烟草组织培养的研究进展及应用前景

第 十烟草组织培养的研究进展及应用前景

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摘要：植物组织培养是生物工程应用基础研究的重要组成部份，是植物基因工程研究中的一 项重要技术手段支柱。通过对比试验, 探讨了烟草组织培养快速繁殖种苗的最佳途径,对组培过程中激素的组成和数量对种苗的生长影响进行研究。

关键词： 烟草育种、农业生产、组织 培养。

Tissue culture of tobacco research progress and application prospect

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Abstract: the plant tissue culture is an important part of the basic biological-engineering application, is an important technical means of pillar in the research of plant gene engineering. Through contrast test, the best way to explore the tobacco tissue culture and rapid propagation of seedlings, to study the impact of the composition and quantity of hormone during tissue culture on the growth of seedling

Keywords: tobacco breeding, agricultural production, tissue culture.

前言：

组织培养把高等植物细胞全能性表达与遗传操作相结合,在农业生产中具 有巨大潜力,可以为常规的植物改良程序提供一种新的手段，从而使很多传统方 法难以解决的问题迎刃而解。更多、更快、更好地创造出各种农作物和园艺植物 的新品种,新类型和新种质【1,2】。

烟草(Nicotiana tambac L.),属茄科Solanaceae)烟草属(Nicotiana)年生草本植物。烟草含有尼古丁，是一种生物碱,具有神经毒性,尤其对昆虫是致命的, 但可以刺激人类神经兴奋,有很强的成瘾性。有的烟草也可以用来制造杀虫剂, 提取烟碱、苹果酸、柠檬酸等.目前,烟草一般采用有性繁殖, 但繁殖的烟苗不均衡,易发生变异,而且易感病菌,造成多种病害发生,品质退化,从而影响经济收入。而通过组织培养技术,可以保持烟草优良品种的优良性状,减少病虫害,从而达到高产优质的目的.目前,烟草的综合利用至今尚未被重视但随着商品经济的发展,科学技术水平的提高，烟草必将在国民经济中发挥更大作用。

一、烟草育种与育种繁殖的重要性

优良品种是烟草生产发展的重要生产基础是获得优质烟叶的内在因素是增 产增质最经济、最有效的措施。

而品种混杂退化是目前烟草生产中出现的一个重要问题，一个好品种具有 较多的优良遗传性状适产优质抗逆性强而一旦发生品种退化失去它固有的典型 性或者种子的播种质量很好但却混杂着不同品种的种子纯度不高那么就不能在 实际生产中获得优质适产的烟叶【3】。

为了防止混杂退化提高种性充分发挥增产潜力夺取大面积优质适产，除了 在良种繁殖工作中做好防杂保纯工作。目前推广实行烟草良种繁育体系需要先 由品种群体中选择具有品种典型性的优良单株接着再进行比较鉴定不断进行选 择保证种性不断提高。

可以设想如果运用组织培养技术把高等植物细胞全能性表达与遗传操作相 结合应用于常规育种良种繁育和遗传工程技术方面就可以在植物改良中发挥重

要的作用不但可以缩短选育过程中杂合体纯合化所需时间而且可以节省土地节 省人力财力物力。

因此运用组织培养方法必然会在烤烟品种改良繁殖育种中发挥重要作用从而推动组织培养技术在农业园艺种植业中更广泛地推广运用服务造福于人民创造更为显著的经济效益。

二、 如何运用组织培养技术来提高烟草质量

在长期以来的探索中烟草作为组织培养中一种繁殖力强抗病毒能力强生长旺盛的实验品种可以根据生产上的需要因势利导结合实际情况通过以下几种方法来进行培养。

1、体细胞培养

在 组织培养中使用单细胞系统可以利于进行细胞代谢的研究以及各种不同物质对细胞反应影响的研究；通过单细胞克隆化可以把微生物遗传学技术用于高等植物以进行农作物的改良【2】。

对于烟草而言在完整的植物器官中常用的方法是1968年通过果胶酶处理大量分离的具有代谢活性的叶肉细胞或者按传统方法由愈伤组织中获取游离细胞进行悬培养 ，一般常用烟草细胞悬浮培养基采用旋转式摇床或转盘进行振荡进行体细胞培养。

利用细胞培养中出现的高度自发变异性，除了可以在植物改良为目的的突变体选择中加以应用，分离出各种实用的细胞系，如分离的营养缺陷型突变体，也可以利用其染色体自发加倍增长的现象，由花粉单倍体得到纯合二倍体，诱导多

倍体；另外在工业应用上还可以向生产天然的植物成份和外供化合物的生物转化酵解，转化为人类所需的化合物这两个趋势造福于人类。

2、体细胞杂种和胞质杂种的培育

原生质体培养的成功必然会促进体细胞融合技术的发展，对烟草来说，自1972年通过两个烟草物种粉蓝烟草和南氏烟草间原生质体的融合获得第一个体细胞杂种，到对抗链霉素烟草原生质体进行处理验证叶绿体DNA的遗传特征，直到今天人们进一步探索如何通过原生质体摄人细胞器微生物和进行细胞的遗传饰变。

此外，烟草是喜光作物，要生产优质烟叶晴朗多日照有充足和熙的光照是必要的考虑内部结构方面，可以设想提高磷酸烯醇式丙酮酸梭化酶的活性，降低光呼吸提高光合效率,提高光能利用率挖掘增产潜力【4】。有的科学家利用原生质体进行了若干出色的实验以研究在C3和C4植物光合作用过程生物物理和生物化学问题，设想能够利用生化处理使烟草获得新的性状具有更高的固定CO2能力，更大限度地利用光能，加强光合效率，大幅度地提高现有产量。

3、花药培养单倍体进行花培育种

由于单倍体在突变选择和加速杂合体纯合化过程中的重要作用，这一领域的研究在整个七十年代得到迅速发展，其中烟草、水稻、小麦的花培育种在中国取得了引人注目的成就育成和推广了若干新品种。

除了上述几个方面外，还可以设想通过茎类培养建立无病毒原种。通过加人有促生长微生物，生产调节物质的人工种皮包被体细胞胚制造人工种子高效育

种等等，在微观上可以通过细胞水平上突变体选择在一定程度上使高等植物育种程序微生物化，从而大大提高选择效率节省时间和土地而且不受季节限制。

三、 组织培养技术的研究

自从Skoog与Miller (1957)经典研究以来,烟草已被做为典范系统进行人工培养下再生研究.到目前为止,烟草的组织培养技术已趋成熟,但由于组培的成本高、技术复杂等问题,一直未能在烟草生产上得以应用.近年来,随着国内外先进的烟草工厂化育苗技术的推广,传统的种子繁殖方法仍不能克服品种自然退化的问题,而通过先培养组培苗再进入苗床假植则可克服这个缺点.故组培过程中降低成本问题也就显得尤为突出.为此,研究了组织培养技术大量繁殖烟草种苗和降低生产成本的途径.

1、材料和方法

供试材料是由云南省烟草科学研究所提供了K326、红大、G-28种子, 用015 %升汞消毒5min,用无菌水冲洗3次,置基本MS培养基上发芽,当小苗长至1cm左右,切取茎尖1~2mm 长的芽点,再接种于分化培养基上培养.

以MS为基本培养基、设置不同浓度的激素组合进行试验(激素单位均为 mg/L),pH调至518,置于24~28e的光照培养箱中,照光为13h/d,光强为2000~2500lx.

2、 试验结果

2.1 烟草外植体芽的萌发

2.1.1 不同品种外植体茎尖的萌发

将K326、红大、G-28茎尖分别接在同一种MS+IBA0105+6-BA013培养基上, 经30d培养,红大、K326茎尖恢复生机快,萌芽力强、生长快.G-28相对较弱. 2.1.2 不同激素对外植体茎尖的影响

在几种不同激素组合的培养基中,培养30~40d后.几种培养基中,以在 MS+ IBA0105+6-BA013培养基上芽的萌发势最好. 2.2 丛芽诱导

2.2.1 不同的激素浓度配比对丛芽诱导的影响

将芽丛分块(每块2~3个小芽)分别放入装有不同激素组合的液体培养基的三角瓶里,振动培养30d后,各激素浓度组合均能诱发出丛芽,但诱导的丛芽数量有所不同.当IAA的浓度为0.2时,6-BA浓度提高,丛芽数随之增加.当6-BA的浓度为2时,丛芽株数也随试验的IAA浓度的提高而增加。 2.2.2 丛芽培养的群体效应

把株高1cm的单芽作为一组,带2~3个芽,高015~1cm的丛芽作为另一组,同时进行液体培养,培养激素均为6-BA 2+IAA 012,每组各10瓶,培养40d后,单株培养每瓶平均增殖芽数是8个,而丛株培养平均增殖芽数38个,丛芽培养繁殖的不仅增殖芽数比单株培养多,而且芽丛发生早、生长快. 2.2.3 不同培养方式的比较

将带有 2~ 3个芽的芽块放入6-BA2+IAA012的固体、液体培养基中,液体培养又分振动(110次/min)与静止培养,进行不同培养方式的比较,每组10次重复.40d后观察统计,固体培养、液体静止培养和液体振动培养等3种不同培养方式的平均增殖数分别为25.3,33.4,41.5株.由于植株在液体里与营养液的接触面较

大,养分较充足,有利于器官的分化,增殖率比固体培养的高,而振动液体培养可通过振动增加空气的交换量,增殖率又比静止液体培养的高. 2.3 根的诱导

将 2~3cm高的无根幼苗移入几种不同浓度的生根培养基里,培养30d后观察,4个处理生根率均达100 %,但以1/2MS+IBA210配方对诱导生根和促进壮苗效果最佳 . 2.4 试管苗的移植

移植前把长有小苗的三角瓶从培养室里移放于普通室内3d,使其适应自然环境温度,然后打开瓶塞,洗净粘附在根部的培养基,小苗入土至根颈处,移植后浇定根水并注意日常水分管理,不宜过湿或过干.浇水过多,不利于长根.移植的小苗置于荫凉处,2周后再稍露于阳光下.

移植小苗30d后观察,壮苗成活率高达100 % ,而无根苗成活率仅为35% ,可见生根壮苗是试管苗移植成活的基础. 2.5 降低成本的简化培养 2.5.1 能源简化

能源主要指培养室里的光照和空调的电力消耗,在组织培养的成本中占有很大的比例.在夏、秋季中,将增殖阶段的试管苗,分组放在光照培养箱的日光灯照明下,与放在普通实验室内自然温度和自然辐射光光照下进行固体培养比较, 40d后，光照培养箱内培养每瓶增殖数平均为25株,而普通室内培养的为22株, 结果差异不显著.

此外,一般试管苗培养用的是蒸馏水,而用自来水代替蒸馏水配培养基效果也很好.2种处理植株的主要性状、增殖数与幼苗生产量差异不大,提取蒸馏水

得消耗一定能源(10L/h耗电715 kW).因此在大批量生产中用自来水代替蒸馏水,培养成本可进一步降低. 2.5.2 碳源简化

化学纯蔗糖是组织培养常规使用的碳源,用量较大(每L培养基需用20~30g 蔗糖).化学纯蔗糖的价格约为食用白糖的5倍,大量配制培养基使用化学纯蔗糖经济开支大,从以食用白糖代替化学纯蔗糖试验看,结果差异不大,因此碳源简化是切实可行的. 2.5.3 固体培养简化

固体培养需用琼脂作凝固剂, 而琼脂价格昂贵,每500g需30元,耗量又较大, 采用液体培养代替固体培养可以省去琼脂,并且增殖与生根状况大大优于固体培养.液体培养中,振动培养虽然比静止培养增殖率高,但也带来能源的消耗,而且振动后营养液沾污瓶壁,易导致污染.由此看来,采用静止培养较为适宜. 2.5.4培养基的简化

基本培养基的大量元素用量减为原来的1/2~1/4,其培养效果仍同全量而成本则大为降低.

四、讨论

烟草组织培养具有非常大的繁殖潜力,一次芽的继代增殖数可达10倍以上,可在短期内解决生产上对大量种苗的迫切需要,提高种苗的商品化生产水平.今后在改良品种,新品种培育等方面,也将有极好的应用前景.通过茎尖培养,促使幼芽处于分生状态并形成大量丛芽,然后诱导生根,培育生根壮苗.按照外植体y芽丛y生根壮苗的程序培养,可达到快速繁殖的目的.继代培养和培育生根壮苗要合理安

排,同步进行,以提高其培养效率和周转速度.

试验结果证明,培育好健壮的试管苗,适时移植,注意水分管理,试管苗移植的成活率可达95%以上,幼苗移栽后生长均匀,整齐一致,植株生长快.

为进入实用化生产实践, 还必须探索整个培养程序,以达到器官分化频率高而稳定,

找出生产周期短,移植成活率高的方法.根据种苗商品性生产的发展需要, 还需进行提高工效,降低成本等配套技术的综合开发.

参考文献

[1]、夏镇澳,1995年 植物组织培养与农业· 植物生理学通讯。1995,31（1），62-64。 [2]、李浚明编译。植物组织培养教程。北京农业大学出版社, 1992,5 。

[3]、云南省科委星火计划办公室、云南省农村致富技术函授大学, 云南省烟草科学研究所编, 烤烟栽培与烘烤技术, 云南科技出版社,1991 , 6。

[4]、潘瑞炽、董愚得编著, 植物生理学。北京高等教育出版社。

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