植物组织培养的展望

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摘要：植物组合培养是从20世纪30年代初期发展起来的一项生物技术，现已渗透到各个研究领域。植物组织培养技术是指在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、胚胎、原生质体等，在人工配制的培养基上给予适宜的培养条件，进行繁殖的方法。为了加快组培苗的生长速度，提高其质量，酶促褐变可以通过以下三种方法加以抑制：一是除去引起氧化的物质-氧；二是捕捉或减少聚合反应的中间产物：三是抑制有关的酶。抑制外植体褐变的措施如下：选择适当的外填体，培养材料进行预处理。选择适当的培养基和培养条件，加入抗氧化剂和其他抑制剂．适当缩短转瓶周期。适当改变培养基的硬度等。 … … … … … …号…学… … … 封 … … … … … 级…班… … … … … … … … … … 别…系… 密 … … … … … …名…姓……… 改善其本质，并降低生产成本，国内外的学者将环境控制技术和组培技术有极大的结合起来做了大量研究，改善组培苗的生长环境。本文对植物组织培养过程中所面临的问题和所采用的新技术进行了综述，并提出了植物组织培养技术发展的新方向。

关键词：意义 问题 应用现状 发展方向 工业化生产 1.植物组织培养的意义

目前，生物技术正在世界突飞猛进地发展，尤其在医学、农业、食品工业、能源工业、环境保护各个领域显示出极大的生产潜力。组织培养是最基础的生物技术，它的全面应用正在使农业的生产走向集约化、工厂化。植物组织培养也就是所谓的植物克隆。简单地说就是提取植物的根、茎、叶、芽或一个细胞，通过生物高科技手段，在很短的时间内诱导分化出与母体完全相同的植物。

2.目前植物组织培养所存在问题及其对策 2.1褐变问题

褐变是植物组培育苗中常见的现象，以木本植物较为严重。褐变是指外植体在诱导脱分化或再分化过程中，自身组织从表面养基释放褐色物质，以至培养基逐渐变成褐色，外植体也随之进变褐而死亡的现象。褐化包括酶促褐化和非酶促褐化。酶促褐变是主要因素，一般认为培养材料变褐是由于伤口处分泌的多酚氧化酶(PPO)被氧化成醌类物质，呈红褐色，并抑制许多酶的活性，影响培养物的正常生长．严重时导致其死亡。从理论上讲，

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《 2.2、污染问题

污染是植物组培过程中的技术难题之一。培养物受到污染在组织培养中经常遇到，并且难以控制。若不能把污染率降低到可接受的范围，将会造成重大的经济损失。因此，分析污染的产生和来源，控制污染的发生，成了植物组织培养中的重要工作。外植体材料、培养基、接种工具、接种室消毒不严格或无菌操作不规范等因素均会导致污染的发生。针对植物组织培养中污染产生的原因。应从以下两个方面着手来控制污染。一是控制外植体自身带菌，外植体的表面带菌可以经过一系列的杀菌处理来减少。而外植体的内部带菌可以通过对外植体的预培养来加以控制；一是降低环境污染和操作污染．这类污染可通过规范操作程序加以控制。 2.3、玻璃化问题

玻璃化是指在培养过程中材料呈半透明状，组织结构发育畸形的现象。又称“过度水化”。玻璃化的苗由于组织畸形，分化能力降低，不易成活。因此，不宜用作继代和移栽的材料。培养过程中，光照、温度、湿度和pH值等的影响；另外培养材料的植物种类、外植体类型也影响着玻璃苗的发生；除此外，培养基的成分变化对玻璃化现象也起了重要作用。由于培养基中Ca、N、Mn、Fe、B、Zn等含量的不同，导致玻璃化现象发生率也不同。有研究表明糖与玻璃化现象的发生率有着负相关关系。玻璃化防治对策：选不易玻璃化的植物品种及部位作外植体材料；利用固体培养基，增加琼脂浓度，选择适当的碳源，提高培养基中蔗糖含量；采用通气性好

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的封口材料，降低培养容器内部环境的相对湿度，减少有害气体的积累；选择适宜的外源激素的种类和浓度，并注意生长素与细胞分裂素的配合，尽量兼顾繁殖系数；控制温度，避免过高的培养温度，进行变温处理，同时，提高光照强度，适当延长光照时间。 3.植物组织培养新技术的应用现状 3.1 开放组培技术

植物开放式组织培养， 简称开放组培。 是在使用抗菌剂的条件下， 使植物组织培养脱离严的操作环境,不需高压灭菌和超净工作台，利用塑料杯代替组培瓶，在自然开放的有菌环境进行植物的组织培养，从根本上简化组培环节，降低组培成本开放组培主要是改造培养基，决传统组培过程中培养基的污染， 而改造培养基的关键是要找到一种或几种能够添加到培养基的广谱性抗菌剂。崔刚等采用中医理论，遵循中药药性配伍的君、臣、佐、使原则，从种植物中提取具有杀菌、抗菌活性物质，成功研制出了具有广谱性杀菌能力的抗菌剂,并对其有效浓度和使用方法作了大量探索性试验，取得了理想的效果。何松林在培养基中添加杀菌剂( Naclo) 并在有菌条件下进行文心兰试管苗的接种，研究表明在添加了适宜浓度 Naclo 的培养基中，文心兰试管苗在培养过程中未有污染现象的发生，且多数试管苗可正常生长。已有研究报道通过开放组培方法成功建立了葡萄外植体的开放性培养。

3.2 无糖组培技术( 光独立培养法)

由于传统的组培技术中使用的是含糖培养基，杂菌很容易侵入培养容器中繁殖，造成培养基的污染。为了防止杂菌侵入，通常将培养容器密闭，这样则造成培养植物生长缓慢，并且容易出现形态和生理异常，同时增加了费用。为了解决这些问题，20 世纪 80 年代末，日本千叶大学古在丰树教授发明了一种全新的植物组培技术-无糖组培技术，其特点在于将大田温

室环境控制的原理引入到常规组织培养应用中， 用CO2气体代替培养基中

的糖作为组培苗生长的碳源，采用人工环境控制的手段， 提供适宜不同种类组培苗生长的光、温、水、气、营养等条件，促进植株的光合作用，从而促进植物的生长发育， 达到快速繁殖优种苗的目的。无糖组培技术解决了培养容器中气体环境( CO2和乙烯) 差、易污染等问题；与常规组织培养相比， 无糖组培主要引进了以下新技术：去除培养基中的糖，导入大型培养容器； 调节培养容器内的 CO2浓度；调节培养容器内的相对湿度； 提高光照度。无糖培养法具有很多优势，如可大量生产遗传一致、生理一致、发育正常、无病毒的组培苗，可缩短驯化时间，降低成本等。无糖培养法对环境要求较高，若无糖组培环境不能被控制并达到一定的精度，将会严重影响组培苗质量和经济效益。经无糖培养法培养出来的植株具有以下优点：生长速度快， 生长发育均匀；减少了因高温、弱光等引起的生理及形态的异常； 简化或省略了驯化过程； 减少了因污染引起的植物损失；光合成和生根得以促进， 可减少生根植物生长调节剂的使用。吉林工学院李晓玲等对“苹博一号”梨组培苗进行了无糖组培试验， 结果发现“苹博一号”梨组培苗能在无糖培养基上存活并生长。昆明环境科学研究所对非洲菊等多种植物进行了无糖培养技术的研究， 开发了大型的培养容器和 CO2强制性供气系统应用于生产，并取得了一定的效果。

3.3 新型光源的应用 3.3.1 LED 光源的应用

应用新型光源‘如发光二极管( LED) ’作为植物生长的光源，国内外已经有一些学者开始了这方面的研究。最新研究发现， 光质比例和光照强度可调的 LED 光源比通常使用的植物组织培养用的荧光灯能更有效地促进试管苗的光合作用。LED 被应用与植物组织培养中其主要优点有：体积

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小，可以提高培养室单位面积的产量；寿命长，可以减少灯管的维修和更

换， 因此可以节省劳力和财力；几乎不发热， 可以减少培养室因制冷所消耗的能源 耗电少，可使植物组织培养技术的商业化应用更加有效。LED 光源因具有以上诸多优点， 将成为组培光源的发展方向。 3.3.2 CCFL 光源

为了给植物组培苗提供更适宜的光照条件,，日本的田中道男等自行设计和开发出了阴极荧光灯( CCFL) 作为植物组培苗的光源。CCFL 具有如下特点： 直径小，只有 1.6～3.0mm;寿命长， 可达 50000 h； 热量低， 接近植物自身温度； 可控红蓝光比例；耗电量低。CCFL 光源还有直管形和 U 形等不同类型， 可以满足不同植物的生长需求，田中道男运用此光源为文心兰试管苗提供光照条件，结果表明其地上部干、鲜重和试管苗的高度都有显著提高。随着进一步改进，CCFL 照明系统将成为植物组织培养中的主要光源。 3.3.3 SILHOS 光源

日本的田中道男等自行设计和开发的另一种 新 型 光 源- SILHOS是一种间接照明系统,其侧部发出均匀一致的光线， 光线进入反射空间经反射薄膜反射后均匀分布。具有如下特点：只需要1只荧光灯就能提供均匀的照明， 它通过一个独特的反射曲镜使光线均匀分布；避免在照明过程中产生热量，冷空气从一侧输送管进入后带走灯管所产生的热量， 然后从 另一侧管道将热量输送出去，可调整和控制由照明设备引起的环境温度变化； SILHOS 光源通过直立输送管道可以减少培养架不同培养层之间的温度差异。田中道男等利用 SILHOS作为生菜组培光源，获得了高质量的组培苗。

4.植物组织培养的发展方向及工业化的展望 4.1保护生态环境挽救濒危植物

我国幅员辽阔，植物种类众多，约有3.1 万种高等植物，约占世界总数的10%，其中濒灭绝的稀少物种有4000—5000种，占总种数的15%一20%。近几十年来，约有20种植物继灭绝。物种面临退化和灭绝的威胁，这对于我们人类来讲是不可估量的损失,最有效的挽救方法之一就是收集珍稀濒危植物的种质和基因资源，并用组织培养的方法速进行繁殖和人工栽培。在保护濒危植物的同时，也能带动一方的经济发展。 4. 2加速名优花卉、苗木品种的推广应用

我国观赏植物资源十分丰富，享有“世界 园林之母”的美誉，原产我国的观赏植物达 113 523属、1一2 万 种。善于发现、利用现有资源培育出世人瞩目的新品种是很有希望的。结合组培快繁技术，我 国花卉、苗木业的前景非常可 观。 4. 3生产“人工种子”

所谓“人工种 子”，是指以胚状体为材料，经过人 工薄膜包装的种子，在适宜条件下能萌发 成幼苗。据美国遗传公司报 道，美国科学家已成功地把芹菜、首蓓、花椰菜的胚状体包装成工种 子，并得到较高的萌发率。这些人工种子已生产并投放市场。我国科学工作者成功地研成水稻人工种 子。可见，组织培养将在遗传育种、作物改 良和改革作物栽培中获得更大的成效。

4. 4种 质资源贮藏和植物 引种

在 液氮(一19 6℃ )条件下，加入冷冻保护剂，可使组织培养物的代谢水平降低，有利于细胞、胚状体、试管苗、愈伤组织等的长期保存。据报导，冷冻保存的胡萝卜胚状体，在保存la后仍有再生成植株的能力，有些国家已利用此方法建立了种质库，但我国在这方面仍是空白，急需发展。将植物材料以组培形式保存在培养容器内运输，开展国际间或地区间的种质交换，既能节省时间、空间、降低运输成 本，又能减少因从田间采集种