植物组织培养的应用
植物组织培养的应用

植物组织培养技术的应用一在植物脱毒和快速繁殖上的应用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。
很多农作物如马铃薯、甘薯、大蒜等都带有病毒,但感病植株并非每个部位都带病毒,White早在1943年就发现植物生长点附近的病毒浓度很低甚至无病毒。
如果利用组织培养方法,取一定大小的茎尖进行培养再生可获得脱病毒苗,再用脱毒苗进行繁殖,则种植的作物就不会或极少发生病毒。
此法已在马铃薯、草莓等多种作物上获得成功,并产生了明显的经济效益。
由于运用组织培养法繁殖植物的明显特点是快速,每年可以数以百万倍的速度繁殖,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。
目前,观赏植物、园艺作物、经济林木、无性繁殖作物等部分或大部分都用离体快繁提供苗木,试管苗已出现在国际市场上并形成产业化。
二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:1 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。
2 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。
植物组织培养技术的应用与发展趋势研究

植物组织培养技术的应用与发展趋势研究植物是地球上最为基础的生命体,其无所不在的存在对人类的生存和发展具有极其重要的意义。
随着人类对自然科学的不断深入研究,植物组织培养技术作为一种重要的现代生物技术手段,越来越得到人们的关注和重视。
本文将基于这一背景,通过对植物组织培养技术的应用与发展趋势进行研究,探讨其在农业、医药等领域中的作用和前景。
一、植物组织培养技术的应用范围植物组织培养技术是指通过体外培养植物细胞、组织、器官等生物材料,并利用人工调控其生长、分化、增殖等生物学过程,最终获得新型或大量植物材料的一种生物技术手段。
它的应用范围非常广泛,可以用于植物遗传学、植物育种、植物生长调节剂研究、植物细胞工程、植物农艺生产等多个方面。
1、植物遗传学研究植物组织培养技术可以把不同种植物的雌花柱蘖、胚轴、愈伤组织等进行体外培养,然后通过调控其生长、分化和增殖等生物过程,最终得到纯合细胞系。
这样的纯合细胞系可以用于植物的遗传研究,便于揭示植物的基因组、转录组和蛋白质组等信息。
2、植物育种研究植物组织培养技术可以通过体外培养来获得植物性状发生的突变体、品种改良进行杂交选择率的提高,进而实现植物育种的高效性和精准性。
例如常见的灵长花杂交便是一种基于植物组织培养技术的重要育种技术。
3、植物生长调节剂研究植物组织培养技术在研究、开发植物生长调节剂时也非常重要。
通过对植物细胞、组织培养的过程中利用植物生长调节剂控制植物生长、分化、增殖等生物学过程,可以加深对植物生长调节剂特性的认识,并将其应用于植物生产和生物科技研究的实践中。
4、植物细胞工程植物细胞工程是一种将基因引入到植物中的技术。
它的最终目标是通过调节基因组、转录组和蛋白质组等因素进而改良植物、培育新的植物品种。
植物组织培养技术在植物细胞工程方面的应用前景非常广阔,包括遗传变异技术、基因工程技术、植物病毒的抗性育种等等。
5、植物农艺生产植物组织培养技术也可以应用于农业生产中,有效提升植物的经济产量和质量。
植物组织培养的应用实例

植物组织培养的应用实例1.挽救濒于灭绝的植物环境的不断变化使许多种类的植物面临着灭绝的危险,而且许多种植物已经灭绝,留给人类的只是一种遗憾。
如何挽救这些植物,已成为世人关注的问题。
实践证明,通过组织培养的方法可以使一部分濒危的植物种类得到延续和保存;如果再结合超低温保存技术,就可以使这些植物得到较为永久性的保存。
其实,对大多数普通植物来说,用组织培养的方法保存其种质材料,也具有十分重要的意义。
因为,人们现在无法预知哪些植物会面临灭顶之灾,或许今天看似繁茂的植物,明天就可能被沙漠、洪水、大火或战争吞没。
2.快速繁殖某些稀有植物或有较大经济价值的植物依靠自然条件在较短时间内繁殖稀有植物和经济价值较高的植物,受到地理环境和季节的限制,很难达到快速、高效的目的;特别对于在短期内需要达到一定数量,才能创造应有价值的植物,时间就是效益,只有通过组织培养的方法才能满足这一要求。
3.利用组织培养的材料作为植物生物反应器中国的中草药是一份人类宝贵的财富,但很多种中草药资源匮乏,产量不足,甚至濒于灭绝。
如果能利用组织和细胞培养的方法在实验室内生产,不再依附于自然环境,不仅可以解决现有困难,而且可以通过筛选高产有效成分的细胞系,来提高其药用价值。
比如用培养的人参悬浮细胞来生产人参皂苷,已在日本等国家形成规模。
利用培养的植物细胞和组织作为生物反应器,也可以生产某些蛋白质、氨基酸、抗生素、疫苗等。
4.组织培养结合超低温保存技术经济有效地保存植物种质资源植物组织培养结合超低温保存技术,可以给植物种质保存带来一次大的飞跃。
因为保存一个细胞就相当于保存一粒种子,但所占的空间仅为原来的几万分之一,而且在-193℃的液氮中可以长时间保存,不像种子那样需要年年更新或经常更新。
5.用于遗传学、分子生物学、细胞生物学、组织学、胚胎学、基因工程、生物工程等的研究要揭示生命的奥秘,首先要研究单个基因的作用,研究它在细胞内是如何组装的,如何与其他基因发生联系,如何表达和调控等。
植物组织培养的应用

植物组织培养的应用一、增加遗传变异性,改良作物单倍体育种:通过花药培养,从小孢子获得单倍体植株,染色体加倍后获得正常二倍体植株,这是一条育种的新途径。
单倍体育种可以缩短育种年限,节约人力物力,较快地获得优良品种,目前已有四十多种植物获得了单倍体植株。
我国在水稻、小麦、烟草、柏树、橡胶、辣椒等植物的单倍体育种的工作上,处于领先地位。
胚培养、子房培养、胚珠培养:为了克服远缘杂交的不亲和性,可采用胚、子房、胚珠培养和试管受精等手段。
最早成功的例子是两个栽培种亚麻的杂交胚发生败育,利有杂种胚培养克服了一些障碍,得到种子。
现在在棉花、黄麻上也获得成功。
从玉米的离体子房培养,经体外受粉可以得到种子。
突变体的选择和应用:由于植物的单细胞培养成功,可以用这个方法诱发单细胞进行突变,通过筛选所需要的突变体,然后使细胞分化成植株,再通过有性世代使遗传性稳定下来,这是从细胞水平来改造植物的一种途径。
除细胞外,愈伤组织、花药、原生质体都可诱发突变。
70 年代以来,世界各国在这方面已有不少成功的例子,如:已选育出抗花叶病毒的甘蔗无性系,抗1-2%NaCl 的野生烟草细胞株,抗除草剂的白三叶草细胞株等。
体细胞杂七杂八交和遗传工程:自1960 年以来用酶法获得大量有活力的植物原生质体,现已从四十多种植物的原生质体产生出再生植株。
通过异种原生质体的相互融合(即体细胞杂交)为植物育种工作开阔新的途径。
原生质体融合的工作自1972 年Carlson 在两个烟草种间成功以来,现在除种内与种间能获得杂种植株外,在属间甚至不同科的植物间亦做了许多工作,如烟草与大豆、烟草与天仙子、矮牵牛与小花矮牵牛、番茄与矮牵牛等都得到了杂种植株。
此外,通过原生质体融合,并以选择胞质链霉素抗性做手段以转移烟草的雄性不育性状,或通过原生质体融合转移胞质的抗林可霉素因子都得到成功。
原生质体没有胞壁,容易接受外来的引入物质。
由于致癌农杆菌可以使多种植物形成肿瘤,以及已发现它所带的Ti 质粒可以有效的插入植物细胞的基因组中,所以一些研究者也设想能否以Ti 质粒作为载体,与固氮基因重组后转入植物的细胞中,如能实现将固氮基因转到非豆科植物如水稻、小麦、玉米等作物中,则遗传工程在创新植物类型上的前景,无疑是非常广阔的。
植物组织培养的用途

植物组织培养的用途植物组织培养是一种在无菌条件下将植物细胞、组织或器官转移到合适的培养基上,以促进组织生长、发育和分化的技术。
它可以用于各种目的,包括农业、园艺、植物繁殖、药物生产、基因改良等。
下面将详细介绍植物组织培养的用途:1. 植物繁殖和无性繁殖植物组织培养可以通过体细胞胚胎发生、愈伤组织培养、离体培养等方法,实现植物繁殖的快速和无性繁殖的大规模生产。
例如,通过离体培养可以迅速获得大量植株,用于园艺观赏植物的繁殖、林木等的人工林培育、经济作物的种子繁殖等。
2. 植物基因改良植物组织培养是进行植物基因改良的重要手段之一。
通过遗传工程的方法,可以将外源基因导入植物组织中,实现对植物性状的改良和优化。
例如,导入抗虫基因、耐逆性基因等,可以提高植物的抗病虫害能力和逆境环境下的生存能力。
3. 生物药物生产植物组织培养可以作为生物药物生产的工具之一。
通过转基因植物的培养和大规模培养技术,可以实现多种蛋白质的产生和大规模生产。
例如,目前已经使用转基因植物成功进行多种药物的生产,如罗勃饮食品耐性、癌症治疗药物等。
4. 细胞和分子生物学研究植物组织培养也是细胞和分子生物学研究的重要手段之一。
通过培养植物组织,可以研究细胞的分裂、分化、细胞生理等过程,也可以进行基因表达、基因调控等研究。
例如,通过培养愈伤组织可以获得大量的细胞用于基因表达研究,通过植物细胞的转化可以进行基因的功能研究等。
5. 遗传资源保存和利用植物组织培养可以用于遗传资源的保存、繁殖和利用。
通过培养植物的愈伤组织、胚乳组织等可实现植物的长期保存和传播,以便今后的利用和研究。
例如,由于植物组织培养技术的高效和精确性,目前已经成功保存了大量濒危物种和珍稀植物的遗传资源。
6. 植物病毒研究植物组织培养可以用于植物病毒的研究。
通过培养含有病毒的植物组织,可以观察和研究病毒的侵染和传播机制,了解植物对病毒的抗性和免疫机制等。
研究植物病毒有助于发展植物抗病技术和控制病毒病的策略。
植物组织培养在农业上的应用

植物组织培养在农业上的应用
植物组织培养是一种将植物组织或细胞在无菌条件下培养成为完整植株的技术。
它在农业上有许多应用,以下是其中一些主要的应用:
1. 快速繁殖:植物组织培养可以用于快速繁殖优良品种,从而满足市场需求。
通过将一小部分植物组织培养成大量的植株,可以大大缩短繁殖周期,提高繁殖效率。
2. 育种:植物组织培养可以用于育种工作。
通过将不同品种的植物细胞或组织进行杂交,可以获得具有优良性状的新品种。
这对于培育抗逆性强、高产、优质的作物品种具有重要意义。
3. 脱毒:许多农作物容易受到病毒感染,导致产量和品质下降。
植物组织培养可以用于脱毒处理,将受感染的组织培养成无毒植株,从而恢复作物的健康生长。
4. 保存珍稀植物:对于一些珍稀植物,由于数量有限,传统的繁殖方法可能难以满足需求。
植物组织培养可以用于保存珍稀植物的基因资源,确保它们的生存和繁衍。
5. 生产药用植物:一些药用植物的有效成分含量很低,通过传统的种植方法难以满足需求。
植物组织培养可以用于生产药用植物,提高有效成分的含量和产量。
植物组织培养在农业上的应用非常广泛,它为农业生产提供了一种高效、快速、可靠的技术手段,有助于推动农业的现代化发展。
植物组织培养的发展及其应用

植物组织培养的发展及其应用植物组织培养是指通过组织培养技术,将植物组织或细胞从体内环境中接种到营养基质(如琼脂),在无菌条件下进行培养和再生培育,从而获得具有特定遗传性状的植物组织或幼苗。
该技术的出现为植物育种与植物生物技术的发展提供了重要手段,也在一定程度上推动了现代农业的发展。
下面将介绍植物组织培养的发展及其应用。
一、植物组织培养的发展历程植物组织培养主要包括无菌子实体化、花器官培养、幼胚培养和愈伤组织培养等技术。
其发展历程可以分为以下几个阶段:1.早期的试验性研究(1902-1950年代)20世纪初,科学家们开始尝试将植物细胞和组织外植培养在营养基质上,以探究植物生长发育的规律。
1914年,Knoop 成功地将半品相鹅绒花的蘖试管化,实现了无限传代;1922年,Braun成功地将白杨的嫩愈伤组织培养在其他植物上,获得了杂交品种。
这些成功都为植物组织培养的进一步发展奠定了基础。
2.基础研究及商品化(1950-1970年代)1950年代,随着人们对植物生长发育机理认识的增加,植物组织培养逐渐成为一项成熟的技术。
1960年,穆勒等人首次成功地用组织培养方法将马铃薯无性系选育成功,打开了植物育种的新局面。
此后,植物组织培养技术逐渐向商品化方向发展,不断出现应用实例,如玉米高粱的脱毒价值、无性繁殖植物的产生等。
3.现代植物工程及应用(1980年代至今)1980年代以来,随着生物技术的快速发展,植物组织培养技术越来越受到重视。
1990年代,基因工程和转基因技术的出现和发展,给植物组织培养技术带来了巨大的发展机遇。
如今,植物组织培养被广泛应用于植物育种、生物合成、环境保护等领域。
二、植物组织培养在农业领域的应用1.植物育种植物组织培养技术已成为植物育种的重要手段。
通过组织培养,不仅能快速选育出育种材料,还能改良植物的遗传性状,提高植物的经济和生产效益。
如用愈伤组织培养技术,可使植物的重要经济性状如产量、品质等得到改良;用花器官培养,可产生短型杂交红木的种质资源等。
植物组织培养的应用

植物组织培养的应用
1、良种快繁
将植物组织培养技术用于新育成的、新引进的、一些短期内大量急需生产的良种快繁,可在最短时间内获得最多的植株,较普通营养生殖快成千上万倍,对新优良品种的推广应用尤为便利。
2、大批量营养繁殖
一些生产用苗量大的、需进行无性系繁殖的品种,尤其对一些繁殖系数低,特别是不能用种子进行繁殖或经种子繁殖后常丧失其优良特性的植物,如杂种番茄、无籽西瓜、佛手瓜、金花花、福禄考、西洋参、石榴等,可通过该技术进行快速繁殖,并能获得良好的种苗,使其成为快速发展的经济作物。
3、脱毒繁育
植物组织培养技术可应用于少量脱毒良种苗的快繁和无病毒苗大量繁殖。
4、特殊育种材料快繁
植物组织培养技术可应用于制种材料快繁、基因工程植株快繁、自然和人工诱导有用突变体(芽变)快繁、离体保存种质快繁。
5、新发现的、稀缺的珍贵或稀有植物材料以及濒危植物离体快繁
遗传资源日趋枯竭,造成有益基因的丧失;常规田间保存耗资巨大,且往往达不到万无一失的目的。
植物组织培养给保存和抢救稀有植物材料以及濒危植物带来了希望。
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植物组织培养的应用
一、增加遗传变异性,改良作物
单倍体育种:通过花药培养,从小孢子获得单倍体植株,染色体加倍后获得正常二倍体植株,这是一条育种的新途径。
单倍体育种可以缩短育种年限,节约人力物力,较快地获得优良品种,目前已有四十多种植物获得了单倍体植株。
我国在水稻、小麦、烟草、柏树、橡胶、辣椒等植物的单倍体育种的工作上,处于领先地位。
胚培养、子房培养、胚珠培养:为了克服远缘杂交的不亲和性,可采用胚、子房、胚珠培养和试管受精等手段。
最早成功的例子是两个栽培种亚麻的杂交胚发生败育,利有杂种胚培养克服了一些障碍,得到种子。
现在在棉花、黄麻上也获得成功。
从玉米的离体子房培养,经体外受粉可以得到种子。
突变体的选择和应用:由于植物的单细胞培养成功,可以用这个方法诱发单细胞进行突变,通过筛选所需要的突变体,然后使细胞分化成植株,再通过有性世代使遗传性稳定下来,这是从细胞水平来改造植物的一种途径。
除细胞外,愈伤组织、花药、原生质体都可诱发突变。
70年代以来,世界各国在这方面已有不少成功的例子,如:已选育出抗花叶病毒的甘蔗无性系,抗1-2%NaCl的野生烟草细胞株,抗除草剂的白三叶草细胞株等。
体细胞杂七杂八交和遗传工程:自1960年以来用酶法获得大量有活力的植物原生质体,现已从四十多种植物的原生质体产生出再生植株。
通过异种原生质体的相互融合(即体细胞杂交)为植物育种工作开阔新的途径。
原生质体融合的工作自1972年Carlson在两个烟草种间成功以来,现在除种内与种间能获得杂种植株外,在属间甚至不同科的植物间亦做了许多工作,如烟草与大豆、烟草与天仙子、矮牵牛与小花矮牵牛、番茄与矮牵牛等都得到了杂种植株。
此外,通过原生质体融合,并以选择胞质链霉素抗性做手段以转移烟草的雄性不育性状,或通过原生质体融合转移胞质的抗林可霉素因子都得到成功。
原生质体没有胞壁,容易接受外来的引入物质。
由于致癌农杆菌可以使多种植物形成肿瘤,以及已发现它所带的Ti质粒可以有效的插入植物细胞的基因组中,所以一些研究者也设想能否以Ti质粒作为载体,与固氮基因重组后转入植物的细胞中,如能实现将固氮基因转到非豆科植物如水稻、小麦、玉米等作物中,则遗传工程在创新植物类型上的前景,无疑是非常广阔的。
二、繁殖植物
组织培养中从一个单细胞,一块愈伤组织,一个芽(或其它器官)都可以获得无性系。
无性系就是用植物体细胞繁殖所获得的后代。
用植物组织培养技术繁殖的无性系可概括为五个类型:
原球茎:细胞或组织培养经原球茎途径分化成植株。
大部分兰花属于这一类型,即兰花的各个部分的离体组织都能诱导形成原球茎,再经培养分化形成植株。
器官发生型:即从细胞或愈伤组织培养通过不定芽形成植株,如烟草愈伤组织培养分化所得的植株。
胚状体发生型:从细胞或愈伤组织通过胚状体途径,即由球形期、鱼雷期、心形期、子
叶期经成熟胚发育成植株,如胡萝卜体细胞培养可通过胚状体途径形成植株。
器官型:从离休珠茎、花芽、叶、鳞片等,亦即从离体的母体组织直接产生小植株,如贝母、百合等。
无菌短枝扦插;选取已发育成熟的腋芽,连同短枝经表面灭菌后在无菌条件下培养,使其生根。
腋芽可用生长激素处理促使其萌发。
这一方法在较短时间内即可获得一个植株。
对保存珍贵的优良树种或花卉品种是简易而有效的方法。
通过组织培养可以做到快速繁殖。
1年中从一个芽得到103-106个芽,达到快速目的。
现在在国内外已掀起“试管苗”热,许多花卉、林木、果树、蔬菜都可通过组织培养进行大规模的无性繁殖。
国外在草莓、苹果、柑桔、兰花、石竹、铁线莲、杜鹃、月季、桉树等进行快速繁殖已达到商品化。
我国近年来已获成功的有甘蔗、月季、菊花、无籽西瓜、栎树、山楂、猕猴桃、雪松等。
通过组织培养可以进行无病毒植株的培育。
病毒是植物的严重病害,病毒病的种类不下五百多种。
受害的粮食作物有水稻、小麦、马铃薯、甘薯,蔬菜作物有:油菜、大蒜,果树有:柑桔、苹果、枣,花卉有:唐菖蒲、石竹、兰花等。
防治无方,只好拔除病株,因而造成很大经济损失。
病毒在植株上的分布是不均一的,老叶、老的组织和器官病毒含量高,幼嫩的未成熟组织和器官病毒含量较低,生长点几乎不含病毒或病毒较少。
1952年法国Morel 用生长点培养法获得无病毒植株成功,以后许多国家开展了这方面的工作。
目前已在马铃薯、甘薯、大蒜、石竹、百合、兰花、草霉等植物上得到成功。
如果采用0.1毫米以下的生长点,则培养时间长(1-1.5年),成活率低,故目前已多用0.1-0.5毫米大小生长点,结合热处理培育无病毒苗。
在我国已获得马铃薯无病毒苗,并进行了推广种植,在广东省进行了柑桔无病毒苗的培育。
三、有用化合物的工业化生产
组织培养除了在农业上的应用外,目前世界各国都在重视另一个方面,即有用化合物的工业化生产。
有用化合物包括药物、橡胶、香精油、色素……等。
这些化合物许多都是高等植物的次生代谢物,有些化合物还不能大规模地人工合成,而靠植物产生这些化合物来源有限。
因此,利用组织培养方法,培养植物的某些器官或愈伤组织,并筛选出高产、高合成能力、生长快的细胞株系,以进行工业化生产,是一条行之有效的途径。
次生代谢物的研究和组织培养方面,进行工作最多的是联邦德国和日本。
用组织培养可以生产的化合物有强心苷、吲哚生物碱、黄连素、辅酶Q10等,现已选出高产的细胞系,大规模生产亦有成效。
人参为我国名贵药材,现今因野生资源缺少,多用人工栽培,但人参生长慢,6年才有10克左右的人参根(干重),采用组织培养方法可比天然生长速度提高上百倍左右。
我国科学家罗士韦早在1963年就成功地培育了人参的组织,但此工作后被迫中断。
近年来,南京药学院丁家宜利用组织培养生产出人参干粉。
在组织培养中生长速度为0.5克升-1/日-1(干重),比栽培人参0.0045克/日·根-1约高100倍以上,并可在20天左右周期内有10~20升大瓶中进行小批量生产,每升得13.9克,其药用成分和药理活性与商品人参相似或更优,现已投入中试生产。
这是我国第一个用组织培养进行药的工业化生产的例子(见南京药学院学报,2期,61-76页,1981年)。
在这方面尚待解决的问题是:(1)选出的细胞系中次生物质的产量是否高于起源植物;(2)继代培养后生物合成能力是否能保持;(3)生长是否快速;(4)成材一核算问题。
四、培养物质温贮藏和种质库的建立
在液氮(-196℃)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1年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。
在国际上一个新的动向是"人工种子"的试验。
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。
据美国遗传公司报道,美国科学家已成功地把芹菜,苜蓿,花椰菜的胚状体包装成人工种子,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制成水稻人工种子。
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。