玉米组织培养

玉米组织培养的研究发展

姓名：潘艳美专业：电气自动化类学号：0902100210

摘要:回顾了上一世纪我国植物组织培养的发展。1934年以来,我国的植物组织培养研究一直与国际发展同步进行。近些年来玉米组织培养技术发展十分迅速,玉米组织培养技术作为一种新型的科研技术,越来越受到人们重视。浅谈植物组织培养技术的基本原理、意义及面临的一些问题和植物组织培养在我国农业应用的情况，综述了玉米子房和幼胚系统的组织培养研究、玉米茎尖和根尖离体培养研究和玉米花粉和花药培养研究。

关键词:玉米；组织培养;原理；意义；作用；展望

一，植物组织培养的基本概念、原理和试验步骤

1，概念

植物组织培养是在无菌条件下，将离体的植物器官(根尖、茎尖等)、组织(形成层、花药组织等)、细胞(体细胞、生殖细胞等)、胚胎(成熟或未成熟的胚)、原生质体等在人工配制的培养基上培养，给予适宜的培养条件，诱发其产生愈伤组织或潜伏芽或长成完整的植株的技术。

2，原理

植物组织培养的依据是植物细胞的“全能性”及植物的“再生作用”。

用于植物组织培养的材料称为外植体，其主要形式有器官、胚胎、单细胞、原生质体等。根据外植体的不同，所需要的培养基种类、培养条件、外源激素的种类及比例等均不同。植物组织培养中，影响培养力的因素是多方面的，诱导愈伤组织成败的关键在于培养条件，植物激素是诱导愈伤组织和绿苗分化的关键因素。

最常用的诱导愈伤组织的生长素是IAA、NAA和2，4一D，所需浓度为O．01～10 mg／L。最常用的细胞分裂素是KT和ABA，使用浓度为O．1～10 mg／L。KT 的主要作用是促进细胞分裂和愈伤组织分化。ABA对植物体细胞胚的发生与发育具有重要作用。各类植物激素的生理作用虽有相对专一性，但是植物的各种生理效应是不同种类激素之间相互作用的综合表现。

3，试验步骤【1】

A,选择和配制培养基培养基是植物组织培养中的“血液”，血液的成分及其供应状况直接关系到培养物的生长与分化，因此了解培养基的成分、特点及其配制至关重要。

B,灭茵灭菌是组织培养中的重要工作之一，通常采用物理的或化学的灭菌方法。培养基用常压或高压蒸煮等湿热灭菌、器械采用灼烧灭菌、玻璃器皿及耐热用具采用干热灭菌、不耐热的物质采用过滤灭菌、植物材料表面用消毒剂灭菌、物体表面用药剂喷雾灭菌、接种室等空间采用紫外线或熏蒸灭菌。

C,接种将已消毒好的根、茎、叶等离体器官，经切割或剪裁成小段或小块放入培养基，整个接种过程要在无菌条件下进行。

D,培养把培养材料放在有一定光照和温度等条件的培养室里，使之生长、分裂和分化，形成愈伤组织或进一步分化成再生植株。

E,试管苗驯化移栽试管苗是在特殊环境条件下生长的幼苗，与自然生长的幼苗有很大差异，只有通过驯化，使之适应自然环境后才能移栽

4，意义

植物组织培养首先不但可以产生优良的品种，而且可以得到我们所需要的大量代谢物；其次，细胞融合打破了种属间的界限，克服远缘杂交不亲和性。在植物研究开发中起着巨大作用

,5，影响组织培养的因素很多，既有内因也有外因。【3】主要包括以下几类：

A, 外植体：类型，部位，时期；

B, 培养基的种类；

C, 激素的种类，浓度，配比；

D, 添加物：种类，浓度；

E, 糖：种类，含糖量；

F, pH：偏酸/偏碱；

G, 温度：高温/低温，恒温/变温；

H, 光照：光/暗培养，光照周期，光质；

I 培养方式：固/液体，静置/振荡。

6 植物组织培养面临的一些问题

影响组培外植体褐变的因子,主要有外植体酚类物质的含量及 PPO 活性上的差异、外植体的大小、酶促因子对外植体褐变的影响,以及培养基成分、激素类型。为解决这个问题,可以采取以下几种方法:将易于褐变的外植体放在黑暗条件下培养一段时间;连续转移;进行预处理;在培养基中加入抗氧化剂和其他抑制剂来抑制褐变。陈学森【5】等,在银杏组织培养中应用了植酸作抗氧化剂,取得一定成效。植物离体培养及大量快繁过程中,试管苗常会产生玻璃化现象,吴若菁【6】等在香石竹组培中,发现影响组培苗玻璃化的原因有以下几种类型:激素的种类、浓度;琼脂的浓度;外植体的取材部位;不适宜的培养条件。因此采取的克服方法也要因原因的不同而决定。通过愈伤组织培养植株时,常会出现染色体数目的玉米组织培养的研究变异,包括倍性变异和非倍性变异【7】。这种变异普遍认为是有丝分裂异常现象,可视为染色体数目变异和结构变异最直接的细胞学证据

7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。【9】

二，玉米组织培养研究

1, 玉米组织培养的重要意义如下:

(1)优良遗传材料的快速繁殖(良种快繁)。新育成或新引进的良种、选择的优良单株、自然和人工诱变的有用突变体等遗传材料可在短时间内大量繁殖,一两年内即可在生产上广泛应用。如自然条件下的芽变材料,人工诱变育种获得的优良遗传材料等,通过组织培养可以大量繁殖,从而应用于生产。

(2)脱毒良种苗的培养和无病毒苗的大量繁殖。主要利用茎尖培养以脱除病毒。对于玉米主要是脱除青枯病病毒。

(3)特殊育种材料的快繁。如花药培养、多倍体的繁殖等,多倍体一般是不育的,只有通过无性繁殖的方法才能繁殖,同时多倍体的优良特性通过组织培养而保持。杨树的多倍体育种非常成功,玉米这方面的工作还很有潜力。

4)基因工程植株的快繁。转基因植物细胞的组织培养,是植物基因工程的重要环节,迄今已获得的转基因植物,一是以原生质体为受体,通过质粒将目标基因转移到细胞中,通过细胞培养获得转基因植株。二是以组织、器官,如叶片、茎段、胚、花药、子房以及胚性悬浮细胞为受体,通过根癌农杆菌为载体或物理方法将目的基因转化到组织或器官中,经组织培养获得转基因植株。

(5)离体保存种质的快繁。超低温保存的无菌材料如无菌芽、体细胞胚等,在取出利用时,必须先通过组织培养扩大繁殖。

2，玉米子房和幼胚系统的组织培养研究、

胚性愈伤组织比非胚性愈伤组织具有更强的生长能力、胚胎发生能力和相对较高的同工酶活性，而形成胚状体再分化出植株比形成愈伤组织再形成植株要更容易。玉米子房和幼胚属于二倍体,且分生能力较强,研究人员对玉米子房和幼胚开展了研究。细胞分裂素（CTK）不仅能促进植物细胞分裂，而且可以调节植物的生长和发育。在植物正常生长和发育中CTK有广泛的作用，这种作用“部分地是通过控制许多基因的表达来实现的”。CTK在离体（ondo）培养条件下，对于培养细胞的分裂、生长、分化和形态发生

自从1989年首次获得可育的玉米转化体以来，转基因玉米研究与产业化

取得了飞速发展。综述了基因工程在玉米遗传育种的研究进展，介绍了转基因的应用领域及常用的转基因技术，应用转基因技术培育了一批抗除草剂、抗虫、抗病、抗逆、优质的转基因材料，对其应用前景进行了展望【4】

研究了细胞分裂素在玉米愈伤组织诱导的植株再生中的作用，结果表明低浓度（０．２ｍｇ／Ｌ）的细胞分裂素能促进玉米幼胚诱导的愈伤组织再生，６－ＢＡ的效果比ＫＴ更好。不同品种的玉米幼胚诱导的愈伤组织的再生能力异显著，普甜１号和苏玉１号的再生频率高达７８％和７５％，糯玉米和掖单９号仅为１０％和８％。植株再生途径也有所不同，普甜１号以器官发生为主要途径，苏玉１号则以体胚发生途径为主。经长期继代的愈伤组织失去——不同基因型玉米的再生能力和胚性与非胚性愈伤组织DNA的差异【2】

3，玉米花粉和花药培养研究

玉米花粉和花药的培养一般可获取单倍体植物,有利于促进玉米遗传育种工作的有效进展。叶珍【8】等在玉米花药培养过程中,对花药的雄核发育过程及其药壁组织变化进行观察发现,玉米离体花药培养的雄核发育途径主要有 3 种,即A2V 途径、A2G 途径和 A2V G途径,药壁组织对雄核发育起着一定的作用。

4 玉米基因工程在组织培养中的作用

玉米基因工程：包括基因的鉴定与分离、基因的克隆、重组DNA的构建、外源基因的转导、外源基因的表达、植株再生及遗传分析等。外源基因可以来自玉米以外的各种动物、植物，甚至微生物。目前在玉米中得到应用的外源基因主要是抗虫基因和抗除草剂基因，一些与纤维发育有关的基因、抗病基因及抗逆境基因可望向玉米中转导，以提高玉米的生产潜力。

5基因工程的应用和发展

应用重组DNA技术培育具有改良性状的粮食作物的工作已初见成效。这方面的工作按其发展水平可以分为二个不同的阶段：第一阶段，主要集中于有重要农业经济意义的目的基因的分离与改造：第二阶段的主要目标是培育出具有改良的重要经济性状的工程植株；第三阶段的发展方向是培育出具有生物反应器功能的工程植株。现在已经培育成功了一批分别具有抗病、抗虫和抗除草剂性状的转基因农作物。例如，应用反义RNA技术培育成功的具有耐贮藏的转基因西红柿已开始在美国投放市场。利用植物合成微生物甚至哺乳动物的一些特殊蛋白质，例如干扰素、人血清蛋白等也已有—些成功的报道。从理论上讲，在将来还有可能通过转基因植物生产更多的药用蛋白质。我们有理由相信，重组DNA技术在农业生产中的应用，是具有光辉的前景的

三，展望

组织培养技术正日趋成熟,其发挥的作用也越来越明显。玉米组织培养的研

究有利于种质资源的拓宽和新品种的诞生,能够缩短传统遗传育种的周期,并能

促进生产力的提高。植物组织培养研究与应用是20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】植物组织培养及其应用研究概况王家麟(东北农业大学农学院，哈尔滨150030) 2008-11-28

【2】研究了病菌对愈伤组织的影响。黄璐 2008-12-23

【3】花卉组织培养技术发展概述王建力2009-4-23-1, 5

【4】玉米遗传育种中基因工程的应用研究、余飞

【5】陈学森,张艳敏,董会. 植酸在银杏组织培养中应用的研究[J ]. 天然产物研究与开

发,1997 ,9 2

【6】吴若菁,尤华明,彭东辉. 香石竹组培苗玻璃化控制的研究[J ]. 福建林学院学

报,1995 ,15 4

【7】周朝鸿. 三种百合属植物再生植株的染色体数量变异[J ]. 林业科学研究,1997 ,10

6 :663667.

【8】叶珍,胡延玉. 玉米离体花药培养的细胞学和组织学观察[J ] 四川农业大学学

报,2000 ,18 2 .

【9】乐山师范学院化学与生命科学系2003级生物技术石红明