(5)-2.1 植物組織培養(yǎng)的發(fā)展歷史和應(yīng)用

植物組織培養(yǎng)的發(fā)展歷史和應(yīng)用主要內(nèi)容發(fā)展歷史1.植物組織培養(yǎng)與農(nóng)業(yè)的關(guān)系2.1、探索階段（1902-1929）1838-1839年，德國科學(xué)家Schleide和Schwann發(fā)表了細(xì)胞學(xué)說，奠定了組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)；

1902年，德國植物學(xué)家Haberlandt根據(jù)細(xì)胞學(xué)說，提出細(xì)胞全能性理論。1904年，Hanning在加有無機(jī)鹽和有機(jī)成分的培養(yǎng)基中成功地培養(yǎng)了蘿卜和辣根菜的幼胚，這也是離體培養(yǎng)的第一個(gè)成功例子；

1922年，Robiins（美）和Kotte（德）離體培養(yǎng)根尖獲得成功；

1925-1929年，Laibach培養(yǎng)亞麻種間雜交幼胚獲得成功并得到雜種，證明胚培養(yǎng)在植物遠(yuǎn)緣雜交上可利用；在這一階段中，細(xì)胞學(xué)說的產(chǎn)生和細(xì)胞全能性學(xué)說的提出為組織培養(yǎng)技術(shù)的產(chǎn)生奠定了理論基礎(chǔ)。在這些理論的指導(dǎo)下所開展的有關(guān)試驗(yàn)，對(duì)組織培養(yǎng)技術(shù)的建立進(jìn)行了有益的探索。一、發(fā)展簡(jiǎn)史

Haberlandt首次提出細(xì)胞培養(yǎng)的概念，也是第一個(gè)用人工培養(yǎng)基對(duì)分離的植物細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)的人。但由于Haberlandt使用的培養(yǎng)液成分簡(jiǎn)單，培養(yǎng)的細(xì)胞是高度分化的細(xì)胞，又沒采取消毒技術(shù)，所以實(shí)驗(yàn)失敗，培養(yǎng)的細(xì)胞雖然存活了幾個(gè)月，但結(jié)果僅觀察到組織和細(xì)胞體積的膨大，而未見到細(xì)胞分裂。后來，Haberlandt轉(zhuǎn)而對(duì)損傷修復(fù)發(fā)生興趣，提出激素作用的概念（leptohormone），為后來激素理論的建立和在組織培養(yǎng)中的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。但自Haberlandt的實(shí)驗(yàn)之后的30多年里，植物組織培養(yǎng)技術(shù)幾乎沒有什么進(jìn)展。分析其原因，主要就是培養(yǎng)基的成分和實(shí)驗(yàn)所選取的材料不夠合適。Haberlandt(Fatheroftissueculture)

一、發(fā)展簡(jiǎn)史1933年，李繼侗將3mm以上的銀杏胚培養(yǎng)成功，同時(shí)發(fā)現(xiàn)加入胚乳汁可以促進(jìn)離體胚的生長；1934年，White用番茄根尖細(xì)胞進(jìn)行離體培養(yǎng)，得到第一個(gè)活躍分裂的單細(xì)胞無性繁殖系，從而使非胚器官的培養(yǎng)首先獲得成功；1934年，Gautheret培養(yǎng)三毛柳和黑楊的形成層，成功得到愈傷組織；1937年，White發(fā)現(xiàn)和提出B族維生素B1、維生素B6、煙酸以及吲哚乙酸對(duì)植物生長的的重要性。發(fā)明了第一個(gè)人工合成培養(yǎng)基；1937-1938年，Nobecourt用胡蘿卜根組織培養(yǎng)獲得愈傷組織并繼代培養(yǎng)了幾十年，并建立了類似的連續(xù)生長的組織培養(yǎng)物；1939年，White培養(yǎng)煙草的形成層獲得愈傷組織，同時(shí)使愈傷組織繼代培養(yǎng)獲得成功；在這一階段，植物組織培養(yǎng)建立了兩個(gè)與培養(yǎng)技術(shù)有關(guān)的重要模式，一是培養(yǎng)基模式，二是激素調(diào)控模式。2、奠基階段（20世紀(jì)30年代中至50年代末）植物組織培養(yǎng)的奠基人1941年，Overbeek等獲得了曼陀羅離體胚培養(yǎng)的成功。1943年White出版了《植物組織培養(yǎng)》手冊(cè)，使植物組織培養(yǎng)開始成為一門新興技術(shù)。

1948-1956年，Skoog和崔澂以及Muir、Miller等人

發(fā)現(xiàn)生長素和細(xì)胞分裂素相互配合能調(diào)節(jié)細(xì)胞的分裂與分化，控制器官的分化，使植物組織培養(yǎng)的工作迅速取得突破；1958年，StewardF.C.等用胡蘿卜根的愈傷組織細(xì)胞進(jìn)行液體振蕩懸浮培養(yǎng)，成功誘導(dǎo)出胚狀體，分化為完整的小植株并開花結(jié)實(shí)；這是人類第一次獲得了人工體細(xì)胞胚，也首次通過實(shí)驗(yàn)證明了植物細(xì)胞的全能性，成為植物組織培養(yǎng)研究歷史中的一個(gè)里程碑，對(duì)植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。植物組織培養(yǎng)的奠基人3、迅速發(fā)展階段20世紀(jì)60年代以后，植物組織培養(yǎng)進(jìn)人了迅速發(fā)展階段，研究工作更加深人與廣泛，并在許多方面應(yīng)用。1960年，Cocking等用純化的纖維素酶和果膠酶處理番茄細(xì)胞，獲得原生質(zhì)體，培養(yǎng)獲得成功，最終得到再生植株；同年Morel培養(yǎng)蘭花的莖尖，獲得了快速繁殖的脫毒蘭花。其后，國際上相繼把組織培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用到蘭花的快速繁殖上，建立了“蘭花工業(yè)”。從此，植物離體微繁技術(shù)和脫毒技術(shù)得到了迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了試管苗產(chǎn)業(yè)化，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1962年，Murashinge和Skoog在煙草培養(yǎng)中篩選出至今仍被廣泛使用的MS培養(yǎng)基；1964-1966年，印度科學(xué)家Guha和Maheshwari在毛葉曼陀羅花藥培養(yǎng)中首次由花粉誘導(dǎo)得到了單倍體植株；1967年Bourgin和Nitsch通過花藥培養(yǎng)獲得了完整的煙草植株，由于單倍體在突變選擇和加速雜合體純合化過程中的重要作用，花藥培養(yǎng)在20世紀(jì)70年代得到了迅速發(fā)展，獲得成功的物種數(shù)目不斷增加，其中包括很多種重要的栽培物種。3、迅速發(fā)展階段1972年，Carlson通過兩個(gè)種的煙草原生質(zhì)體融合培養(yǎng)，獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜交的雜種植株；1974年，Bonne和Eriksson將胡蘿卜根原生質(zhì)體在PEG誘導(dǎo)下融合成功，成功完成了細(xì)胞器（葉綠體）的攝入，證明原生質(zhì)體是引入外源遺傳物質(zhì)的極好材料，為基因工程奠定良好基礎(chǔ)。1975年，Kao和Michay-Iuk開發(fā)出了專門用于植物原生質(zhì)體培養(yǎng)的8P培養(yǎng)基，被研究者們廣泛使用。1978年，Murashige穆拉希吉提出了“人工種子”的概念。3、迅速發(fā)展階段20世紀(jì)70年代中期，植物組織培養(yǎng)和分子生物學(xué)結(jié)合誕生了轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)。20世紀(jì)80年代，水稻、玉米、小麥、高粱、谷子和大麥等原生質(zhì)體植株再生相繼成功。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，農(nóng)桿菌介導(dǎo)法在水稻、玉米等主要農(nóng)作物上取得突破性進(jìn)展?，F(xiàn)在，轉(zhuǎn)基因抗蟲棉花、抗蟲玉米、抗除草劑大豆、抗蟲油菜等一批植物新品種已在生產(chǎn)上大面積推廣種植，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，其中植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用功不可沒。3、迅速發(fā)展階段我國植物組織培養(yǎng)研究工作開展也較早，許多學(xué)者曾經(jīng)做出多方面的貢獻(xiàn)。20世紀(jì)70年代以來，我國在煙草、水稻和小麥等的花培育種上，取得了一系列舉世矚目的成就；80年代，我國學(xué)者在原生質(zhì)體培養(yǎng)方面做出了重要貢獻(xiàn)；90年代，植物組織培養(yǎng)技術(shù)在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。3、迅速發(fā)展階段1、在植物育種(Breedingscienceofcrops)上的應(yīng)用(1)克服遠(yuǎn)緣雜交困難(2)花藥培養(yǎng)(3)突變體篩選(4)體細(xì)胞雜交(5)基因工程二、植物組織培養(yǎng)與農(nóng)業(yè)的關(guān)系二、植物組織培養(yǎng)與農(nóng)業(yè)的關(guān)系

2、在植物脫毒（Viruselimination）和快速繁殖（Micropropagation）上的應(yīng)用

植物脫毒和離體快速繁殖是目前植物組織培養(yǎng)應(yīng)用最多、最有效的一個(gè)方面。尤其對(duì)一些繁殖系數(shù)低、不能用種子繁殖的“名、優(yōu)、特、新、奇”作物品種的繁殖，意義更大。對(duì)于脫毒苗、新育成、新引進(jìn)、稀缺育種、優(yōu)良單株、瀕危植物和基因工程植株等可通過離體快速繁殖，同時(shí)可不受地區(qū)、氣候的影響，比常規(guī)方法快數(shù)萬倍到數(shù)百萬倍的速度擴(kuò)大繁殖，及時(shí)提供大量?jī)?yōu)質(zhì)種苗。目前，觀賞植物、園藝作物、經(jīng)濟(jì)林木、無性繁殖作物等部分或大部分都用離體快繁提供苗木，試管苗已出現(xiàn)在國際市場(chǎng)上并形成產(chǎn)業(yè)化。

3、在植物次級(jí)產(chǎn)物(Secondarymetabolites)上的應(yīng)用植物次生代謝產(chǎn)物的常規(guī)生產(chǎn)需要大量原材料，在目前植物資源緊缺的條件下，生產(chǎn)非常有限，不能滿足需要。利用植物組織或細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)，可以從中提取所需的天然有機(jī)物，如蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿、天然色素以及其它活性物質(zhì)。

近年來，南京藥學(xué)院丁家宜利用組織培養(yǎng)生產(chǎn)出人參干粉。在組織培養(yǎng)中生長速度比栽培人參約高100倍以上，并可在20天左右周期內(nèi)有10-20升大瓶中進(jìn)行小批量生產(chǎn)，其藥用成分和藥理活性與商品人參相似或更優(yōu)，現(xiàn)已投入中試生產(chǎn)。這是我國第一個(gè)用組織培養(yǎng)進(jìn)行藥的工業(yè)化生產(chǎn)的例子。

二、植物組織培養(yǎng)與農(nóng)業(yè)的關(guān)系

4、植物種質(zhì)資源保存(Invitrogermplasmpreservation)、挽救瀕危植物的應(yīng)用

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是在現(xiàn)有種質(zhì)資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，由于自然災(zāi)害和生物之間的競(jìng)爭(zhēng)以及人類活動(dòng)對(duì)大自然的影響，已有相當(dāng)數(shù)量的植物物種在地球上消失或正在消失。具有獨(dú)特遺傳性狀的生物物種的絕跡是一種不可挽回的損失，留給人類的只是一種遺憾。如何挽救這些植物，還有許許多多的動(dòng)物，已成為世人關(guān)注的問題！

實(shí)踐證明，植物組織培養(yǎng)結(jié)合超低溫保存技術(shù)，可以給植物種質(zhì)保存帶來一次大的飛躍，可大大節(jié)約人力、物力和土地，同時(shí)也便于種質(zhì)資源的交換和轉(zhuǎn)移，防止有害病蟲的人為傳播，給保存和搶救有用基因帶來了希望，可以使這些植物得到較為永久性的保存。二、植物組織培養(yǎng)與農(nóng)業(yè)的關(guān)系核桃與核桃楸蒙古扁桃錫金海棠新疆野蘋果二、植物組織培養(yǎng)與農(nóng)業(yè)的關(guān)系

5、在遺傳、生理、生化和病理(Pathology)研究上的應(yīng)用

花藥和花粉培養(yǎng)獲得的單倍體和純合二倍體植株，是研究細(xì)胞遺傳的極好材料。在細(xì)胞培養(yǎng)中很容易引起變異和染色體變化，從而可得到作物的附加系、代換系和易位系等新類型，為研究染色體工程開辟新途徑。植物組織培養(yǎng)工作研究植物生長的外界條件，如光、溫度、濕度和氣體成分；礦質(zhì)營養(yǎng)、有機(jī)營養(yǎng)、生長活性物質(zhì)以及植物激素等，有益于了解植物的生長發(fā)育問題