植物組織培養技術的現狀及發展趨勢

陳紅

（西北民族大學 生命科學與工程學院，甘肅蘭州 730030）

植物組織培養指從植物體中分離出滿足需要的組織。植物體的任何一個細胞都有長成完整個體的潛在能力，人們利用植物組織培養技術快速獲取優良植物株系，為植物組織培養提供了新的思路和方法。近年來，生物技術學科發展較快，植物組織培養技術得到迅速發展和推廣，如何優化植物組織培養技術是當前植物組織培養關注的焦點。因此，探索植物組織培養技術的現狀及發展趨勢具有十分重要的現實意義。鑒于此，筆者對植物組織培養技術進行了相關思考。

1 植物組織培養技術的基本內涵

1.1 植物組織培養技術的定義

組織培養技術是在人為創造的無菌條件下，將生活的離體器官（如根、莖、葉、莖段、原生質體）、組織或細胞置于培養基內，并放在適宜的環境中進行連續培養，以獲得細胞、組織或個體的技術。這種技術在基礎理論研究和生產時間中的作用與日俱增，已廣泛應用于農業和生物、醫藥的研究[1]。

1.2 植物組織培養技術的原理

植物組織培養的原理是細胞全能性。細胞全能性是指高度分化的植物體細胞具有全能性，細胞經分裂和分化后，均具有同樣的或基本相同的成套的遺傳物質，只不過在特定條件下才會表達，如一定營養的物質、激素和其他適宜條件。組織培養基于此原理誘導形成愈傷組織，幫助傷口愈合，在傷口表面新生的組織，再在愈傷組織上形成新的叢生芽[2]。

1.3 植物組織培養技術的要點

植物組織培養技術要把握好四個關鍵點。（1）愈傷組織的培養條件必須無菌，避免微生物的侵入。（2）剛生長不久的莖尖、芽尖，從莖尖生長點出現新的葉原基后，還沒有受到病毒的侵染。（3）組織能培養成植株，細胞分化程度有高低之分，但植物細胞全能性不變。（4）組織培養中光照也是重要的條件之一，完成接種工作后，在培養室中培養時就需要光照條件，一般在光照（日光燈照射），溫度（30 ℃）中培養。

2 植物組織培養技術的應用現狀

隨著科學技術的不斷發展，植物組織培養技術得到較快發展，在轉基因育種、種質資源離體保存、植物脫毒和快速繁殖、植物育種等方面得到了應用。

2.1 轉基因育種

轉基因技術在農業領域的應用最為廣泛，把從植物或微生物中分離獲得的目的基因片段轉入特定植物中，培育出更加高產、優質、多抗的新品種。植物轉基因育種有很強的目的性，通過農桿菌介導或基因槍法改變植物的基因，使植物細胞的基因重組，且轉化受體均為離體培養的植物細胞，通過繼代培養增殖，獲得細胞群體，需要注意的是，轉基因育種技術應建立高效穩定的組織培養再生體系上，促進產量和品質遺傳改良。

2.2 種質資源離體保存

種質資源又稱遺傳資源，是植物育種的基礎，它往往存在于特定品種之中。目前，很多植物物種正逐年消失，種質資源離體保存技術采用限制、延緩或者停止其生長的方法，傳遞給子代并決定固有生物性狀的遺傳物質，需要時可重新恢復其生長，并再生植株，對于生物多樣性保護意義重大，取得了一定的成效，幫助了許多植物的延續，避免滅絕的可能[3]。但種質資源離體保存時需要定期進行繼代培養，連續數代的擴繁培養過程將降低培養物的分化和再生能力，為解決這一問題，離體種質資源冷凍保存技術應運而生，細胞培養中對細胞低溫冷凍貯存，使將來建立離體種質資源庫成為可能。

2.3 植物脫毒和快速繁殖

植物脫毒技術是利用高溫處理、莖尖組織培養等方法，脫除植物所感染的病毒，在超凈無菌的條件下培養不帶病菌的植株，進行營養繁殖。一些農作物經過長時間的種植往往會攜帶病毒，植物脫毒技術具有恢復原品種特征特性，通過脫毒苗進行繁殖，作物就不會發生病毒，以達到優質、高效和低成本的目的。離體快速繁殖技術比常規方法快數萬倍，可以在短期內獲得大量一致的遺傳性，有利于擴大繁殖。植物脫毒和快速繁殖技術的應用，為觀賞植物、園藝作物、經濟林木、無性繁殖作物等提供苗木，并形成產業化。

2.4 植物育種

植物育種是培育優良新品種的技術，我國植物組織培養現已在單倍體育種、胚胎培養、細胞融合和培養細胞突變體等方面開展應用，力求達到高產、穩產、優質、高效的目標。

單倍體育種是植物育種手段之一，在單倍體育種方面，利用花藥培養等方法誘導產生單倍體，單倍體植株經染色體加倍后，使其單一的染色體各自加倍成對，育成大面積種植的作物新品種。單倍體能在植株上充分地顯現重組的配子類型，我國在單倍體育種方面取得了重大成果，可提供新的遺傳資源和選擇材料。從我國單倍體育種的成果上看，作物新品種單育1號煙草品種，以及中花8號水稻和京花1號、京單92-2097小麥等面積栽培的作物新品種[4-5]。

胚胎培養是植物育種的又一應用。胚胎培養是植物組織培養的一個主要領域，植物的雜交不孕使遠緣雜交不易成功，但采用胚的早期離體培養能夠使胚正常發育和培養出雜交后代，以無性系繁殖獲得數量較多、性狀一致的群體，胚培養已在多個科屬中成功。植物胚胎培養可以克服雜種胚的敗育，獲得稀有雜種，與此同時，還可以獲得單倍體和多倍體植株，育成多倍體新品種。

植物育種的手段還表現在細胞融合技術方面。植物細胞融合是植物細胞工程的一個重要分支，植物組織培養技術就是原生質體融合，可部分克服有性雜交不親和性，獲得體細胞雜種，創造新種或育成優良品種。當前，已獲得幾十個種間、屬間、甚至科間的體細胞雜種、愈傷組織，分化成苗。采用原生質體融合技術從不雜交的植物中如番茄和馬鈴薯、煙草等獲得屬間雜種[6]。

培養細胞突變體也是植物組織培養技術在植物育種的應用。在植物組織培養技術中，愈傷組織培養通過細胞培養，培養的細胞一直處于不斷的分生狀態，篩選出對人們有用的突變體，從而育成新品種。目前，植物組織培養技術在培養細胞突變體上的應用，已應用到篩選抗病、抗鹽、高賴氨酸、高蛋白、矮稈高產的突變體。

3 植物組織培養技術的發展趨勢

植物組織培養技術現已得到了推廣和應用，但其良好的發展趨勢和應用前景不容忽視。從植物組織培養技術的發展趨勢上看，揭開生命活動的秘密、作為植物生物反應器以及其他未知科學的研究，將成為植物組織培養技術研究的重點和難點內容。

3.1 揭開生命活動的秘密

揭開生命活動的秘密是植物組織培養技術的發展趨勢之一。植物組織培養技術在未來的發展中，多科學、多技術的相互配合將是大勢所趨，植物組織培養技術與遺傳學、細胞生物學、基因工程、生物工程等領域深度融合[7]，揭開生命活動的秘密。在揭開生命活動的秘密的過程中，了解單個基因的作用，接受基因的受體細胞要產生再生植株，就需要通過組織培養的方法才能實現。

3.2 作為植物生物反應器

作為植物生物反應器是植物組織培養技術的又一發展趨勢。植物生物反應器是近年來生物技術領域新的研究方向，隨著新功能基因的分離、克隆等技術的發展，在今后15～20年內，利用組織培養的材料作為植物生物反應器產生的高新生物技術產品將不斷涌現。在植物組織培養技術的應用方面，利用培養的植物細胞和組織細胞作為生物反應器，也可以生產某些蛋白質、氨基酸、抗生素、疫苗等，進而造福于人類[8]。

3.3 其他未知科學的研究

植物組織培養技術的發展趨勢還表現在其他未知科學的研究方面。現代科學發展非常迅速，為了認識客觀事物的內在本質和運動規律，新發明、新發現、新創造層出不窮，植物組織培養技術現在仍然處于發展階段，科學研究是面向未知世界的認識活動，很多機理人們還沒有搞清楚，植物組織培養技術具有很大的發展潛力，能夠適用的領域也越來越大，植物組織培養新技術不斷被運用到科學各個領域中。相信在今后的幾十年內，組織培養將會有更大的發展，在農業、制藥業、加工業等方面將會發揮更大的作用，創造出更大的經濟效益。

4 結語

植物組織培養技術的研究任重道遠。現階段，雖然在轉基因育種、種質資源離體保存、植物脫毒和快速繁殖、植物育種等方面得到了應用，取得了一定成效，植物組織培養技術得到了提升，但植物組織培養仍然處于發展階段。從植物組織培養技術的發展趨勢上看，相信在今后的幾十年內，將植物組織培養技術滲透到科研、生產和生活各個領域，最大化發揮植物組織培養技術的作用，必將為社會創造更大的價值和效益。