1.4 植物组织培养的类别和意义

1.4.1 植物组织培养的类别

按外植体类型可分为：细胞培养（单细胞、花粉）、组织培养（形成层、木质部、韧皮部、生长锥）、器官培养（芽、花药、子房、胚珠、幼叶、胚胎）和原生质体培养。

按培养基种类可分为：固体培养和液体培养。后者又可分为：浅层培养（液层深度不超过0.5cm）；深层培养（通过振荡使培养细胞悬浮和通气）；悬滴培养；饲养层培养。

按培养方法可分为：同步培养、非同步培养、哺育培养。

按培养基的作用可分为：诱导（愈伤组织）培养、分化（芽、胚）培养、生根培养。

1.4.2 植物组织培养的意义

1．在理论研究方面的意义

组织培养材料是研究生理、遗传和形态发生的好材料，因为它脱离了植株整体的控制，避免了器官、组织之间的干扰。通过单细胞分离、培养可以更好地研究细胞全能性，可以引进微生物学的研究方法探讨突变形成；通过原生质体分离、培养和细胞核移植、细胞器移植，可以深入研究细胞壁形成、细胞融合、核质关系和原生质体的吞噬现象；通过体细胞杂交，可以研究细胞质的特性；常常利用组织培养手段实现与检测遗传转化的效果。

2．在实际应用方面的意义

无性系繁殖：牡丹、唐菖蒲、郁金香、香蕉等常常选择优良植株在无菌培养条件下进行快速无性系繁殖。用常规叶插法繁殖非洲紫罗兰（Saintpaulia ionantha），每片叶2～3个月可得到3～5株幼苗；陈维伦等在组织培养中，用10cm2大小的叶片，在相同时间内可获得1200株幼苗。

胚胎培养：成熟的或未成熟的胚培养，去除了胚乳的影响，以克服种子休眠；克服远缘杂交不亲和性，挽救杂种胚胎败育（embryo rescue）。

花药、子房（胚珠）培养：获得单倍体植株，缩短杂交育种进程，提高选择效率。

茎尖培养：植物旺盛生长的部分常常是无菌、无病毒的。许多植物经有性生殖后往往摆脱了细菌、病毒的侵染。但许多园艺植物属异花传粉植物，为保持品种特性不宜用种子繁殖。如柑橘、草莓、葡萄、马铃薯、唐菖蒲等通常采用变态器官或插条、嫁接繁殖，使入侵的病毒随着繁殖世代日益积累，病毒病日益严重。茎尖也是生长旺盛区域，愈接近茎尖分生组织，病毒愈少，所以茎尖培养也可以达到脱病毒的目的。但茎尖愈小愈不易培养成活，通常培养带1～2个叶原基的茎尖容易成活，获得无病毒再生植株的概率也比较大。

单细胞培养与突变系筛选：抗性筛选，如抗旱、抗盐、抗代谢物。如选育对高氨基酸含量反馈抑制不敏感的细胞系。用微生物技术筛选突变系。

筛选产生具特殊经济价值药物的细胞系和突变系：利用发酵罐大量生产黄连素、抗癌药（紫杉醇等）。人参的发酵生产尚未能应用，还需寻找2,4-D的替代物以促进细胞生长，或寻找突变株，使细胞不加生长促进剂也能生长。

超低温种质保存：液氮中保存农家品种或农作物的野生近缘种、濒危植物种子或组织培养的细胞系。在超低温条件下种子和培养物完全停止生长和呼吸。长期超低温保存有利于保持种质的遗传特性，尽可能减少种子繁殖和继代培养过程中不可避免的变异。当需用时将超低温保存材料化冻后仍可保持活力，继续生长和繁殖。

思考与讨论题

1．什么是植物组织培养？

2．Haberlandt于1902年在人工合成培养基上培养叶肉细胞未获成功，但植物学界仍然认为他是植物组织培养的创始人，为什么？

3．从植物组织培养的曲折发展历史中你得到什么启示？

4．说明植物细胞全能性的概念。

5．说明脱分化和再分化及其相对性的概念。

6．什么是细胞决定？试说明细胞决定和细胞分化有什么关系。

7．什么是植物器官克隆？

8．解释主胚性细胞、次级胚性细胞概念及其可能的功能。

9．什么是表观遗传变化？什么是体细胞无性系变异？二者有什么区别？

10．什么是植物的生理年龄？植物老化有什么表现？

11．说明植物组织培养在植物学理论研究上的意义。

参考文献

[1] White P R. Potentially unlimited growth of excised tomato root tips in a liquid medium. Plant Physiol, 1934, 9:585—600.

[2] Krikorian A D, Berquam D L. Plant cell and tissue cultures: the role of Haberlandt. Bot Rev, 1969, 35:59—88.

[3] Haberlandt G. Kulturversuche mit isolierten Pflanzenzellen. Sber Akad Wiss Wien, 1902, 111:69—92.

[4] Hannig E. Zur Physiologie pflanzlicher Embryonen. Über die Cultur von Cruciferen embryonen ausserhalb der Embryosacks. Bot Ztg, 1904, 62:45—80.

[5] KottéW. Wurzelmeristem in Gewebekultur. Ber dtsch bot Ges, 1922, 40:269—272.

[6] KottéW. Kulturversuch isolierten Wurzelspitzen. Beitr allg Bot, 1922, 2:413—434.

[7] Robrins W J. Cultivation of excised root tips and stem tips under sterile conditions. Bot Gaz, 1922, 73:376—390.

[8] Robrins W J. Effects of autolysed-yeast and peptone on growth of excised corn root tips in the dark. Bot Gaz, 1922, 74:59—79.

[9] Dieterich K. Über Kultur von Embryonen auβerhalb des Samens. Flora, 1924, 117:379—417.

[10] Laibach F. Das Taubwerden von Bastardsamen und künstliche Aufzucht früh absterbender Bastard-embry-onen. Z Bot, 1925, 17:417—459.

[11] White P R. Separation from yeast of materials essential for growth of excised tomato roots. Plant Physiol, 1937, 12:777—791.

[12] White P R. Vitamin B1in the nutrition of excised tomato roots. Plant Physiol, 1937, 12:803—811.

[13] White P R. Potentially unlimited growth of excised plant callus in an artificial medium. Amer J Bot, 1939, 26:59—64.

[14] Li T T（李继侗）. The development of Ginkgo embryos in vitro. Sci Rept National Tsing Hua Univ, Ser B, 1934, 2（1）.

[15] Li T T（李继侗）and Sheng T（沈同）. The effect of pantothenica acid on the growth of the yeast and on the growth of the radicle of Ginkgo embryo in artificial media. Sci Rept National Tsing Hua Univ, Ser B, 1934, 2:53—60.

[16] 崔澂，桂耀林．经济植物的组织培养与快速繁殖．北京：农业出版社，1985:3—21.

[17] Gautheret R J. Culture du tissu cambial. C r Acad Sci, Paris, 1934, 198:2195—2196.

[18] Gautheret R J. Nouvelles recherches sur la culture du tissu cambial. C r Acad Sci, Paris, 1937, 205:572—574.

[19] Gautheret R J. Sur le repiquage des cultures de tissu cambial de Salix capraea. C r Acad Sci, Paris, 1938, 206:125—127.

[20] Gautheret R J. Recherches sur la culture de fragments de tubercules de carotte. C r Acad Sci, Paris, 1938, 206:457—459.

[21] Gautheret R J. Sur la possibilitéde réaliser la culture indéfinie des tissues de tubercules de carotte. C r Acad Sci, Paris, 1939, 208:118—120.

[22] Nobécourt P. Sur la pérennitéet l'augmentation de volume des cultures detissus végétaux. Cr Soc Biol, Par-is, 1939, 130:1270.

[23] Nobécourt P. Sur les radicelles naissant des cultures de tissues du tubercule de carotte. C r Soc Biol, Paris, 1939, 130:1271.

[24] White P R. A hand-book of plant tissue culture. Lancaster, Pa. : Jaques Cattell, 1943.

[25] Skoog F, Tsui C（崔澂）. Chemical control of growth and bud formation in tobacco stem segments and callus cultured in vitro. Amer J Bot, 1948, 35:782—787.

[26] Miller C O, Skoog F, Saltza M, et al. Kinetin, a cell division factor from desoxyribonucleic acid. J Am Chem Soc, 1955, 77:1392.

[27] Nitsch J P. Culture of fruits in vitro. Science, 1949, 110—499.

[28] Nitsch J P. Growth and development in vitro of excised ovaries. Amer J Bot, 1951, 38:566—577.

[29] Muir W H. Culture conditions favouring the isolation and growth of single cells from higher plants in vitro. Madison: University of Wisconsin, 1953.

[30] Muir W H, Hildebrandt A C, Riker A J. Plant tissue cultures produced from single isolated plant cells. Sci-ence, 1954, 119:877—887.

[31] Steward F C, Mapes MO, Mears K. Growth and organized development of cultivated cells. Ⅱ. Organization in cultures grown from freely suspended cells. Amer J Bot, 1958, 45:705—708.

[32] Steward F C. Growth and development of cultivated cells. Ⅲ. Interpretations of the growth from free cell to carrot plant. Amer J Bot, 1958, 45:709—713.

[33] Reinert J. Über die Kontrolle der Morphogenese und die Induktion von Adventive-embryonen an Gewebekul-turen aus Karotten. Planta, 1959, 53:318—333.

[34] Morel G. Producing virus-free Cymbidiums. Amer Orchid Soc Bull, 1960, 29:495—497.

[35] Kanta K, Rangaswamy N S, Maheshweri P. Test-tube fertilization in a flowering plant. Nature, 1962, 194:1214—1217.

[36] Guha S, Maheshweri S C. Cell division and differentation of embryos in the pollen grains of Datura in vitro. Nature, 1966, 212, :97—98.

[37] Guha S, Maheshweri S C. Development of embryoids from pollen grains in vitro. Phytomorph, 1967, 17:454—461.

[38] Cocking E C. A method for the isolation of plant protoplasts and vacuoles. Nature, 1960, 187:927—929.

[39] Dodds J H, Roberts L W. Experiments in plant tissue culture. Cambridge: Cambridge Univ Press, 1982.

[40] Esau K．植物解剖学．李正理，等，译．北京：科学出版社，1962:61—62.

[41] 韩贻仁．分化（词条）. ∥邹承鲁．当代生物学．北京：中国致公出版社，2000:99.

[42] 张丕方，王琦．烟草薄层培养中细胞早期动态的研究．植物学报，1989, 31（6）:422—426.

[43] 许萍，张丕方．关于植物细胞脱分化的研究概况。植物学通报，1996, 13（1）:20—24.

[44] 陆文樑，等．风信子外植体直接再分化花芽的研究．Ⅰ．花芽和营养芽形态发生的控制．中国科学，B辑，1986（5）:491—500.

[45] 崔克明．植物细胞分化的启动控制和分化过程的阶段性．生命科学，1997, 9（2）:49—54.

[46] Steeves T A. On the determination of leaf primordial in ferns. ∥Cuter E G. Trends in plant morphogenesis. London: Longman, 1966:200—219.

[47] Vöchting H. Über die Regeneration der Araucaria excelsa. Jb Wiss Botan. 1904, 40:435—439.

[48] Yeoman M M. Plant cell culture technology. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1986:8—13.

[49] Christianson M L, Warnick D A. Organogenesis in vitro as a developmental process. HortScience 1988, 23（3）:515—519.

[50] 陈永宁．植物细胞在离体培养条件下的决定问题．植物生理学通讯，1992, 28（2）:156—158.

[51] 陆文樑．植物器官的克隆．∥孙敬三，朱至清．植物细胞工程实验技术．北京：化学工业出版社，2006:70—85.

[52] 陆文樑．植物器官的克隆——实践、理论和在人与动物器官克隆中应用的可能性．农业生物技术学报，2005, 13（1）:1—9.

[53] Nanney D L. Epigenetic control systems. Proc nat Acad Sci USA, 1958, 44:712—717.

[54] Larkin P J, Scowcroft W R. Somaclonal variation—a novel source of variability from cell culture for plant im-provement. Theor Appl Genet, 1981, 60:197—214.

[55] 朱至清．体细胞无性系变异与植物改良．植物学通报，1991, 8，增刊，1—8.

[56] 朱至清．体细胞无性系变异与植物改良．∥孙敬三，朱志清．植物细胞工程实验技术．第11章．北京：化学工业出版社，2006:159—167.

[57] Wyllie A H. Cell death: a new classification separating apoptosis from necrosis. ∥ Bowen I D, Lockshin R A. Cell death in biology and pathology. London: Chapman &Hall, 1981:9—29.

[58] Gahan P B. Cell senescence and death in plants. ∥ Bowen I D, Lockshin R A. Cell death in biology and pathology. London: Capman &Hall, 1981:145—169.

[59] Filonova L H, Bozhkov P V, Brukhin V B, et al. Two waves of programmed cell death occur during forma-tion and development of somatic embryos in the gymnosperm, Norway spruce. J Cell Sci, 2000, 113:4399—4411.

[60] You R L, Wang J, Sung Z R. Impact of temperature on callus growth and somatic embryogenesis in carrot haploid cell line HA and its mutant lines. Chinese J Bot, 1993, 5:114—121.

[61] Jiang L, You R L. Cell degeneration in the friable callus derived from immature embryos of Larix gmelini（Rupr. ）Rupr. Israel J Plant Sci, 2004, 52（3）:195—204.

[62] 王丽，鲍晓明，黄白渠，等．香雪兰外植体形态学极性决定的体细胞胚胎发生．植物学报，1998, 40（2）:138—143.

[63] 陈正华．木本植物组织培养及其应用．北京：高等教育出版社，1986:24—30.

[64] Bonga J M. Vegetative propagation in relation to juvenility, maturity and rejuvenation. ∥Bonga J M, Durzan D J. Tissue culture in forestry. Berlin: Spinger, 1982:387—412.