浅谈植物组织培养技术及应用

那 倩 韩 琳

（沈阳工学院 辽宁抚顺 113122）

组织培养技术是现代高技术之中最重要的、最活跃的技术之一，它不仅是农业持续发展的基础，还是应用最广泛的生物技术，被称为农业发展史上的第四次绿色革命，对解决经济社会发展面临的人口增长、农业资源等重大问题，具有重要的战略意义。

1 植物组织培养技术

植物组织培养技术渐渐进入人们的视野，通过不断开发探索，一些新的技术和方法的提出，为组织培养的发展奠定了基础，给技术优化也提供了上升的空间。植物组织培养技术已应用于农业生产育种上，让许多传统方法上的难题都得到了解决，与其他技术相结合产生了很大的市场空间和经济的提升。通过该技术还能解决中药材紧缺、作物育种、生物合成等问题，推动我国资源的可持续发展[1]。

1.1 植物组织培养技术的定义

植物组织培养技术是指，在无菌操作条件下，将体外器官（如原生质体、茎段、茎）的组织和细胞或是植物器官放置在一个合适的培养环境，连续培养获得相关细胞的技术手段。

1.2 植物组织培养条件

首先为避免微生物入侵，愈伤组织的培养环境必须是无菌的，并且要保证幼芽和茎尖、新的叶原基生长点的嫩尖，不受病毒感染。其次新的植株可以由细胞组织分化得到，但分化的水平不论高低，植物细胞的全能性不变。接种后，培养室内器官与愈伤组织分化时，每日都必须有一定的光照才可以形成根以及芽,一般在光照下温度需保持在30 ℃左右。还有一点是，一般植物组织生长最适宜的pH为5～6.5。

1.3 植物组织培养优点

植物组培的明显优势主要有：培养周期短；子代一致保持了亲本原有的优良品质；防止优良品系的退化；优质品种快速选育，快速应用；可以获得无病毒苗；节约经济成本；节约耕地，提高商品出品率。

1.4 培养基成分

培养基的营养成分为无机营养（大量元素、微量元素、铁盐、钾盐、铵盐）、有机营养（维生素、糖类、氨基酸）、植物生长调节剂（生长素、细胞分裂素、赤霉素、乙烯）、固化剂（琼脂）和其他成分（活性炭、硝酸盐、酵母提取液、天然椰子汁）。常用的培养基有MS、MSⅡ、MSⅢ、B5、N6和马铃薯培养基等。

2 植物组织培养技术在育种上的应用

2.1 单倍体育种

单倍体植株常常不能够结实，在培养时用秋水仙素或低温诱导处理，会让染色体加倍成为纯合的二倍体植株的技术[2]。单倍体育种最先是来自曼陀罗花，意大利植物学家第一次用曼陀罗花药获得了单倍体的植株，加倍纯合形成纯合品系。单倍体花药育种就变成了植物育种的新方法，单倍体育种具有快速、高效、基因型一次纯合的优势。例如，选用之前的回交手段培育出一个新的水稻品种需要五年的时间，如果利用花药离体单倍体育种，可以明显地缩短育种时间，还可以使需要的基因型能够稳定遗传。单倍体育种克服了远缘杂交不育性，使基因频率加快，还可以减少人力物力，节约土地资源。单倍体育种引起了各国的重视，对它的研究工作，已先后在水稻、小麦、玉米、药用植物中获得单倍体植株。现已培育出许多禾本科粮食作物的新品种。

2.2 体细胞杂交育种

美国科学家使用细胞融合技术，把马铃薯和番茄细胞融合在一起，培育出新型植物，称为番茄薯。还有一些间体细胞杂种植物，如烟草和大豆、芥菜和油菜、龙葵和烟草等，为远缘杂交育种开辟了新途径。该技术在转移胞质雄性的不育特性、获得抗病和抗除草性等方面都有进展，还为克服远缘杂交的障碍提供了新的技术手段。

2.3 人工种子

种子主要是指植物离体培养过程中的胚状体，包裹在具有保护特性和营养的人工种皮与胚乳中还可以发芽出苗的粒状体。人工种子具有体积小、易贮存及运输方便等优点，它对播种时间和环境没有具体的限制，是一种可以直接进入播种状态的种质资源。在播种阶段进行机械设备的操作，有利于人工种子播种的效率化。另外，人工种子结构完善，且数量比一般植物种子多，繁殖速度很快，能充分满足那些自交不亲和、繁殖繁育周期长的植物的生长要求，已成为繁殖无病种苗的主要材料。

3 植物组织培养技术在中药上的应用

3.1 生产药用植物

通过该技术可以生产出一些活性物质，可以使一些有医学价值的植物得到保护，还可以保护一些濒临灭绝的植物。不定根培养和毛状根培养为药用植物细胞提供了许多植物次级代谢产物，现阶段培养规模正在渐渐扩大。根据实验表明，组培生产的一些次级代谢产物将近一万多种，有六百多种的活性物质直接由组培技术提供，为了满足目前的需求量，保护植物药用资源，现已有一百种毛状根已经被开发。为满足人参、三七、甘草和许多药用植物的市场需求量，目前已经制定了不同的不定根培养体系。

3.2 道地药材研究

道地本药材的研究是基于调控的基础之上，如基因的表达、功能的表达大多是在组织中进行，也可在细胞中，因为组织和细胞的培育时间较短，材料容易获得。

3.3 遗传多样性分析

为了让植物的基因都相同，保证植株的质量，用来检测遗传基因变化的有3 种：简单重复序列、随机扩增多态性DNA、相关序列扩增生态性。在吊灯花属快繁的研究进展中发现，在植株的直接芽器官发生和间接芽器官发生，与母本植物的基因稳定性来作比较，发现用简单重复序列和随机扩增多态性DNA方法，直接芽器官发生的基因和母本植物是相似的。

3.4 生物合成

在基因组学的研究基础上，在细胞中生成有效生物物质，物质中的成分作为合成路径，完成药用中有效成分的快速组成来实现药物生产和药品开发等问题。利用生物技术生产活性成分有很多优势，比如繁殖时间比较短、品质安稳、生产准则规范化等。生物合成技术广泛应用于青蒿素、丹参酮、紫杉醇、人参皂苷等生物合成研究中，推动中药资源利用的可持续发展。

4 植物组织培养技术存在的问题

近年来，植物组织培养技术从应用于农作物栽培、农作物生产、花卉生产及经济植物的幼苗、脱毒苗，逐渐向自动化、规模化、控制化方向发展，不受自然影响。虽然在理论方面的研究比较成熟，但在试验和生产过程中会出现一些问题。

4.1 褐变

植物的基因型、外植体取材的不同状态、外植体的培养条件以及培养基的状态均对组织的褐变有影响。植物体内一些物质合成量的区别是由于植物的基因造成的，如在一些木本植物中，色素比例占得多的植物比色素比例低的更容易产生褐变，单宁比例高的植物会比单宁比例低的更容易产生褐变，还有一些酚类化合物占比多的植物也会导致褐变的产生，所以木本植物比草本植物更容易褐变，老叶会比幼叶取材材料褐变情况更严重。外植体的大小与褐化的程度也有关系，一般小的材料比大的材料更容易发生褐化。还有一些环境条件，如光照、温度等，在正常阳光照射下，植株体内酶活性高，外植体易褐变，黑暗条件下则相反。温度对组织褐变也有影响，温度与植物体内酶的活性直接相关，低温会降低酶的活性，抑制酚类化合物形成，从而抑制褐变。为了降低褐化的程度，可以适当增加培养基的硬度。在初代培养基时无机盐的浓度过高，会引起酚类物质的外溢，使褐变程度加重。

在植物组织培养中，褐变发生的情况是多个影响因素一起产生的结果，从外植体来看，外植体材料的基因型，取材材料的部位、时期、大小都会引起褐变；从培养基来看，无机盐，生长激素浓度、硬度，一些化学添加剂和培养条件等都会影响褐变的发生。不同物种间的基因型褐变存在着差异。

4.2 污染

在培养过程中，污染是不可避免的。引起污染的原因有很多，比如仪器、工作环境、培养基的灭菌、操作不规范等。周围的环境条件、操作不慎等这些因素可通过完善周围环境、严格操作来控制[3]。但如果培养基材料出现污染，可能是外植体带菌或灭菌不彻底等因素造成的，就得从外植体选择、消毒等方面来考虑，取材时尽量选择春季生长旺盛时，取嫩梢为主，可以根据不同的取材部位进行不同程度的消毒，还可以适量加些抗生素，尽量使污染降到最低。

4.3 玻璃化

叶片纵卷、角质层蜡质缺少、生理状态失调、苗含水高、营养物质少、存活率低都是玻璃化苗的表现，影响因素包括培养环境和外植体材料种类。光照时间长就会加剧试管苗的玻璃化，低温能够防止玻璃化苗的形成。湿度也影响玻璃化苗的形成，湿度升高容易出现玻璃化。不同植物都会有不同程度的玻璃化，会导致细胞分化受到抑制，木质素合成受阻。

通过对引起褐变、污染、玻璃化等的因素进行研究，有学者提出无糖组织培养技术，对培养条件进行改善可以解决一些问题。近几年发展新的组织培养技术，为今后一些领域的发展奠定了基础。

5 展望

目前，作为一种新兴技术，植物组织培养为其他相关学科的进一步研究与发展提供了更有效的途径。随着技术的进一步发展，该技术将在工、农、医等各个领域展现其优势，不断渗入人们生活的各个领域。无论在理论上还是实践应用上，植物组织培养无疑将会使植物器官、组织、细胞培养的技术与方法，无性系快速繁殖，无病毒苗生产，新品种的创造和培育，突变体的选择和利用，次级代谢物生产，以及人工种子技术更加成熟。但植物组织培养技术仍存在一些问题，如再生诱导率低、变异度高等，如何解决这些问题将成为今后研究的重心。但不可否认的是，植物组织培养必将成为今后生产中所使用的重要手段。