植物组织培养应用

植物组织培养课程结业论文植物组织培养应用学生姓名王佳所在学院应用技术学院班级07农学学号20074102012中国·大庆2010年6月黑龙江八一农垦大学课程结业论文-1-植物组织培养应用摘要：概述了植物组织培养在植物快速繁殖、无病毒种苗生产、花药培养、单倍体育种、胚胎培养、细胞培养、植物次生代谢产物生产、植物细胞突变体筛选、原生质体培养、体细胞胚胎和人工种子、组织细胞培养物超低温保存及种质库建立等方面取得的成就。关键词：植物组织培养；应用；展望Abstract:summarizestheplanttissuecultureinplantrapidpropagation,novirusseedlingsproduction,antherculturebreeding,embryo,haploidplantcellculture,cultivation,thesecondarymetaboliteproduction,plantcellmutantsselection,protoplastcultivation,somaticembryosandartificialseeds,cellandtissueculturecontentcryopreservationccap)andtheachievementsoftheestablishment,etc.Keywords:planttissueculture,Application,looking植物组织培养一方面可为遗传工程提供理想的受体材料，另一方面可为常规的植物改良程序提供一种新的手段，从而使很多用产同方法难以解决的问题迎刃而解。利用组织培养，不仅可以大量生产优良无性系，获得人类需要的多种代谢物质，还可获得单倍体、三倍体、多倍体及非整倍体。通过细胞融合可以打破种属间的界限，克服远缘杂交不亲合性，在植物新品种的培育和种性的改良中发挥了巨大作用。1.植物快速繁殖和无病毒种苗生产植物脱毒和离体快速繁殖是目前植物组织培养应用最多、最有效的一个方面。植物快速繁殖技术始于20世纪60年代，法国的Morel用茎尖培养的方法大量繁殖兰花获得成功，从此揭开了植物快速繁殖技术研究和应用的序幕。目前，通过离体培养获得小植株并且具有快速繁殖潜力的植物已有100多科1000种以上，有的已经发展成为工业化生产的商品。世界上80％～85％的兰花是通过组织培养进行脱毒和快速繁殖的。培养的植物种类也由观赏植物逐渐发展到园艺植物、大田作物、经济植物和药用植物等。在我国，同类的研究始于20世纪70年代。马铃薯无毒种薯和甘蔗种苗已在生产上大面积种植，30余种植物已进行规模化生产或中间试验。利用组织培养进行植物快速繁殖及无病毒种苗生产，不仅能够挽救珍惜濒危物种，而且能够解决植物野生资源缺乏的问题。因此，对一些繁殖系数低、不能用种子繁殖的名、优、特植物品种的繁殖，意义尤为重大。2.在植物育种上的应用植物组织培养技术对培育优良作物品种开辟了新途径。目前，国内外已把黑龙江八一农垦大学课程结业论文-2-植物组织培养普遍应用于作物育种，并在以下几个方面取得了较大进展：2.1植物花药培养和单倍体育种单倍体育种单倍体植株往往不能结实，在培养中用秋水仙素处理，可使染色体加倍，成为纯合二倍体植株，这种培养技术在育种上的应用称为单倍体育种。单倍体育种具有高速、高效率、基因型一次纯合等优点，因此，通过花药或花粉培养的单倍体育种，已经作为一种崭新的育种手段问世，自1964年Guha等获得曼陀罗的花药单倍体植株以来，单倍体育种在国际上引起很大重视，各国纷纷开展这方面的研究工作，已先后在水稻、小麦、玉米、辣椒以及许多药用植物如枸杞、人参、平贝母中获得单倍体植株，共计300多种。其中许多已经应用于育种研究并得到了专利品种。我国在20世纪70年代掀起了单倍体育种的高潮，在农作物上取得了一批有实用价值的育种成果，特别是培育禾本科粮食作物，现在已经培育出水稻新品种15个，小麦新品种6个，玉米获得了100多个纯合的自交系。2.2植物胚胎培养杂交育种中，杂种胚常常败育，因此将早期生长的胚取出，应用组织培养方法，就有可能培育出杂交植物。胚、子房、胚珠离体培养植物胚培养是采用人工的方法在无菌条件下从种子中将成熟胚和未成熟胚分离出来，在人工合成的培养基上培养，使它发育成正常的植株，从而有效地克服远缘杂交不实的障碍，获得杂种植株。胚培养已在50多个科属中获得成功，如亚麻、棉花、黄麻等。从玉米的离体子房培养，经体外授粉也可获得种子。远缘杂交中，可把未受精的胚珠分离出来，在试管内用异种花粉在胚珠上萌发受精，产生的杂种胚在试管中发育成完整植株，称为“试管受精”。目前，在这一方面获得成功的自交或远缘杂交不亲和性植物有：怀地黄、矮牵牛、普通小麦、黑麦草等。2.3细胞融合与原生质体培养自1960年英国学者Cocking首次利用纤维素酶从番茄幼苗的根分离原生质体获得成功以来，到1990年已有100种以上植物的原生质体能再生植株。体细胞杂交育种在转移胞质雄性不育特性，获得抗病及抗除草剂特性方面都已取得显著进展，并为克服远缘杂交时有性生殖上的障碍提供一种新的技术。我国获得了30余个品种的原生质体再生植株，其中包括难度较大的重要粮食作物和经济作物，如大豆、水稻、玉米、小麦、谷子、高梁、棉花等。在木本植物、药用植物、蔬菜和真菌原生质体培养方面的进展也十分迅速。国外已先后获得了种内及种间的体细胞杂种植株，美国科学家采用细胞融合技术将番茄和马铃薯的细胞融合在一起，培育出称为“番茄薯”或“薯番茄”的新型植物。此外，获得成功的属间体细胞杂种植物还有：烟草+大豆、烟草+龙葵、芥菜+油菜等，这些属间杂种无法用有性杂交得到，这为远缘杂交育种开辟了新途径。植物原生质体培养还可应用于外源基因转移、无性系变异及突变体筛选等研究，因而越来越受到人们的重视。2.4植物细胞突变体筛选黑龙江八一农垦大学课程结业论文-3-植物细胞突变体的筛选最早始于1959年，G．Melchers在金鱼草悬浮细胞培养中获得了温度突变体。20世纪60年代以来，越来越多的资料表明，通过愈伤组织再生的植株中常常出现基因型的变异。起初，人们认为这种变异是有害的，直到1969年Heinz在甘蔗的再生植株中，观察到许多有益的突变体，特别是抗病性明显提高，人们认为变异体在品种改良上有利用价值。朱至清等陆续对体细胞无性系变异的研究进展与应用进行综述和讨论。应用在细胞水平上进行突变体选择的技术，可以在一定程度上使高等植物的育种程序微生物化，从而大大提高选择效率。从此以后，越来越多的植物，尤其是在一般情况下突变率极低的植物开始应用细胞培养方法筛选有用的突变体，从中筛选出了血多抗氨基酸和抗氨基酸类似物、抗病、抗除草剂、抗逆等有用的变异体。3.植物愈伤组织或细胞悬浮培养利用植物愈伤组织或细胞悬浮培养可以生产用于预防和治疗疾病的植物次生代谢产物。近年来，这一领域的发展极为迅速，已经研究了400多种植物，从培养细胞中分离到600多种次级代谢产物，其中60多种在含量上超过或等于原植物，20种以上干重超过原植物的19，6。例如，从薯芋愈伤组织和悬浮细胞生产的diosgenin用于合成甾体药物。最近抗癌药物紫杉醇一红豆杉细胞培养物，可用75t发酵罐培养，已达到商业化生产水平。另外，达到商品化水平的还有紫草、人参、黄连、老鹳草等；长春花、毛地黄、烟草等已实现工业化生产；牙签草、红花等20多种植物正在向商品化过渡。4.植物体细胞胚胎和人工种子从体细胞产生胚状体的过程叫做体细胞胚胎发生。1958年，Reinert在胡萝卜的组织培养中最先发现了体细胞胚胎(胚状体)。在体细胞胚胎发生的情况下，培养细胞经历和合子胚发育相似的阶段，形成成熟胚，然后萌发成为植株。据不完全统计，能大量产生胚状体的植物有43科92属100多种。一些重要作物如水稻、小麦、玉米、珍珠谷等，也能通过离体培养产生胚状体。这些胚状体用褐藻酸钠等包埋，再加上人工种皮，就形成了人工种子。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它萌发长成幼苗。我国成功地研制成水稻人工种子。目前有100多种植物可以经组织培养获得大量的胚状体，为制成人工种子用于生产提供了基础。人工种子的优点是：繁殖快速，成苗率极高；不受气候影响，四季皆可工厂化生产。5.植物组织细胞培养物的超低温保存与种质库建立植物细胞全能性的发现和证实，为植物种质资源的长期保存开辟了一条新途径。组织培养物，如试管苗、愈伤组织等，在液氮(一196~C)条件下，加入冷冻保护剂，可有效降低代谢水平，保持很高的存活率，并且能再生出新植株和保持原来的遗传特性，利于长期保存。利用组织培养保存植物种质资源具有体积小、保存数量多、条件可控制、避免病虫害再度侵染、节省人力和土地等优点，是一种经济有效的种质保存方法。6.植物组织培养与转基因技术的应用黑龙江八一农垦大学课程结业论文-4-我国第一个T—DNA插入突变体库的构建和研究为我国水稻功能基因组学研究奠定了良好的技术和材料基础，为确保我国拥有一批有自主知识产权的基因资源做出了积极贡献。由中国水稻研究所农业部水稻生物学重点开放实验室和中科院上海植物生理研究所合作，通过建立大规模、高效的农杆菌介导的转基因技术体系，将玉米转座子Ac—Ds等外源基因导入水稻未成熟胚和种子诱导的愈伤组织，获得了1．2万个独立的T—DNA插入株系，并构建了水稻突变体的数据库。7.展望植物组织培养研究与应用是21世纪科技进步的重大成果之一，为研究植物生长发育、抗性生理、激素及器官发生与胚胎发生等提供了许多良好的实验材料和有效途径。植物组织培养方法不断提高的同时，也相应拓宽了其应用范围。由于组织培养在人工控制的条件下进行，容易掌握花芽分化和开花成因；通过胚胎培养，能够得到杂种或自交种；通过分离单倍体细胞，能培育纯合的二倍体优良品系；提高育种多样性的同时缩短了育种时间；通过突变体筛选，提高植物的品质，增强抗逆境胁迫能力，扩大植物的生长范围；将体细胞冷藏在低温下，建立基因库，达到保存物种的目的；获得药用价值高和工业生产所需要的次生产物，加快药物生产的时间并且减少了单纯依靠天然植物的被动性。植物组织培养技术已经渗透到科研、生产和生活各个领域，必将日臻完善。[参考文献][1]李永欣，王义强.[J]植物组织培养的应用研究概述[J].江苏林业科技,2005.6,32(5):1-3.[2]朱至清.体细胞无性系变异鱼植物改良[J].植物学报,8(A00).1-8,31.[3]OstryMEApplicationofBiotechnologyForTheDevelopmentofDisease-ResistantPopularInEdLinD,HubbesM.ZsuffaL.PRroceedingsIEA/BATallⅡ.WorkshopBiotecholongyDevelop-ment[M].Toronto:UniversityofToronto,1998,88:13-28.[4]LarkinPH,WR.Scowcroft,SomaclonalVariationAndSourceofVariabilityFornCellCutureorPlantImprovement[J].TheorApplGenet,2001(60):197-214.[5]郑康乐，王汉荣。基因聚合提高了睡到对白叶枯病的抗性[J].遗传，1998,20(4):4-6.[6]浦惠明，张洁夫，戚存扣，等。有才抗除草剂性状的遗传及利用[J].江苏农业学报，2003,19(2):4-6.[7]伊华林。我国经济植物组织培养概况[J].湖北农业学院报,2001,21(3):279-284.[8]王关林，方宏筠，李洪艳.甘薯体细胞胚状体及其在脱毒、扩散中的应用[J].作物学报,2003,29(3):345-348.出师表两汉：诸葛亮黑龙江八一农垦大学课程结业论文-5-先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先