植物組織培養的應用

 

植物離體快速繁殖是植物組織培養在生產上應用最廣泛，產生較大經濟效益的一項技術。其商業性應用始於20世紀70年代美國蘭花工業，80年代已被認為是能夠帶來全球經濟利益的產業。組培快繁技術不受季節等條件的限製，可周年生產，具有生長周期短、繁殖速度快、苗木整齊一致等優點。

通過離體快繁可在較短時期內迅速擴大植物的數量，在合適的條件下每年可繁殖出幾萬倍，乃至百萬倍的幼苗。如1個草莓芽1年可繁殖1億個芽，1個蘭花原球莖1年可繁殖400萬個原球莖，1株葡萄1年可繁殖3萬株。快繁技術加快了植物新品種的推廣，以前靠常規方法推廣一個新品種要幾年甚至十多年，而現在快的隻要1~2年就可在世界範圍內達到普及和應用。特別是對繁殖係數低的“名、優、新、奇、特”植物品種的推廣更為重要。

全世界組培苗的年產量從1985年的1.3億株猛增到1991年的5.13億株，現在已超過10億株。如美國的Wyford國際公司設有4個組培室，研究和培育出的新品種達1000餘個，年產觀賞花卉、蔬菜、果樹及林木等組培苗3000萬株；以色列的Benzur年產觀賞植物組培苗800萬株；印度Harrisons Malayalam有限公司年產觀賞植物組培苗400萬株。

植物組培快繁技術在我國也得到了廣泛的應用，到目前為止已報道有上千種植物的快速繁殖獲得成功，包括觀賞植物、蔬菜、果樹、大田作物及其它經濟作物。其中蘭花、安祖花、馬蹄蓮、甘薯、草莓、香蕉、甘蔗、桉樹、非洲菊等經濟植物已開始工廠化生產。

 

植物在生長過程中幾乎都要遭受到病毒不同程度的危害，尤其是靠無性繁殖的植物，如蒙受病毒病後，代代相傳，越染越重，嚴重地影響了產量和品質，給生產帶來嚴重的損失。如草莓、馬鈴薯、甘薯、葡萄、香蕉等植物感染病毒後會造成產量下降、品質變劣；蘭花、菊花、百合、康乃馨等觀賞植物受病毒為害後，造成產花少、花小、花色暗淡，大大影響其觀賞價值。

自20世紀50年代發現采用莖尖培養方法可除去植物體內的病毒以來，脫毒培養就成為解決病毒病危害的主要方法。由於植物生長點附近的病毒濃度很低甚至是無病毒，切取一定大小的莖尖分生組織進行培養，再生植株就可能脫除病毒，從而獲得脫毒苗。脫毒苗恢複了原有優良種性，生長勢明顯增強，整齊一致。如脫毒後的馬鈴薯、甘薯、甘蔗、香蕉等植物可大幅度提高產量，改善品質，最高可增產300%，平均增產也在30%以上；蘭花、水仙、大麗花等觀賞植物脫毒後植株生長勢強，花朵變大，產花量上升，色澤鮮豔。目前利用組織培養脫除植物病毒的方法已廣泛應用花卉、果樹、蔬菜等植物上，並建立了脫毒苗的繁殖係數。

 

植物組織培養技術為育種提供了更多的手段和方法，使育種工作在新的條件下更有效的開展。

（1）花藥和花粉培養    通過花藥或花粉培養可獲得單倍體植株，不僅可以迅速獲得純的品係，更便於對隱性突變的分離，較常規育種大大地縮短了育種年限。到目前已有幾百種植物的花藥培養成功，一些作物已利用花粉單倍體育出了新品種並應用於大麵積生產。如1974年我國科學家用單倍體育成世界上第一個作物新品種——煙草單育1號，之後有育成水稻“中花8號”、小麥“京花1號”及大量花培新品係。

（2）胚培養    胚培養是組織培養中最早獲得成功的技術。在遠緣雜交中，雜交後形成的胚珠往往在未成熟狀態下就停止生長，不能形成有生活力的種子，導致雜交不孕，這使得植物的種間和遠緣雜交常難以成功。采用胚的早期培養可以使雜交胚正常發育，產生遠緣雜交後代，從而育成新品種。如蘋果和梨雜交種、大白菜與甘藍雜交種、栽培棉與野生棉的雜交種等，胚培養已在50多個科、屬中獲得成功。利用胚乳培養可獲得三倍體植株，再經過染色體加倍獲得六倍體，進而育成植株生長旺盛、果實大的多倍體植株。

（3）細胞融合    通過原生質體的融合，可部分克服有性雜交不親合性，從而獲得體細胞雜種，創造新物種或優良品種。目前已獲得40多個種間、屬間甚至科間的體細胞雜種植株或愈傷組織。

（4）選擇細胞突變體    離體培養的細胞處於不斷的分裂狀態，容易受到培養條件和外界物理、化學等因素的影響而發生變異，從中可以篩選出對人們有用的突變體，進而育成新品種。現已獲得一批抗病蟲、抗鹽、高賴氨酸的突變體，有些已用於生產。

（5）植物基因工程    植物基因工程是在分子水平上有針對性的定向重組遺傳物質，改良植物性狀，培育優質高產作物新品種，大大地縮短了育種年限，提高了工作效率，為人類開辟了一條誘人的植物育種新途徑。迄今為止，已獲得轉基因植物百餘種。植物基因轉化的受體除植物原生質體外，愈傷組織、懸浮細胞也都可以作為受體。幾乎所有的基因工程的研究最終都離不開應用植物組織培養技術和方法，它是植物基因工程必不可少的技術手段。

 

利用植物組織或細胞的大規模培養，可以生產一些天然有機化合物，如蛋白質、糖類、脂肪、藥物、香料、生物堿及其他生物活性物質等。這些次生代謝產物往往具有一些特定的功能，對人類有重要的影響和作用。目前次生代謝產物的生產主要集中在製藥工業中一些價格高、產量低、需求量大的化合物上（如紫杉醇、長春堿、紫草寧等），其次是油料（如小豆蔻油、春黃菊油）、食品添加劑（如生薑、洋薑等）、色素、調味劑、飲料、樹膠等。

 

種質資源是農業生產的基礎，常規的植物種質資源保存方法耗資巨大，使得種質資源流失的情況時有發生。通過抑製生長或超低溫儲存的方法離體保存植物種質，可節約大量的人力、物力和土地，還可挽救那些瀕危物種。如一個0.28m³的普通冰箱可存放2000支試管苗，可容納相同數量的蘋果植株則需要近6hm²土地。離體保存還可避免病蟲害侵染和外界不利氣候及其栽培因素的影響，可長期保存，有利於種質資源材料的遠距離之間的交換。

 

人工種子是模擬天然種子的基本構造，利用人工種子包皮被植物組織培養中得到的體細胞胚。人工種子在自然條件下能夠象天然種子一樣正常生長，它可為某些珍稀物種的繁殖以及轉基因植物、自交不親和植物、遠緣雜種的繁殖提供有效的手段。

植物組織培養技術作為生物科學的一項重要技術，已經滲透到生物科學的各個領域，它為研究植物細胞、組織分化以及器官形態建成規律提供了實驗條件，促進了植物遺傳、生理生化、病理學的深入研究。隨著科學技術的發展，組織培養技術的應用範圍將日趨廣泛，發揮越來越重要的作用。