植物组织培养：类型与特点

一、植物组织培养的概念、类型与特点

（一）植物组织培养的概念

植物组织培养（plant tissue culture）是指用无菌方法使植物体的离体器官、组织和细胞在人为提供的条件下生长和发育的所有培养技术的总称。一般而言就是利用植物体的器官、组织或细胞等离体材料，通过无菌操作接种于人工配制的培养基上，在一定的光照、温度和通气等条件下进行培养，使之生长发育的技术称为植物组织培养，狭义而言就是对植物的组织（如分生组织、表皮组织、薄壁组织等）及培养产生的愈伤组织（callus）实行离体培养的技术体系，因培养的植物材料已离开母体，也称之为离体培养（in vitro culture）。其理论基础就是植物细胞全能性的理论（cell totipotency），即植物有核细胞能够发育成为一棵完整植株的潜能，就是说正常植物体的每一个细胞，因都含有该物种的全部遗传信息，在一定的条件下都具有发育成一株完整个体的潜在能力。组织培养的理论、实践、技术和方法不断完善和发展，已形成独具特色的专业技术；在实验技术上建立了较完整的实验程序，已成为一种重要和精细的实验技术。组织培养已广泛应用于生物学的许多分支学科，在现代生物技术中具有重要的地位，并取得丰硕的成果。

目前，植物组织培养在现代生物技术中，主要研究应用于种苗快速繁殖（rapid propaga-tion）、无病毒苗（virus free）生产、新品种或种质资料的培育（breeding）。如用花药培养单倍体植株，用原生质体进行体细胞杂交，转基因植物的快繁，用子房、胚和胚珠完成胚的试管发育和试管受精等；用于突变体的筛选；种质资源离体保存；工厂化育苗（industrilizing propagation），如兰花产业、其他花卉产业；用器官和细胞组培产生次生代谢物直接生产生物产品等技术领域。上述这些方面的应用还在广泛深入，科研极为活跃，成果不断涌现，并表现出多学科交叉的特征，具有巨大的可预期的发展潜力。

本课程的重点是脱毒与器官离体快繁，这是植物组织培养中最实用、最广泛、最具产业化规模和经济效益的部分，同时也是开展植物组织培养其他方面研发工作的重要基础。通过植物组培脱毒的特点是效率高、速度快、效益高，是传统脱毒无法比拟的。离体快繁的特点是植物组织培养特点的一部分，尤其表现为繁殖系数大、周年生产、繁殖速快、苗木整齐一致等，应用这项技术可以使一个植株或一个组织一年生产出几万到几百万甚至上千万株苗，是传统常规育苗所无法比拟的。目前试管苗在国际市场上已产业化，我国进入产业化比较成熟的有香蕉、甘蔗、桉树、葡萄、苹果、脱毒马铃薯、脱毒草莓、脱毒柑橘苗、花卉、部分中草药、芦荟等。

（二）植物组织培养的类型

1．按外植体的来源与培养对象分类

植物组织培养的类型按外植体来源和培养对象分，一般可分为：

①器官培养（organ culture）。器官培养是指植物某一器官的全部或部分器官原基的离体培养，包括根（根尖），茎（茎尖、茎段、直立茎、攀援茎、缠绕茎、匍匐茎、取其带有节和腋芽或节间的茎段，块状茎、鳞状茎、根状茎、球茎、切取其带或不带芽眼、不定芽的均可），叶（包括叶原基、叶柄、叶鞘、叶片、子叶等叶组织），花，果实，种子等。

②组织培养（tissue culture）。组织培养是指对植物的各种组织进行离体培养的方法。常用的有分生组织（meristem）、形成层组织（cambium）、薄壁组织（parenchyma）、韧皮部（phloem）组织等。

③胚胎培养（embryo culture）。胚胎培养是指对植物成熟或未成熟胚及胚器官的离体培养，常用的有幼胚（immature embryo）、成熟胚（mature embryo）、胚乳（endosperm）、胚珠（ovule）、子房（ovary）等。

④细胞培养（cell culture）。细胞培养是对离体来源体单细胞或花粉单细胞或很小的细胞团的培养，常用的有性细胞、叶肉细胞、根尖细胞、韧皮部细胞等。

⑤原生质体培养（protoplast culture）。植物原生质体是指被去掉细胞壁的、由质膜包裹的、具有生活力的裸细胞。对具有生活力的裸细胞进行培养就是原生质体的培养。

2．按快繁的增殖方式或途径

根据快繁的增殖方式或途径可以分为以下几类：

①器官发生型（organogenesis type）。如以茎尖培养时，调整细胞分裂素的浓度，使腋芽萌发继而形成丛生苗，芽增芽的方式是快繁的主要方法；器官发生型通过脱分化形成愈伤组织再分化而成再生植株。

②胚状体发生型（embryoidtype）。体细胞的增殖发育顺序类似受精卵，经过原胚→球形胚→心形胚→鱼雷胚→子叶胚5个时期，故称类胚途径，最后发育成完整植株。(www.xing528.com)

③原球茎型（protocombtype）。在兰花的茎尖或侧芽培养中发现有白色桑葚状的圆球形突起，将其切割成小块会长出绿色莲座叶状的原球茎，再切割可建立为一个无性繁殖系，经激素调控可长成完整植株，这是兰花快繁的主要方法。

此外，培养类型还可按不同的划分依据而再有其他类型。如根据培养方式可分为固体培养和液体培养，固体培养法是最常用的方法。根据培养物量的多少，可有大量培养和微量培养。根据培养过程中是否需光，可分为光培养和暗培养。根据培养方法的不同，可分为平板培养、微室培养、悬浮培养等；按培养过程，可分为初代培养和继代培养。初代培养（primary culture）是指外植体的最初培养；继代培养（subculture）是指将初代培养得到的培养体移植于新鲜培养基中，这种反复多次移植的培养。

（三）植物组织培养的特点

1．培养条件可以人为控制

组织培养采用的植物材料完全是在人为提供的培养基质和小气候环境条件下进行生长，摆脱了大自然中四季、昼夜的变化以及灾害性气候的不利影响，且条件均一，对植物生长极为有利，便于稳定地进行周年培养生产。

2．生长周期短，繁殖率高

植物组织培养是由于人为控制培养条件，根据不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培养条件，因此生长较快。另外，植株也比较小，往往20～30d为一个周期。所以，虽然植物组织培养需要一定设备及能源消耗，但由于植物材料能按几何级数繁殖生产，故总体来说成本低廉，且能及时提供规格一致的优质种苗或脱病毒种苗。

3．管理方便，利于工厂化生产和自动化控制

植物组织培养是在一定的场所和环境下，人为提供一定的温度、光照、湿度、营养、激素等条件，既利于高度集约化和高密度工厂化生产，也利于自动化控制生产。它是未来农业工厂化育苗的发展方向。它与盆栽、田间栽培等相比省去了中耕除草、浇水施肥、防治病虫害等一系列繁杂劳动，可以大大节省人力、物力及田间种植所需要的土地。

4．使用材料经济、保证遗传背景一致

组培材料仅使用植物体的小块组织，这就保证了材料的生物学来源单一和遗传背景一致，有利于组培的成功，而且所需材料仅几毫米甚至不到1mm，获取十分方便。由于取材少、获取方便、培养效果好、速度快，在实际应用中有独特的价值。

5．降低运输成本

将植物材料以组培形式保存在培养容器内运输，开展国家间或地区间的种质交换，能够节省时间、节省空间，降低运输成本，尤其能减少因从田间采集种子或其无性繁殖材料携带有害生物的危险性。

（四）植物组培养体系的建立

建立稳定高效安全的植物组织培养体系是离体培养成功的保证，尤其在规模化快繁时更为重要。建立植物组织培养体系需要以下系统的支持：生物学条件系统，这是植物组织培养体系中的主干系统，主要包括取材母株选取、外植体选取及灭菌处理、启动生长（初代培养）、扩繁增殖（继代培养）、壮苗驯化等；化学环境条件系统，如培养基的筛选及优化、pH和渗透压等；物理环境条件系统，如植物组织培养中温度、光照和湿度等。这些系统组合成一个环环相扣的组织培养体系，化学环境条件和物理环境条件两个系统则是保证主干系统正常高效运转的必要条件，从而完成从外植体到合格商品产出（包括次生代谢产物在内）的全部程序。检验这个体系是否高效的标准就是产出的苗商品性高、符合标准（国际标准、国家标准、地方标准、行业标准）、低耗低排、低成本、高效益。