❶ 植物組織培養有什麼應用
一、農業上的應用
1. 快速繁殖種苗(rapid propagation)
用組織培養的方法進行快速繁殖是生產上最有潛力的應用,包括花卉觀賞植物、蔬菜、果樹、大田作物及其他經濟作物。快繁技術不受季節等條件的限制,生長周期短,而且能使不能或很難繁殖的植物進行增殖。
快速繁殖可用下列手段進行:
⑴通過莖尖、莖段、鱗莖盤等產生大量腋芽;
⑵通過根、葉等器官直接誘導產生不定芽;
⑶通過愈傷組織培養誘導產生不定芽。
試管快速繁殖應用在下列生產或研究中:
(1)繁殖雜交育種中得到的少量雜交種,以及保存自交系、不育系等。
(2)繁殖脫毒培養得到的少量無病毒苗。
(3)繁殖生產上急需的或種源較少的種苗。
由於組織培養周期短,增殖率高及能全年生產等特點,加上培養材料和試管苗的小型化,這就可使有限的空間培養出大量的植物,在短期內培養出大量的幼苗。
2.無病毒苗(virus free)的培養
植物在生長過程中幾乎都要遭受到病毒病不同程度的危害,有的種類甚至同時受到數種病毒病的危害,尤其是很多園藝植物靠無性方法來增殖,若蒙受病毒病,代代相傳,越染越重,甚至會造成極嚴重的後果。
自從Morel l952年發現採用微莖尖培養方法可得到無病毒苗後,微莖尖培養就成為解決病毒病危害的重要途徑之一。若再與熱處理相結合,則可提高脫毒培養的效果。
對於木本植物,莖尖培養得到的植株難以發根生長,則可採用莖尖微體嫁接的方法來培育無病毒苗。
組織培養無病毒苗的方法已在很多作物的常規生產上得到應用。如馬鈴薯,甘薯,草莓,蘋果,香石竹,菊花等。而且已有不少地區建立了無病毒苗的生產中心,這對於無病毒苗的培養、鑒定、繁殖、保存、利用和研究,形成了一個規范的系統程序,從而達到了保持園藝植物的優良種性和經濟性狀的目的。
3. 在育種上的應用(breeding)
植物組培技術為育種提供了許多手段和方法,使育種工作在新的條件下更有效的進行。
⑴倍性育種,縮短育種年限,雜種優勢明顯。
⑵克服遠緣雜交的不親合性和不孕性(胚培養)
⑶保存種質
例如:用花葯培養單倍體植株;
用原生質體進行個體細胞雜交和基因轉移;
用子房、胚和胚珠完成胚的試管發育和試管受精,以及種質資源的保存等等。
胚培養技術很早就有利用,在種屬間遠緣雜交的情況下,由於生理代謝等方面的原因,雜種胚常常停止發育,因此不能得到雜種植物,所以通過胚培養就可保證遠緣雜交的順利進行。
到50年代在實踐上的應用就更多了。如在桃、柑橘、菜豆、南瓜、百合、鳶尾等等許多園藝植物遠緣雜交育種上都得到了應用。大白菜X甘藍的遠緣雜交種"白蘭",就是通過雜種胚的培養而得到的。
對早期發育幼胚因太小 難以培養的種類,還可採用胚珠和子房培養來獲得成功。利用胚珠和子房培養也可進行試管受精 ,以克服柱頭或花柱對受精的障礙,使花粉管直接進入胚珠而受精。花葯、花粉的培養在蘋果、柑橘、葡萄、草莓、石刁柏、甜椒、甘藍、天竺葵等約20 種園藝植物得到了單倍體植株。
在常規育種中為得到純系材料要經過多代自交,而單倍體育種,經染色體加倍後可以迅速獲得純合的二倍體,大大縮短了育種的世代和年限。
利用組織培養可以進行突變體的篩選。突變的產生因部位而異,莖尖遺傳性比較穩定,根、莖、葉乃至愈傷組織和細胞的培養則變異率就較大。培養基的激素也會誘導變異,因濃度而不同。此外還可採用紫外線、x射線、Y射線對材料進行照射,來誘發突變的產生。
在組織培養中產生多倍體、混倍體現象的比較多,產生的變異為育種提供的材料,可以根據需要進行篩選。利用組織培養,採用與微生物篩選相似的技術,在細胞水平上進行突變體的篩選更加富有成效。原生質體培養和體細胞雜交技術的開發,在育種上展現了一幅嶄新的前景。已有多種植物經原生質體培養得到再生植物,有些植物得到體細胞雜種,無論在理論和實踐上都有重要價值。隨著這方面工作的深入和水平的提高,原生質體培養一定會在育種上產生深遠的影響。
4. 工廠化育苗(instrializing propagation)
近年來,組織培養育苗工廠化生產已作為一種新興技術和生產手段,在園藝植物的生產領域蓬勃發展。
⑴含義:是指以植物組織培養為基礎,將外植體接種在人工配製的培養基上,通過控制環境條件,使細胞脫分化、再分化成新的組織、器官,進而培育出與母株一樣的批量幼苗的方法。例如:非洲紫羅蘭組織培養育苗的工廠化生產。
⑵特點:繁殖快,整齊、一致,無病蟲害,周期短,周年生產,性狀穩定。
⑶作用:有利於繁殖系數低、雜合材料的快速繁殖
有利於有性繁殖優良性狀易分離材料的繁殖
有利於保持從雜合的遺傳群體中篩選出的表現型優異植株的優良遺傳性。
組織培養育苗的無毒化生產,還可減少病害傳播。
可以減少氣候條件對幼苗繁殖的影響,緩和淡、旺季的供需矛盾。
⑷現狀: 世界上一些先進國家園藝植物組織培養技術的迅速發展從60年代就已經開始,並隨著生長、分化規律性探索的逐步深化,到了70年代僅花卉業就已在蘭花、百合、非洲菊、大岩桐、菊花、香石竹、矮牽牛等二十幾種花卉幼苗生產上建立起大規模試管苗商品化生產。
到1984年世界花卉幼苗產業的生產總值已達20億美元,其中美國花卉幼苗市場總值為6億多美元,日本三友種苗公司有60%的幼苗靠組織培養技術繁殖。1985年僅蘭花一項,在美國注冊的公司就有100餘家,年銷售額在1億美元以上。
由於組織培養技術的應用,加快了花卉新品種的推廣。以前靠常規方法推廣一個新品種要幾年甚至十多年,而現在快的只要1~2年就可在世界范圍內達到普及和應用。
我國採用快速繁殖技術,也使優良品種達到迅速的推廣和應用。如廣東切花菊"黃秀風"的應用,使菊花變大,長勢加強,花色鮮艷,抗病力增強,打開了進入香港市場的渠道,使30多種觀葉植物的推廣很快遍及全國,豐富了人們的生活,並將自然界的幾百個野生金錢蓮品種繁種馴化,培養了一批園林垂直綠化的材料,促進了園林業的發展。
⑸制約:植物組織培養也存在一定的困難。
首先是繁殖效率與商品需 要量的矛盾,有些作物由於繁殖方法尚未解決,因而無法滿足生產的需要。其次是在培養過程中如何減少變異株的發生。更重要的是應降低組培苗工廠化生產的成本,只有降低成本,才能更好的投產應用。
總之,隨著組織培養這一技術的發展及各種培養方法的廣泛應用,使這一技術在遺傳育種、品種繁育等方面表現出了巨大的潛力,特別是生物工程和工廠化育苗實施以後,它將以新興產業的面目在技術革命中發揮重大作用。
二、在遺傳學、分子生物學、細胞生物學、組織學、 胚胎學、基因工、生物工程等方面的應用
要揭開生命活動的秘密,需要多科學、多技術的相互配合,其中植物組織培養技術是不可缺少的,它為遺傳學、分子生物學、細胞生物學、生物工程等提供了一種有效、快速的方法。
因為要揭示生命的奧秘,首先要研究單個基因的作用,研究它在細胞內是如何組裝的,如何與其它基因發生聯系,如何表達和調控等。分離單個基因,對它DNA 進行測序,再對其中的某些鹼基實行突變,然後還需要將基因送到受體細胞當中,看錶達情況,以確定其功能。接受基因的受體細胞要產生再生植株,就需要通過組織培養的方法才能實現。
三、 利用組織培養的材料作為植物生物反應器
中國的中草葯是一份人類寶貴的財富,但很多種中草葯資源匱乏,產量不足,甚至瀕於滅絕。如果能利用組織和細胞培養的方法在實驗室內生產,不再依附於自然環境,不僅可以解決現有困難,而且可以通過篩選高產有效成分的細胞系,來提高其葯用價值。
比如用培養的人參懸浮細胞,來生產人參皂苷,已在日本等國家形成規模。利用培養的植物細胞和組織細胞作為生物反應器,也可以生產某些蛋白質、氨基酸、抗生素、疫苗等,如用生食蔬菜生產乙肝疫苗正在實驗中。
四、用於其它未知科學的研究
現代科學發展非常迅速,很多現在預想不到的事情都有可能發生,新發明、新發現、新創造層出不窮,今天認為不可能的東西明天就可能變成現實。植物組織培養也同樣具有許多尚未發掘出的潛力,說不定有一天人們會在三角瓶內種出大南瓜。
總之,現在的植物組織培養仍然處於發展階段,遠遠沒有達到它的高峰期,很多機理人們還沒有搞清楚,它的潛力還遠遠沒有發揮出來。相信在今後的幾十年內,組織培養在我國將會有更大的發展,在農業、制葯業、加工業等方面將會發揮更大的作用,創造出更大的經濟效益。
❷ 植物組織培養的應用都有什麼
1.快速繁殖花卉、珍稀植物
2.培養人工種子
3.通過體細胞雜交培養新物種(白菜—甘藍、番茄—馬鈴薯等)
4.保留瀕危物種——克隆技術
5.作為一種技術,可以為更深層次的研究做鋪墊-利用愈傷組織生產葯物。