植物組織培養及其應用（3）

 

二、植物組織培養的應用 

　　（一）增加遺傳變異性，改良作物 

　　單倍體育種：通過花藥培養，從小孢子獲得單倍體植株，染色體加倍後獲得正常二倍體植株，這是一條育種的新途徑。單倍體育種可以縮短育種年限，節約人力物力，較快地獲得優良品種，目前已有四十多種植物獲得了單倍體植株。我國在水稻、小麥、煙草、柏樹、橡膠、辣椒等植物的單倍體育種的工作上，處於領先地位。 

　　胚培養、子房培養、胚珠培養：為了克服遠緣雜交的不親和性，可采用胚、子房、胚珠培養和試管受精等手段。最早成功的例子是兩個栽培種亞麻的雜交胚發生敗育，利有雜種胚培養克服了一些障礙，得到種子。現在在棉花、黃麻上也獲得成功。從玉米的離體子房培養，經體外受粉可以得到種子。 

　　突變體的選擇和應用：由於植物的單細胞培養成功，可以用這個方法誘發單細胞進行突變，通過篩選所需要的突變體，然後使細胞分化成植株，再通過有性世代使遺傳性穩定下來，這是從細胞水平來改造植物的一種途徑。除細胞外，愈傷組織、花藥、原生質體都可誘發突變。70年代以來，世界各國在這方麵已有不少成功的例子，如：已選育出抗花葉病毒的甘蔗無性係，抗1-2%NaCl的野生煙草細胞株，抗除草劑的白三葉草細胞株等。 

　　體細胞雜七雜八交和遺傳工程：自1960年以來用酶法獲得大量有活力的植物原生質體，現已從四十多種植物的原生質體產生出再生植株。通過異種原生質體的相互融合（即體細胞雜交）為植物育種工作開闊新的途徑。原生質體融合的工作自1972年Carlson在兩個煙草種間成功以來，現在除種內與種間能獲得雜種植株外，在屬間甚至不同科的植物間亦做了許多工作，如煙草與大豆、煙草與天仙子、矮牽牛與小花矮牽牛、番茄與矮牽牛等都得到了雜種植株。 

　　此外，通過原生質體融合，並以選擇胞質鏈黴素抗性做手段以轉移煙草的雄性不育性狀，或通過原生質體融合轉移胞質的抗林可黴素因子都得到成功。 

　　原生質體沒有胞壁，容易接受外來的引入物質。由於致癌農杆菌可以使多種植物形成腫瘤，以及已發現它所帶的Ti質粒可以有效的插入植物細胞的基因組中，所以一些研究者也設想能否以Ti質粒作為載體，與固氮基因重組後轉入植物的細胞中，如能實現將固氮基因轉到非豆科植物如水稻、小麥、玉米等作物中，則遺傳工程在創新植物類型上的前景，無疑是非常廣闊的。 

　　（二）繁殖植物 

　　組織培養中從一個單細胞，一塊愈傷組織，一個芽（或其它器官）都可以獲得無性係。無性係就是用植物體細胞繁殖所獲得的後代。用植物組織培養技術繁殖的無性係可概括為五個類型： 

　　原球莖：細胞或組織培養經原球莖途徑分化成植株。大部分蘭花屬於這一類型，即蘭花的各個部分的離體組織都能誘導形成原球莖，再經培養分化形成植株。 

　　器官發生型：即從細胞或愈傷組織培養通過不定芽形成植株，如煙草愈傷組織培養分化所得的植株。 

　　胚狀體發生型：從細胞或愈傷組織通過胚狀體途徑，即由球形期、魚雷期、心形期、子葉期經成熟胚發育成植株，如胡蘿卜體細胞培養可通過胚狀體途徑形成植株。 

　　器官型：從離休珠莖、花芽、葉、鱗片等，亦即從離體的母體組織直接產生小植株，如貝母、百合等。 

　　無菌短枝扡插；選取已發育成熟的腋芽，連同短枝經表麵滅菌後在無菌條件下培養，使其生根。腋芽可用生長激素處理促使其萌發。這一方法在較短時間內即可獲得一個植株。對保存珍貴的優良樹種或花卉品種是簡易而有效的方法。 

　　通過組織培養可以做到快速繁殖。1年中從一個芽得到103-106個芽，達到快速目的。現在在國內外已掀起"試管苗"熱，許多花卉、林木、果樹、蔬菜都可通過組織培養進行大規模的無性繁殖。國外在草莓、蘋果、柑桔、蘭花、石竹、鐵線蓮、杜鵑、月季、桉樹等進行快速繁殖已達到商品化。我國近年來已獲成功的有甘蔗、月季、菊花、無籽西瓜、櫟樹、山楂、獼猴桃、雪鬆等。 

　　通過組織培養可以進行無病毒植株的培育。病毒是植物的嚴重病害，病毒病的種類不下五百多種。受害的糧食作物有水稻、小麥、馬鈴薯、甘薯，蔬菜作物有：油菜、大蒜，果樹有：柑桔、蘋果、棗，花卉有：唐菖蒲、石竹、蘭花等。防治無方，隻好拔除病株，因而造成很大經濟損失。病毒在植株上的分布是不均一的，老葉、老的組織和器官病毒含量高，幼嫩的未成熟組織和器官病毒含量較低，生長點幾乎不含病毒或病毒較少。1952年法國Morel用生長點培養法獲得無病毒植株成功，以後許多國家開展了這方麵的工作。目前已在馬鈴薯、甘薯、大蒜、石竹、百合、蘭花、草黴等植物上得到成功。如果采用0.1毫米以下的生長點，則培養時間長（1-1.5年），成活率低，故目前已多用0.1-0.5毫米大小生長點，結合熱處理培育無病毒苗。在我國已獲得馬鈴薯無病毒苗，並進行了推廣種植，在廣東省進行了柑桔無病毒苗的培育。 

　　（三）有用化合物的工業化生產 

　　組織培養除了在農業上的應用外，目前世界各國都在重視另一個方麵，即有用化合物的工業化生產。有用化合物包括藥物、橡膠、香精油、色素……等。這些化合物許多都是高等植物的次生代謝物，有些化合物還不能大規模地人工合成，而靠植物產生這些化合物來源有限。因此，利用組織培養方法，培養植物的某些器官或愈傷組織，並篩選出高產、高合成能力、生長快的細胞株係，以進行工業化生產，是一條行之有效的途徑。 

　　次生代謝物的研究和組織培養方麵，進行工作最多的是聯邦德國和***。用組織培養可以生產的化合物有強心苷、吲哚生物堿、黃連素、輔酶Q10等，現已選出高產的細胞係，大規模生產亦有成效。人參為我國名貴藥材，現今因野生資源缺少，多用人工栽培，但人參生長慢，6年才有10克左右的人參根（幹重），采用組織培養方法可比天然生長速度提高上百倍左右。我國科學家羅士韋早在1963年就成功地培育了人參的組織，但此工作後被迫中斷。近年來，南京藥學院丁家宜利用組織培養生產出人參幹粉。在組織培養中生長速度為0.5克o升-1o日-1(幹重)，比栽培人參0.004.5克o日-1o根-1約高100倍以上，並可在20天左右周期內有10-20升大瓶中進行小批量生產，每升得13.9克，其藥用成分和藥理活性與商品人參相似或更優，現已投入中試生產。這是我國第一個用組織培養進行藥的工業化生產的例子（見南京藥學院學報，2期，61-76頁，1981年）。

　　在這方麵尚待解決的問題是：（1）選出的細胞係中次生物質的產量是否高於起源植物；（2）繼代培養後生物合成能力是否能保持；（3）生長是否快速；（4）成材一核算問題。 

　　（四）培養物質溫貯藏和種質庫的建立 

　　在液氮（-196℃）條件下，加入冷凍保護劑，可使組織培養物的代謝水平降低，有利於細胞、胚狀體、試管苗、愈傷組織等的長期保存。據報導，冷凍保存的胡蘿卜胚狀體，在保存1年後仍有再生成植株的能力，有些國家已利用此方法建立了種質庫，但我國在這方麵仍是空白。 

　　在國際上一個新的動向是"人工種子"的試驗。所謂"人工種子"，是指以胚狀體為材料，經過人工薄膜包裝的種子。在適宜條件下它萌發長成幼苗。據美國遺傳公司報道，美國科學家已成功地把芹菜，苜蓿，花椰菜的胚狀體包裝成人工種子，並得到較高的萌發率，這些人工種子已生產並投放市場。我國科學工作者成功地研製成水稻人工種子。可見，組織培養將在遺傳育種、作物改良和改革作物栽培中獲得更大的成效。