奇妙的瓶中花園

古希臘著名哲學(xué)家萊布尼茨曾經(jīng)說過：“世上不可能有兩片完全相同的葉子。”如果是在幾百年前，我們可以不用懷疑，可在擁有發(fā)達的新興生物技術(shù)的現(xiàn)代，“不可能”就不會那么絕對了，利用新興的生物技術(shù)，人們可以通過植物體上的結(jié)構(gòu)材料，培植出相同的植株，創(chuàng)造一個奇妙的瓶中花園。這是什么樣的生物技術(shù)呢？這就是我們今天要給大家講述的：神奇的“植物克隆”技術(shù)。

什么是克隆

大家一定記得《西游記》中孫悟空的那根有魔力的猴毛吧，危急時刻，他只要拔出猴毛一吹，就可以搬出千萬只猴子來當(dāng)救兵。這就是我國明代作家吳承恩最早對克隆的設(shè)想。盡管這只是一個神話，但用今天的科學(xué)名詞來講，就是孫悟空能迅速將自己身體的一部分克隆成自己。雖然這與人類最早出現(xiàn)的克隆羊多利有些接近，但事實上，人類的動物克隆技術(shù)還達不到這樣的水平。對于植物克隆，雖然我們平時接觸的比較少，但植物克隆技術(shù)已經(jīng)比較成熟。

植物克隆奇妙之旅

植物克隆專家們是怎么完成植物克隆這一奇妙過程的呢？咱們一起去體驗吧！

制備培養(yǎng)基

在克隆前，專家們需要先進行培養(yǎng)基的篩選和制備。

看似半透明不怎么起眼的培養(yǎng)基恰恰是植物克隆技術(shù)的核心，它提供植物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，是決定植物組織培養(yǎng)成敗的關(guān)鍵因素之一。

對于植物克隆這么重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，那這些培養(yǎng)基中都有些什么呢？培養(yǎng)基是供植物生長用的人工配制的養(yǎng)料，一般都含有碳水化合物、含氮物質(zhì)、有機營養(yǎng)、無機鹽（包括微量元素），以及植物生長調(diào)節(jié)劑和水等物質(zhì)。

植物培養(yǎng)基的配方異常復(fù)雜，如果改變其中一種化學(xué)物質(zhì)，就可能導(dǎo)致植物生長的異常。其中植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)又是培養(yǎng)基中的關(guān)鍵物質(zhì)，雖用量極小，但在植物組織培養(yǎng)中起著顯著的調(diào)節(jié)作用。植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)包括生長素、細胞分裂素及赤霉素等。根據(jù)每種植物的特性，通常需要對培養(yǎng)基進行篩選，這樣才能實現(xiàn)植物的成功克隆。培養(yǎng)基的篩選包括基本培養(yǎng)基的篩選、改良基本培養(yǎng)基（無機鹽、有機物濃度改變）的篩選以及其中激素濃度配比的篩選。

植物克隆小辭典

植物克隆又稱植物組織培養(yǎng)，是指通過無菌操作把植物體的各類結(jié)構(gòu)材料——外植體（如根尖、莖段、莖尖、幼葉等），接種于人工制備的培養(yǎng)基上，在人工控制的環(huán)境條件（溫度、濕度、光照等）下進行離體培養(yǎng)的一套技術(shù)與方法。

在植物克隆過程中，最讓人煩心的事情，就是培養(yǎng)基被污染。由于培養(yǎng)基中含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)，再加上適宜的溫度和濕度，真菌和細菌非常容易繁殖。一旦培養(yǎng)基被真菌或細菌污染，專家們就只能將該瓶培養(yǎng)基丟棄處理，重新制備培養(yǎng)基，這會極大地影響植物克隆的效率。

培養(yǎng)基被真菌污染，最顯著的特點，是在培養(yǎng)后3—10天內(nèi)就會發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)瓶內(nèi)出現(xiàn)了白色、黑色或綠色等不同顏色的菌絲塊。如果被細菌污染，就會在培養(yǎng)后的1—2天后，即可發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)基出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象或云霧狀痕跡。

造成培養(yǎng)基污染，主要有以下幾個原因：1.培養(yǎng)基滅菌不徹底。2.植物材料消毒處理不完全。3.操作不規(guī)范，器械消毒不徹底。4.培養(yǎng)環(huán)境不清潔等。如何避免或減輕污染呢？唯一的辦法，就是一定要保證在無菌條件下進行克隆操作。

植物克隆小辭典

不同的培養(yǎng)基有不同的作用，比如啟動培養(yǎng)基是用來建立植物克隆的無菌體系；愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)基用于誘導(dǎo)植物無菌體系形成愈傷組織；增殖培養(yǎng)基用于誘導(dǎo)愈傷組織形成芽；壯苗生根培養(yǎng)基用于誘導(dǎo)芽形成包含根、莖、葉的完整植株。

植物克隆步步看

培養(yǎng)基制備完成，接下來就要進行植物克隆了。植物克隆的關(guān)鍵，就是要在適宜的時間將培養(yǎng)對象接種于適宜的培養(yǎng)基中。

1 將植物組織滅菌后接種于啟動培養(yǎng)基中，建立無菌體系。

2 接種于脫分化培養(yǎng)基中，誘導(dǎo)植物組織脫分化形成愈傷組織。

3 接種于再分化培養(yǎng)基中，誘導(dǎo)愈傷組織再分化長出芽。

4 接種于壯苗生根培養(yǎng)基中，形成完整的植株。

5 試管苗出瓶并移栽入田間種植。

植物克隆小辭典

愈傷組織指植物體的局部受到創(chuàng)傷刺激后，在傷口表面新生的組織。

植物克隆小辭典

什么是細胞全能性？每個植物細胞都含有個體的全部遺傳信息，都有分化成一個完整生物個體的能力，這就是細胞的全全能性。

植物克隆很重要

科學(xué)家為什么要進行植物克隆呢？因為我們需要：

1 完成植物快速繁殖

依靠自然條件繁殖珍稀植物和經(jīng)濟價值較高的植物，受到地理環(huán)境和氣候的限制，很難達到快速、高效繁殖的目的。而通過植物克隆技術(shù)，只需提取原材料上的一小塊組織或器官就能在短期內(nèi)生產(chǎn)出大量市場所需的優(yōu)質(zhì)苗木。如今，通過克隆技術(shù)成功繁殖的植物種類達1500多種，已經(jīng)實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)的有數(shù)百種。例如，世界上90%左右的珍稀蘭花種類是通過植物克隆技術(shù)進行快速繁殖的。

2 完成無病毒種苗生產(chǎn)

全世界已發(fā)現(xiàn)植物病毒約700種，這些病毒對我們的農(nóng)作物危害極大，可能導(dǎo)致農(nóng)作物大量減產(chǎn)或絕收，甚至全株死亡。國內(nèi)外解決這一緊迫問題的唯一途徑就是培育無病毒苗。植物克隆在其中起到了關(guān)鍵作用。在我國，包括甘薯、馬鈴薯和甘蔗在內(nèi)的數(shù)十種重要農(nóng)作物的無病毒種苗已在生產(chǎn)上大面積推廣和種植。

3 保護珍稀植物資源

由于生態(tài)環(huán)境的惡化，許多植物瀕臨滅絕，如桫欏等167種國家一、二級保護植物。挽救寶貴的植物資源就成為植物克隆專家們的責(zé)任。目前，桫欏、珙桐、人參、金花茶等珍稀植物已經(jīng)有成功克隆的案例。

4 制備人工種子

上世紀80年代初，在植物克隆技術(shù)方面產(chǎn)生了一項新技術(shù)，即人工種子。就是將植物克隆技術(shù)所得到的能夠繁殖植物部分（如體細胞胚、不定芽、頂芽、腋芽或子鱗莖等）包裹在能夠提供養(yǎng)分的膠囊（人工胚乳）里，再在膠囊外表面加上一層具有保護功能的外膜（人工種皮），制成一種類似于種子的結(jié)構(gòu)。人工種子在一定條件下萌發(fā)生長，形成完整植株。

美國科學(xué)家已成功研制完成芹菜、苜蓿、花椰菜的人工種子，并得到較高的發(fā)芽成活率，這些人工種子已投入生產(chǎn)并進入市場。

5 植物生物反應(yīng)器

植物中含有數(shù)量極為可觀的有效藥用成分。據(jù)保守估計，目前發(fā)現(xiàn)具有天然藥用成分的植物已經(jīng)超過2萬種，而且還以每年新發(fā)現(xiàn)1600余種的速度遞增。我國偉大的醫(yī)學(xué)家李時珍編撰的巨著《本草綱目》中，所列的1892種藥物中絕大多數(shù)為植物。然而天然植物與人工栽培的植物生長遲緩，且易受到自然災(zāi)害的影響，靠從天然植物與人工栽培植物中提取藥用成分難以滿足日益增長的市場需求。利用植物克隆技術(shù)，科學(xué)家研制出了植物生物反應(yīng)器。迄今為止，人類通過植物生物反應(yīng)器獲得的藥用成分（生物堿、維生素、色素、抗生素以及抗腫瘤藥物）不少于50大類。在研究過的200多種植物生物反應(yīng)器中，已發(fā)現(xiàn)可產(chǎn)生300余種對人類有用的成分，其中大部分為醫(yī)學(xué)上廣為應(yīng)用的重要藥物。

6 植物克隆在前沿科學(xué)研究中的應(yīng)用

利用植物克隆技術(shù)以及發(fā)展衍生出的其他生物技術(shù)手段，專家們已培育篩選出一大批植物新品種，比如水稻、小麥、大麥、甜椒等。此外，植物克隆技術(shù)已經(jīng)成為植物科學(xué)研究中的常規(guī)基礎(chǔ)方法，還在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了一系列復(fù)雜的基因工程技術(shù)，如轉(zhuǎn)基因技術(shù)等前沿科學(xué)技術(shù)。

哇！現(xiàn)在你該驚訝了，原來植物克隆對大自然、對人類的貢獻竟然如此之大！

考考你

無菌瓶是密封的，植物為什么還能存活呢？它們需要的氧氣是從哪里來的？

（答案：因為培養(yǎng)室里有光線，所以植物可以通過光合作用合成氧氣。）

親愛的同學(xué)們，明白了植物克隆技術(shù)的重要意義和應(yīng)用，你會發(fā)現(xiàn)植物克隆不只存在于生物學(xué)家的實驗室或科幻片中，其實早已經(jīng)與我們的生活息息相關(guān)。也許你身邊接觸到的花草樹木，甚至美味的食物都是通過植物克隆技術(shù)獲得的。如果你有志將來成為一名植物克隆技術(shù)專家，需要有一顆熱愛大自然的心靈以及從小對各學(xué)科知識的不斷積累。親愛的同學(xué)們，現(xiàn)在趕緊準(zhǔn)備吧！