植物组织培养在农业中的应用-毕业论文

毕业论文《植物组织培养在农业中的应用》

植物组织培养在农业中的应用

乐山师范学院化学与生命科学系2003级生物技术 石红明

［摘 要］：通过有关植物组织培养方面的文献综述植物组织培养在农业上离体无性系的快速繁殖、培养无病毒种苗、新品种的选育和人工种子和种质的保存方面的应用，并对应用的前景作简单的展望。

［关键词］：植物组织培养 农业

植物组织培养（tissue culture）是二十世纪初兴起的一项高新生物技术，至今已经有一百多年的历史，如今已成为了生物领域里面十分活跃的技术。植物组织培养开始走上工厂化和商业化始于20世纪六十年代，得利于花粉小孢子培养和原生质体培养的成功［1］。和植物组织培养的历史相比，中国的在这方面的研究起步算是比较早的，在二十世纪四十年代在这方面就有所研究，但是大范围的发展起来还是始于二十世纪七十年代的花药培养。

农业对农作物和经济植物的最终要求是提高产量和改进质量。常规方法是以有性杂交为作为指导进行育种，这种方法局限性很大，而且周期长，效果还不理想。植物组织培养为农业的优化提供了新的途径，如今，植物组织培养已广泛应用于植物育种，在单倍体育种、胚培养、体细胞杂交、细胞突变体筛选、遗传转化等方面均取得了显著成就。

1 植物组织培养概述

植物组织培养，是指在人工控制的条件下，将植物体的任何一部分，或器官、或组织，或细胞，进行离体培养，使之发育形成完整的植物体。所谓人工控制的条件，即营养条件和环境条件；植物体的任伺一部分是指根、茎、叶、花、果以及它们的组织切片和细胞［2］。它的优越性在于：可以在不受其他部分干扰的情况下研究被培养部分的生长和分化规律。特点是：取材少，培养材料经济；人为控制培养条件，不受自然条件影响；生长周期短，繁殖率高；管理方便，利于自动化控制［3］。

植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性（totipotency）。一个生活的植物细胞，只要有完整的膜系统和细胞核，它就会有一整套发育成一个完整植株的遗传基础，在一个适当的条件下可以通过分裂、分化再生成完整植株，这就是所谓的细胞全能性［4］。

植物组织培养的基本方法［5］是材料选择、培养基配置、接种与培养和最后的小苗移栽。

2 植物组织培养在农业上的应用

植物组织培养应用十分广泛，特别是和植物密切相关一些领域。农业主要是以

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植物的栽培种植为主，因此植物组织培养在农业上的应用是其应用中十分重要的一个方面。目前植物组织培养在农业上的应用主要有以下四个方面：离体无性系的快速繁殖、培养无病毒种苗、新品种的选育和人工种子和种质的保存。

2.1 离体无性系的快速繁殖

离体无性系的快速繁殖是组织培养在生产上应用最广泛、最成功的一个方面。无性系繁殖植物的主要特点是繁殖速度快，通常一年内可以繁殖数以万计的种苗，特别对于名贵品种、稀优种质、优良单株或新育成的品种的繁殖推广具有重要的意义。

离体繁殖良种种苗最早在兰花工业上获得成功。兰花成熟的种子中大多数的胚不能成活，种子不能发芽，通过球茎组织培养，使兰花的繁殖系数大为提高，从而形成了20世纪60年代风靡全球的“兰花工业”。甘蔗繁殖用种量大，1hm2地需要

7.5-15t的种蔗。采用茎尖、嫩叶组织培养繁殖种苗，节省了大量的种蔗，加速了优良品种的推广。其他如牡丹、香石竹、唐菖蒲和菊花等难以扦插的名贵品种以及无籽西瓜、草莓、猕猴桃、葡萄、菠萝、樱桃、桉树、杉木等的无性快速繁殖都取得了进展，有力地推动了农业生产。

目前世界上80%~85%兰花是通过组织培养进行脱毒和快繁的。我国第一个将优质杉木组培苗进行人工造林并取得了良好的经济效益；选用“雷林1号”优良桉树进行商业化生产的桉树组培苗，结合常规营养繁殖方法营造大面积人工林也获得了成功。目前我国为其他国家代加工生产或直接出口的组培苗品种有甘蔗、香蕉、百合、玉簪、大花萱草、唐菖蒲、丝石竹等近30种。另外，植物离体快繁也适合于一些价值较高的F1杂种植株的繁殖。如美国每年种植火炬松F1实生苗20亿株，采用试管繁殖的约占10亿株[6]。

2.2 培养无病毒种苗

许多植物都遭受到病毒病不同程度的危害。有的种类甚至同时受到数种病毒病的危害，严重地影响了产品的商品价值。对于无性繁殖的作物如绝大部分的果树、部分蔬菜（洋葱、大蒜、石刁柏、菊芋、马铃薯）和花卉（菊花、唐菖蒲、风信子、秋海棠、月季）等，如遭受病毒侵染后，代代相传，则体内可以积累相当高浓度的病毒，影响生长和成活，严重危害生产的发展。而病毒病又不同于真菌和细菌病害，采用杀菌剂和抗生素等化学药剂防止很难凑效。自从Morel(1952)发现采用茎尖培养的方法可以从严重感染病毒的植株得到无病毒苗后，这方面的工作引起了人们的重视。在许多园艺植物上进行培育试验也相继得到成功，从此茎尖培养就成为解决病毒病害的一个重要途径。也可以采用茎尖培养与热处理相结合的方法来提高茎尖培

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养的脱毒效果。对于一些木本果树植物，如果茎尖培养得到的植株难以发根生长，

［8］且结果晚，则可采用茎尖微体嫁接的方法来培养无病毒苗。

利用组织培养生产无病毒苗的方法，已在许多果树（柑橘、苹果、草莓、葡萄）、蔬菜（马铃薯、大蒜）、花卉（兰花、菊花、康乃馨、水仙、唐菖蒲）等作物的常规生产上得到应用。目前中国已建成葡萄、苹果、香蕉、马铃薯、甘蔗等作物脱毒快繁生产线多条。

2.3 新品种的选育

1964年，印度的Guha和Maheshwari在毛叶曼陀罗花药培养中，成功地由花粉诱导得到了单倍体植株，从而促进了花药和花粉培养的研究，以后在烟草、水稻、小麦、玉米、番茄、甜椒、草莓、苹果等多种植物上获得成功。利用花药和花粉培养诱导花粉发育成单倍体植株，单倍体植株经过秋水仙素等药剂处理后，染色体加倍可以获得同源二倍体的纯合系，其后代不会分离，可以直接用于选育杂种一代的亲本或性状纯合的常规品种。前者如甜辣椒“海丰12号”的亲本，后者如甜椒“海花3号”。与常规育种方法相比，通过花药花粉培养获得单倍体的单倍体育种方法，可以在短时间内得到作物的纯系，从而加快了育种进程。

我国在利用花药和花粉培养进行单倍体育种方面处于世界先进水平，取得了很大成就。我国科学家设计的N6培养基和马铃薯培养基，不仅在国内得到推广，在国外也被采用。我国利用花药和花粉培养已培育出许多优良品种，仅在“七五”期间，我国通过花药和花粉培养培育出的新品种和新品系就已超过20个。其中著名的如小麦“京花1号”、“京花3号”，水稻“中花8号”、“中花9号”等，其累积推广面积均超过了66.7万hm2（1000万亩）；已审定的品种如水稻中花10号、中花11号累计推广面积约250万亩、南抗2号约15万亩，还有花培528、赣早籼11号；小麦京花3号推广约100万亩等。在生产上已应用的新品种如花培28、花535、花86-5，前两个品种已推广约100万亩以上。新品系有水稻花8504；小麦京单84-1685、中8701、中8606、花57、花95-2、花12、851373、852163、86912；烟草单育1号和单育3号等。

近几年来，通过组织培养和有关技术又培育出了很多新品种，这些新品种都有高产、优质、抗病或早熟等优良性状，有的仍在扩大种植和推广中。

2.4 人工种子和种质的保存

生命物质的保存，已引起许多科研工作者的兴趣，其中包括原核生物、植物及动物材料的保存，种质保存的目的是为了确保有用的种质能在任何时候都具有生命力。组织培养能安全地保存植物的细胞、愈伤组织或分生组织，且在储藏几年后，

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仍能稳定地产生再生过程。通过无性系繁殖保存作物已成为迫切要求，尤其对于热带作物。另外，由于自然和人为的破坏，许多具有或可能具有育种价值的能成为基因库的品系在消失，作物栽培品种、亲本植物品系以及突变种也通常需要保存。种质资源的保存和基因库的建立在育种工作中是十分重要的。

由于许多植物的组织和细胞培养物在液氮超低温条件下贮藏后，仍然能够保持很高的存活率并能重新再生出植株，保持原来的遗传特性，因此可以利用植物组织培养技术保存植物种质资源，从而节省了大量的人力和土地资源。如建立茎尖分生组织培养物的超低温保存种质库时, 不仅可以防止种质的遗传变异和退化, 而且可以长期保存无病毒的原种。我国对水稻、小麦、玉米、甘蔗、马铃薯、红豆、草莓、唐菖蒲、三分三、长春花等植物的茎尖分生组织、愈伤组织、胚状体和幼胚、花粉等材料, 展开了材料特性、预处理、光照、冰冻保护剂、降温冰冻方法对恢复生长的影响以及种质保存后遗传性状分析等研究。

将植物材料以组培形式保存在容器内运输，开展国家、地区间的种质资源交换和植物商品交流，不仅能够节省时间和空间，降低运输成本，而且能够减少种子和非试管植株材料所携带的有害生物的危险。设在秘鲁首都利马的国际马铃薯中心已对14个国家以组培形式运输，以后，甘蔗、姜、甘薯及多种花卉在国家间也采用了组培形式进行商品交流。

3 植物组织培养在农业上的应用前景

组织培养是分离和诱导产生突变体的有效途径，在作物改良上的作用已随着通过花药培育的新品种的产生而得到证明。其应用于作物改良的优点是：(1)加速杂交后代遗传特性的稳定，使杂种从杂合子迅速达到纯合，从而缩短了育种周期，提高选择效率；(2)诱变处理群体大，诱变率高，筛选方便时间短，可以在人力控制条件下筛选出特定的细胞群体，便于进行遗传分析。

但应用过程中也存在一定的问题：其一，不同基因型材料的花粉植株生产率差异很大，许多组合H2代优良基因型不能完全表达，尤其是籼型材料的花粉植株生产率距离育种的要求还很远。其二，诱变这一领域处于尝试阶段，我们还未建立能有选择地增强所期望的植株变异频率，对于诱变剂量、筛选方法和时机以及白化苗的控制等问题的解决都有待于探明。

植物组织培养快速繁殖能快速繁衍濒危植物，使物种得以保存。快速繁殖的植株能保持母本的生物学特性和遗传性状，并可在短期内种植于田间，是当前植物细胞工程中最有效、应用最广泛的方法之一。

组织保存的方法和技术近年来逐渐增多，但实际应用过程还存在许多空白。因

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为天然种子保存具有优越性，组织保存必须人工处理才能储存，所以有时种子保存显得简便有利。但在特殊情况下，组织和细胞不能被种子取代时，组织保存法就为其提供了一种新的可能途径。将来建立一个植物组织培养种质储藏所是有可能的。

［参考文献］：［1］崔德才，徐培文. 植物组织培养与工厂化育苗.第一版.北京：化学工业出版社，2003.5 ［2］吴殿星，胡繁荣.植物组织培养.第一版.上海：上海交通大学出版社，2004.1

［3］谢丽霞. 植物组织培养在农业上的应用. 垦殖与稻作[J], 2006,(03)

［4］崔德才，徐培文. 植物组织培养与工厂化育苗.第一版.北京：化学工业出版社，2003.8

［5］王忠. 植物生物学.第一版.北京：中国农业出版社，2002.325~328

［6］王学利，孙世海，王震星，冯峰. 植物组织培养及其在农业上的应用. 天津农林科技[J]，2005.(04)：25~27 ［7］夏镇澳.植物组织培养与农业.植物生理学通讯[ J ].1995, 31 (1) : 62 - 641

［8］李松. 果蔗脱毒苗快繁栽培技术.南方科技报[M].2006，05，10：B02

Application of Plant Tissue Culture at Agriculture

Shi Hongming

[Abstract]:The paper shows that the tissue culture plays an important role in the application of agriculture by analyzing the documents of tissue culture and indicate its outlook of the application.

[Key words]: plant tissue culture; agriculture

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/67l1.html