品种进行大量快速繁殖，实行农业生产工厂化，大大加快新品种的应用速度，同时节约耕地，提高单产，满足人口增长对食物的要求。动物细胞工程技术与动物胚胎工程、基因工程相结合，改良品质、性别控制领域广泛应用。（2）保护自然资源，维护生态平衡细胞工程为主体的新型生物工业，代替传统的化学工业，有效地保护生态环境，生物农药、天然轻化工产品、天然药物已有成功报道，有的已投入大规模生产（日紫草宁细胞工业化生产）、Phyton公司利用红豆杉生产紫杉醇、Bt生物农药。（3）生物医药开发细胞工程不仅可生产天然产物，与基因工程结合可开发新型医药产品；利用动物细胞生产人类必须生物活性物质，满足某些有相应缺陷症的病人的需要；单克隆技术生产诊断试剂盒，用于疾病的快速诊断；利用动植物作为生物反应器生产廉价的疫苗。二、植物组织培养的发展

植物组织培养是以植物生理学为基础发展起来的一门新兴学科，涉及到化学、物理学、微生物学、土壤学等多方面内容。虽然组织培养技术的蓬勃发展只是近三十年来的事，但它的整个历史可以追溯到上世纪末和本世纪初。从那时起到现在，组织培养的发展过程大致分为三个阶段。

1、植物组织培养技术的探索阶段（20世纪初至20年代末）

植物组织培养技术的诞生可以追溯到19世纪末20世纪初。1839－1840年，施莱登和施旺创立了“细胞学说”，对组织培养技术的诞生起到了极大的推动作用。

细胞学说：与有机体内一样的条件下，每个细胞都可以独立生活和发展。

1902年德国著名的植物生理学家Haberlandt根据细胞学说，提出了高等植物细胞全能性理论。并进行了细胞培养试验，提出了激素作用理论和看护培养设想。它是植物组织培养的理论依据，对植物组织培养的发展起了先导作用。故后人称之为“植物组培之父”

细胞全能性理论：高等植物的组织、器官细胞都有植物个体一样的性质和能力，可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个新个体。

细胞学说和细胞全能性理论为组织培养技术的产生奠定了理论基础，对组织培养技术的建立进行了有益的探索。Haberlandt：观点：贡献：提出细胞全能性小野芝麻和凤眼兰的栅栏细胞和虎眼万年青属表皮细胞无分裂细胞高度分化+培养基中无生长激素首次进行离体细胞培养高等植物的组织和器官可以分割成单个细胞Knop+蔗糖《关于单离植物细胞培养实验》我愿意指出：在我的培养实验中，虽然经常观察到细胞的明显生长，但从未观察到细胞分裂。发现单细胞培养的条件，将是未来培养试验的难题。在未来，人们可以成功地从营养细胞培养出人工胚。1904年：Hanning胚培养：培养萝卜和辣根菜的胚，得到植株1922年：Kotte和Robbins根培养形成缺绿的叶和根1925年：Laibach亚麻种间杂交幼胚培养得到杂种其它研究1922年：Knudson采用胚培养法获得兰花幼苗，克服其种子发芽困难的问题。2、培养技术建立阶段（30年代初至50年代末）（1）1933年我国学者李继侗等曾作银杏离体胚培养，发现其胚乳提取物能促进离体胚生长。

（2）1934年美国的White，利用番茄根建立了第一个活跃生长的无性繁殖系，离体根的培养才获得真正的成功。并创立了White培养基。提出植物细胞全能性学说。

（3）1939年White报道了烟草组培成功。并提出植物细胞全能性学说。同年，Gautheret与Nobecourt培养胡萝卜成功。并通过实验确定了B族维生素、生长素的重要作用，建立起了一套比较经典的培养方法与培养基。被后人誉为“植物组织培养的奠基人”

（4）1943年White发表了《植物组织培养手册》的专著，使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。（5）1946年罗士韦在菟丝子茎尖培养时观察到花的形成，为试管受精奠定了基础。罗士韦是我国植物组织和细胞培养研究的开拓者和奠基人之一。

（6）1948年，Skoog和崔徵通过对烟草茎切段和髓培养组织的研究，确定了腺嘌呤／生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件之一。腺嘌呤/生长素高，生芽；低，生根；相等，不分化。（7）1952Morel染毒大丽花→脱毒植株，建立起了茎尖分生组织培养脱毒技术。

（8）1954年，Muir将烟草愈伤组织置于固体培养基上，在其上放一片滤纸，再在滤纸片上放上一个烟草体细胞，并首次尝试了“看护培养”。单细胞培养成功。（9）1956年，美国科学家Steward用胡萝卜根的细胞悬浮培养，发现单个细胞能象受精卵发育成胚一样的途径，发育成完整植抹。证实了植物细胞全能性学说，而且为组织培养的技术程序奠定了基础。（10）

1956年Miller等发现了激动素。控制器官分化的激素模式变为激动素／生长素的比例关系。促进组培发展。3、快速发展阶段（60年代以来）（1）基础研究领域成绩显著：

1962年，Murashinge和Skoog在烟草培养中筛选出至今仍被广泛使用的MS培养基。

1965年Vasil&Hildebrandt由分离培养的烟草单细胞成功培育出完整再生植株。从单细胞水平证实了植物细胞具有全能性。（2）原生质体培养取得突破：

1971Takebe在烟草上首次由原生质体获得了再生植株。再次证实植物细胞的全能性。原生质体培养为外源基因的导入提供了理想的受体，促进了体细胞融合技术的发展。细胞水平→分子水平

1972年，Carlson通过两个种的烟草原生质体融合培养，获得了第一个体细胞杂交的杂种植株。

（3）花药培养取得显著成绩：

1964-1966年，印度科学家Guha和Maheswari在曼陀罗花药培养中首次由花粉诱导得到了单倍体植株。

该技术主要用于遗传育种工作，可大大缩短育种周期，提效率。我国科学家在烟草、水稻、小麦的单倍体培养中取得了重要成绩。（4）微繁技术得到广泛应用：

1960Morel提出了离体快繁兰花的方法。“兰花工业”现在微繁技术已经广泛用于各经济作物的生产，并可以与茎尖分生组织培养脱毒技术结合起来在无毒种苗的繁育中发挥作用。

60年代以来，植物组培技术能够得到快速发展，很重要的一个原因就在于走出了实验室，通过与良种选育、遗传育种和植物基因工程技术的结合，在植物改良中发挥了重要作用。

20世纪60年代由于植物组织培养的迅速发展，各国科学家于1973年在英国成立了国际植物组织培养协会（IAPTC）

在组培发展史上，我国科学家作出了多方面的贡献。早期的李继侗、罗宗洛、罗士伟、崔瀓等人都作了很多有价值的工作。进入70年代以后，我国科学家在原生质体培养以及花药培养做出了举世公认的重要成绩得到了世界同行的普遍重视和赞赏。

三、植物组织培养的应用1、在植物育种上的应用-快速获得特殊倍性材料：花药和花粉培养可获单倍体，加倍后获得纯合材料，大大缩短育种周期；胚乳培养技术可获得三倍体，用于无核果实植物育种中。-克服远缘杂交不亲和：原生质体融合技术获得亲缘关系相差很远的两亲本间的细胞杂种，不仅克服远缘杂交不亲和，而且有可能创造新品种。-克服杂种胚早期夭折：远缘杂种胚和某些果树（柑橘、早熟桃）的胚常常早期夭折，利用幼胚培养技术可以克服。-导入外源基因：细胞工程技术可以进行细胞器转移、基因转移、染色体转移等，实现外源基因的导入。而基因转导后必须通过组织培养途径才能实现植株再生。-突变体筛选：细胞培养和原生质体培养中，常发生自发的遗传变异，是十分广泛的变异来源，同时培养中人工诱变，变异频率大大提高，增加了突变体的筛选机会。-种质资源保存：组织培养技术保存植物种质，节约人力、物力和耕地，避免不可预测因素对种植资源造成损失。利用组织培养技术使传统上繁殖系数很低的有性繁殖植物得以快速繁殖，大大提高了经济效益。一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株。例如一株葡萄一年繁殖到3万多株，一株兰花一年繁殖到400万株。

组培快繁的商业性应用始于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。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l0亿株。由于组培苗越来越多地被生产者所接受，导致了组培新公司的诞生就像它们繁殖的植株数量一样以指数增长。据估计，目前全球有关生物技术产业的年交易额约为2060亿美元，其中50％～60％与农业有关。植物组培苗的贸易额约占总额的10％，即206亿美元，并以每年15％速度递增。2、快速繁殖3、种苗脱病毒

植物病毒是引起无性繁殖作物品种退化的主要因素。病毒防治除抗病育种外，脱除种用材料所携带的病毒是目前最有效的途径。利用茎尖培养脱毒进行无病毒种苗的快速繁殖，已大量应用。已经取得成功的有马铃薯、草莓、香蕉、葡萄等等。

4.工厂化生产种苗和次生代谢物当前采用组织培养来加速药用植物（如人参、紫草、贝母、甘草等）的繁殖生长已获得成功，并投入工厂化生产。生物制品有些极其昂贵的生物制品，如抗癌首选药物--紫杉醇等，可以用大规模培养植物细胞来直接生产的细胞系，每升细胞培养物中紫杉醇的产量可达0.25mg。

工厂化育苗含义：人工控制环境条件，通过组织培养技术手段，批量生产苗木的育苗方法。

特点：繁殖快，整齐、一致，无病虫害，周期短，周年生产，性状稳定。5．种质的保存和基因库的建立

目前种质的保存和基因库的建立在育种工作中是十分重要的。由于组织培养材料的体积小，利于在低温（如低温冰箱）或超低温（如-1960C液态氮）中长期保存。

6.制造人工种子人工种子---是指通过用人工种皮包被体细胞胚而形成的种子。这为某些稀有和珍贵物种的繁殖提供了一种高效的手段。