植物组织培养,顾名思义,就是在含有营养物质及植物生长物质的培养液中,培养离体植物组织(器官或细胞)并诱导使其长成完整植株的技术。其共有以下几个步骤:
1、胚胎培养
指以从胚珠中分离出来的成熟或未成熟胚为外植体的离体无菌培养。
2、器官培养
指以植物的根、茎、叶、花、果等器官为外植体的离体无菌培养,如根的根尖和切段,茎的茎尖、茎节和切段,叶的叶原基、叶片、叶柄、叶鞘和子叶,花器的花瓣、雄蕊(花药、花丝)、胚珠、子房、果实等的离体无菌培养。
3、组织培养 指以分离出植物各部位的组织(如分生组织、形成层、木质部、韧皮部、表皮、皮层、胚乳组织、薄壁组织、髓部等),或已诱导的愈伤组织为外植体的离体无菌培养。这是狭义的植物组织培养。
4、细胞培养 指以单个游离细胞(如用果酸酶从组织中分离的体细胞,或花粉细胞,卵细胞)为接种体的离体无菌培养。
5、原生质体培养 指以除去细胞壁的原生质体为外植体的离体无菌培养。
植物组织培养技术的理论来源于19世纪30年代,德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺创立的细胞学说。而在细胞学说的基础上,在1902年,德国植物学家哈伯兰特发飙了细胞全能性的理论,这一理论正是如今的植物组织培养技术的基础理论。同时1958年美国科学家斯蒂瓦特等人4用胡萝卜韧皮部的细胞进行培养,终于得到了完整植株,并且这一植株能够开花结果,证实了哈伯兰特在五十多年前关于细胞全能性的理论。直至今日,植物组织培养技术的发展也已经日趋完善,如今我们许多的食物都归功于植物组织培养技术,例如我们吃的马铃薯、番茄、草莓等等食物4
通过植物组织培养技术的不断进步,生物学家们发现了该技术有以下几点优点:
1.占用空间小,不受地区、季节限制。
2.培养脱毒作物
3.培养周期短
4.可用组培中的愈伤组织制取特殊的生化制品
5.可短时间大量繁殖,:于拯救濒危植物
6.可诱导之分化成需要的器官,如根和芽
7.解决有些植物产种子少或无的难题,
8.不存在:异,可保持原母本的一切遗传特征
9.投资少,经济效益高
10.繁殖方式多,试用品种多
运用植物组织培养技术的培养方式也有很多,例如:
1、胚胎培养 指以从胚珠中分离出来的成熟或未成熟胚为外植体的离体无菌培养。
2、器官培养 指以植物的根、茎、叶、花、果等器官为外植体的离体无菌培养,如根的根尖和切段,茎的茎尖、茎节和切段,叶的叶原基、叶片、叶柄、叶鞘和子叶,花器的花瓣、雄蕊(花药、花丝)、胚珠、子房、果实等的离体无菌培养。
3、组织培养 指以分离出植物各部位的组织(如分生组织、形成层、木质部、韧皮部、表皮、皮层、胚乳组织、薄壁组织、髓部等),或已诱导的愈伤组织为外植体的离体无菌培养。这是狭义的植物组织培养。
4、细胞培养 指以单个游离细胞(如用果酸酶从组织中分离的体细胞,或花粉细胞,卵细胞)为接种体的离体无菌培养。
5、原生质体培养。 指以除去细胞壁的原生质体为外植体的离体无菌培养。
可以看出,植物组织培养技术在我们以后的社会进步的过程中会起着举足轻重的作用。 而我国的植物组织培养技术也是走在世界前列。 早在1970年,我国便开始了利用花粉进行植株培育。迄今培育成功的花粉植株有40余种,其中,小麦>玉米、甘蔗、甜菜、柑橘、橡胶、杨树等19种植物的花粉植株在我国首先培育成功。而在谷物类植株的花培育种方面,我国在方法上有所创新,如采用多交材料打破形状连锁、聚合育种多次杂交花培、用远缘杂种后代为材料进行花培等,培育出了“京花1号”、“中花9号”、“花寒早”、>浙粳66”、“朝花矮”等15个水稻品种,总种植面积近1000万亩,取得了明显的经济效益。并在花药出育绿的指标上领先国际上的其他国家。此外,我在利用植物组织培养和快速繁殖等方面的科学进展也是喜人的。国内组培快速繁殖的材料有花卉、果林、中草药及蔬菜、油料、糖料、纤维>作物共达100多种植物,其取材部位有根、茎、叶、花、果实、种子等器官。其中甘蔗、菠萝、无籽西瓜、草莓、香石竹、非洲紫罗兰、等植物已逐步转向商业用途。甘蔗的试管繁殖苗已经超过300万株苗,可供三万亩秋季蔗田用种。一些热带、亚热带的果树如荔枝、龙眼、枇杷、柑桔等优>树种的快速繁殖也已经成功,这使得珍贵的单株得以保存并推广。无籽西瓜快速繁殖试管苗已种植数百亩,去的较好效果。其他的如由生长点培养获得无病毒植株、冰冻悬浮培养物、愈伤组织、分生组织、体细胞或原生质体配装体等技术都已经在不同的植物上得以应用。在植物组织培养的>础理论方面,我国科学家所取得的进步也得到了国际上的认可与好评。我国学者在白化苗成因的分析(认为白化苗可能与质体的DNA发生了某种变异)、雄核发育花粉起动的机理、染色体的变异等方面做了大量的工作。在花药培养技术方面我国学者研制、改进和筛选了多种高效培养基,其中N8培养基(中科院植物所)、马铃薯培养基(中科院遗传所)已被广泛采用。为了加强学术交流,在植物组织培养研究我国已经召开多次国际性会议,例如中澳植物组织培养会议(1978)、植物组织培养在作物改良中的应用会议及国际学习班(1981)、国际遗传操作及单倍体育种学术讨论校1984)。
相较之其他国家,我国的组织培养技术的研究应用还有一个独特新颖的方面,那就是药用植物组织培养。 中国的野生药用植物种植资源非常丰富,据统计在5000种以上,但传统中药获取方法是以采集和消耗大量的野生植物资源为代价的,当采集和消耗量超过自然资源的再生能力时,必然会导致物种濒危甚至灭绝。再有,自然生态环境的日益恶化,也进一步导致药用植物资源的匮乏。在已出版的《中国植物红皮书》第簿碇校共收载了388种国产珍惜濒危野生植物,其中有药用价值的约100余种,在中国历史上就已赫赫有名的人参、天麻、黄连、黄芪、杜仲、厚朴、巴戟天、平贝母、肉苁蓉等,均位列其中。而对于如今人们所采用的人工栽培的方法来扩大药源,对于一些珍贵药材,如人参、换脸等生产周埠艹さ闹参锢此挡⒉荒芙饩鋈缃竦奈侍猓同时对于贝母、番红花等,因其繁殖系数小,耗种量大,导致发展速度很慢且生产成本增加,对于另外的一些如地黄、太子参等,则因病毒危害导致退化因而严重影响了产量和品质。于是,积极研究药用植物资源的再生技术,使有限的资源为人类永怖迫在眉睫,应用植物组织培养生产药用植物,具有不受地区、季节与气候限制,便于工厂化生产等优势,同时组织培养中的细胞生长快速,接近分生组织的生长速度,因此利用组织培养或细胞培养手段直接生产药物便日益发展:一是利用试管微繁生产大量种苗以满足药用植物人工栽培的惨;二是通过愈伤组织或悬浮细胞的大量培养,从细胞或培养基直接提取药物,或通过生物转化酶促反应生产药物。
我国的药用植物组织培养研究,可以追溯到20世纪50年代。1964年,罗士韦教授等首先报告了膊巫橹培养获得成功的研究成果,1983年,全国第一届药用植物组织培养讨论会召开,解释全国已有30多个单位,100余人从事药用植物的组织培养研究。自此,我国药用植物的组织培养研究迅速发展。1986年,有我国科学工作者编写的有关专著《药用植物组织培养》问世„„到目前为止,我国的科技工作者在药用植物组织培养方面已经取得了巨大的成绩,组织培养技术水平也在不断进步。而我国的科技工作者利用职务组织活细胞的大量培养直接生产药物的研究也取得了很大的进展。目前从各种培养物种产生的药用成分已有约200余种,其中药用成分含量超过或等于原植物的有30余种。细胞培养还可以将各种初级化合物,转化成医药上更有效的化合物。依靠植物将特殊的物质转化为更有效的生理活性物质,被认为是植物细胞培养应用方面的一个最有希望的领域,比用微生物和化学合成更容易实现某些化合物化学结构的特殊修饰。此外,我国在毛状鹊呐嘌增殖技术等其他一系列的植物组织培养技术也在迅速发展着。
综上所述,我国的植物组织培养技术位于国际先进行列,并受到国际上的赞誉,在植物组织培养技术上,我国的科学家又根据我国的传统文化戎幸剿面临的药用植物资源短缺的问题提出了药用植物组织培养的观点,从根本上解决了中医的药材短缺问题,也使得传统中医药的发展迈出了历史性的一步。