植物組培技術的應用

       摘要：植物組織培養在過去的40多年中得到了迅速的發展，已

       滲透到生物學科的各個領域，成為生物工程技術中的一個重要組成

       部分和基本研究手段之一?，F如今，植物組織培養技術具有保持花

       卉優良性狀、培育脫毒苗木、保存種質資源等優勢，因而在花卉種

       苗繁殖生產中得到廣泛應用。

       關鍵詞：植物組織培養；組織栽培；花卉

       植物栽培技術雖然發展比較晚，但是在經過20世紀后的幾十年，

       經過眾多科學家的努力與奮斗，這項技術越來越完善，越來越成熟。

       尤其近40年以來，植物組培技術已滲透到植物生理學、病理學、

       遺傳學、藥學、育種以及生物化學等各個研究領域，為快速繁育優

       良品種，培育無毒苗木，進行突變篩選培育，藥用植物工廠化生產，

       種質保存和基因庫建立等方面開辟了新途徑，成為生物學科中的重

       要研究技術和手段之一?，F如今，植物組織培養技術具有保持花卉

       優良性狀、培育脫毒苗木、保存種質資源等優勢，根據這些優勢，

       植物栽培技術也被廣泛應用于花卉的種苗繁殖與生產之中。

       1 花卉領域中組織栽培優勢

       1.1 快速、大量繁殖優良品種

       由于組織培養法繁殖作物的突出特點是快速，因此，對一些繁殖

       系數低、不能用種子繁殖的“名、優、特、新、奇”等品種的繁殖，

       意義更大。因為材料的單一個體性，所以遺傳現狀也是一致的，那 么在試驗與生產整個過程中就能夠達到微型化與精密化，既節約了

       人力與物力，又能夠更好的對培養基的成分、溫度與濕度、光強度

       與光質以及光周期進行有效控制，整年都可進行試驗與生產，所以

       在花卉培養方面的應用能夠迅猛發展。通過離體的快速繁殖，加上

       不受區域氣候條件的影響，可以進行脫毒苗、新育成以及新引進，

       還有稀缺語種與基因工程等等，較常規快數萬乃至數十萬數百萬倍

       的速度擴展增大繁殖，以提供更多的優質種苗。

       在花卉的育種過程中，通過雜交與選種，增加了花卉品種種類與

       花卉的顏色種類，以滿足更多人們的需求。與此同時，卻帶來了一

       些問題，由于子代很難有均一的變現造成基因類型的異質化太高。

       可以根據需要選擇優良性較高的植株加以分生，這樣就可以得到與

       母株一模一樣的植株，其原因是組織栽培育苗是由母株的組織或者

       器官等發展的，能夠保持母株的全部特征，包括花的形狀、顏色，

       植株的形狀，抗逆性等等。

       1.2 脫毒苗木的培育

       植物脫毒是目前植物組織培養應用最多最有效的一個方面。由于

       觀賞性的植物一般采用營養繁殖，比如在利用嫁接、分株等方法繁

       殖時，病菌很容易由營養體、刀具或者土壤等傳給下一代，這樣就

       加快了病毒的傳播與積累，以至于病毒病對植物的危害也就隨之變

       嚴重。據相關統計表明，觀賞性的植物的病毒已高達百種，并呈逐

       年遞增的趨勢。觀賞植物應得了病毒病，而對觀賞價值造成了嚴重的影響，像百合、康乃馨等植物的鱗莖、球莖嚴重退化，蘭科植物

       的花變得小且少，而且造成花朵的畸形等，這些問題對其觀賞價值

       造成了影響，甚者可以導致其品種的滅絕，在一定程度上制約了其

       發展，這也是我國花卉不能走出國門、邁向世界的重要原因之一。

       從長時間生產中可以得出，植物組織栽培技術可有效地去除植物體

       內的病毒。病毒在感病植物體內的分布不均勻，其數量也隨部位與

       年齡的不同而不同，在靠近莖尖頂端的區域，越靠近病毒的濃度就

       越低。因為分生區域內無維管束的原因，病毒的傳遞只能靠細胞間

       的聯系進行，比不上細胞分裂的速度與生長速度，所以在植株生長

       點附近的病毒數量是非常稀少的。鑒于以上原因，在進行莖尖培養

       時，在保證莖尖成活的前提下，莖尖越小越好，太大的話對于脫毒

       有很大的影響，種類不同的植物與病毒，在切取莖尖的時候，大小

       也不相同，一般來說是帶一兩個葉原基的0.2-0.5mm大小的莖尖。

       1.3 保存種質資源

       花卉生產是在現有種質資源的基礎上進行的，由于自然災害和生

       物之間的競爭以及人類活動對大自然的影響，已有相當數量的植物

       物種在地球上消失或正在消失。具有獨特遺傳性狀的生物物種的絕

       跡是一種不可挽回的損失，而通過組織培養，可保持母本的一切遺

       傳特性，并大大節省人力、物力的同時，又能延長保存期，以作為

       種質資源未能突變與流失的保證。

       2 花卉組培的途徑       

       2.1 胚狀體

       在組織培養中，再生植株可通過與合子胚相似的胚胎發生過程，

       即形成胚狀體，再由胚狀體發育成大量植株。一品紅、玉蘭等通常

       采用此途徑進行繁育。

       2.2 生長點

       莖尖或者是側芽經過誘導而形成大量腋芽，進而獲得幼小植株。

       通過這個途徑進行花卉組培發生變異的概率很小，品質比較均勻，

       一般都采用這種途徑。

       2.3 愈傷組織

       愈傷組織途徑是外植體在經過生長調節劑的處理，先形成愈傷組

       織，之后經器官分化成芽體，以大量繁殖，這種途徑比其他兩種途

       徑都更易變異。

       3 花卉組織培養的階段

       3.1 外植體材料的選取

       無論是離體培養繁殖種苗，還是進行生物技術研究，培養材料的

       選擇都要從主要的植物入手。選取性狀優良的種質或特殊的基因

       型。對材料的選擇要有明確的目的，具有一定的代表性，以提高成

       功的幾率，增加其實用的價值。對于許多種子植物，莖尖是最好的

       選擇部位，但是由于被才材料來源所限制，所以選擇莖段，并且葉

       片的材料來源很豐富，所以其利用也是非常普遍的。對于較難培養

       的植物來說，子葉與下胚軸是很好的選擇。進行選材的時候，應該選取攜帶菌少、生長時間較短、生長較旺盛的材料，同時還要注意

       選材的時期，一般在植物開始生長的時候進行采樣，其他時候不利

       于組織的培養。花藥培養應在花粉發育到單核期時取材，這時比較

       容易形成愈傷組織。對于器官的狀態也有影響，花卉主軸越往上的

       部位，經過組織培養而形成的器官，生長時間越短，且比較容易形

       成器官。

       3.2 材料的滅菌消毒處理

       一般采取的預處理方法是，先對植物組織進行修整，去掉不需要

       的部分，將準備使用的植物材料在流水中沖洗干凈。經過預處理的

       植物材料，其表面仍有很多細菌和真菌，因此還需進一步滅菌處理。

       花卉植物組織的培養進行的是無菌的培養，這也就要求材料是不能

       帶菌的。從田間或者是溫室切取材料的時候，要選健壯、沒有病蟲

       的柱體作為母株，選擇分生能力強的部位，這樣有利于培養時的生

       長。用濃度為70%的酒精，將其浸泡10-15〃進行消毒，之后用無

       菌水沖洗兩次，再進行3-15分鐘的氯化汞浸泡，再用無菌水進行

       3-4次的沖洗。以上這些操作均要求在無菌環境下進行。這些材料

       表面經過滅菌，在用無菌的濾紙吸掉水分，最后取幾毫米所需的部

       位，然后用解剖針或槍式鑷子將材料接種到培養瓶內。

       3.3 愈傷組織的誘導

       將健壯、五病蟲的花卉植株作為母株，并種植在室內或溫室的經

       過消毒的培養基上，在2-4星期之后，采取母株上剛生長的莖頂或 者芽體，用清水洗滌干凈，再用濃度為70%的酒精進行15-30秒的

       表面消毒，再用1.0g/升的升汞溶液進行10分鐘左右的消毒，然后，

       用無菌水進行5-7次的沖洗，再在超凈臺上，用無菌濾紙吸收材料

       表面的水分，再取大小適當的莖尖或芽體放在培養基中，將培養的

       溫度控制在23℃-27℃之間，光照10-14小時/天，光照強度為

       1000-2000勒克斯。

       3.4 芽的分化及增殖

       將初代培養產生的芽叢轉入增殖培養基中進行繼代培養，每瓶放

       置3-4個芽叢，經過3-4周的培養可獲得由30-40個腋芽形成的芽

       叢及植株。

       3.5 壯苗生根培養

       不定芽經過繁殖之后，要將其轉移到不含任何細胞分裂素、不含

       任何激素、只好定量的生長素的培養基中，對其進行誘導生根，培

       養4周后，可長成約4-5cm高并有5-6條根的健壯苗。

       3.6 試管苗的馴化與移栽

       馴化的目的在于提高試管苗對外界環境條件的適應性，提高光合

       作用的能力，促使試管苗健壯，最終提高試管苗的成活率。移栽生

       根苗是組織培養育苗的一個重要環節，只有保證移栽的成活，才能

       使快速育苗的目的達到。在對已經生根的瓶苗進行煉苗的時候，要

       注意溫度與光線的控制。將瓶子的位置經常做調整，以利于各個方向的均勻受光，在2-3天之后，可以將瓶蓋擰松，以便空氣的進入，

       增強瓶苗對自然環境的適應度，提高瓶苗的抗逆力。在瓶苗長到一

       定大小即真葉5-6片或者苗高4-5cm、帶有4-5條根的時候，將組

       培苗進行開瓶煉苗，將苗上的培養基清洗掉，移栽至保水、透氣性

       好的基質或者苗床上。比較理想的基質是蛭石，將蛭石、河沙與園

       土等按照一定的比例混合。組培苗移栽后初期適宜在適溫、適濕的

       環境下生長，并逐漸增加其對外界環境的適應能力。進行7-10天

       的煉苗后，再進行移植，剛移植的一個星期之內，采用薄膜覆蓋與

       噴霧澆水的方式來保持濕度，并將50%-60%的陽光進行遮擋，再將

       經過2-3星期馴化的試管苗移植在培養土中。由于組培苗的組織非

       常幼嫩，以及抗逆力不強的原因，在移植的過程中易滋生雜菌，甚

       至可能造成死亡的后果，所以在生長期的整個過程中，每隔7-10

       天就要換一次殺菌劑進行殺菌預防，并且可以用濃度為0.1%的多菌

       靈進行洗根，洗根后再用來澆水，這樣就可以減少雜菌在首次幼苗

       移栽的時候的危害。

       4 花卉組織培養中易出現問題

       4.1 試管苗的玻璃化

       在形態解剖特征上玻璃苗表現為半透明狀，莖尖頂端分生細胞較

       小，葉表面缺少角質層蠟質，沒有功能性氣孔，不具有柵欄組織，

       僅有海綿組織；莖葉的細胞體積大；液泡化程度高；肥質稀?。患?/p>

       胞核變?。患毎麤]有明顯長軸。生理化特征上：細胞過度含水；還原糖、蔗糖、k、ca和cl離子濃度高；木質素、葉綠素、蛋白質、

       肌醇、fe和cu的濃度明顯較低。由于其組織畸形，吸收養料與光

       合器官的功能缺失，分化能力也下降了很多，所以對于繼續用作培

       養基是很困難的，也很難移栽成活。眾多的研究表明，影響玻璃化

       發生的因素有材料的差異、激素的濃度、瓊脂的濃度、環境的溫度

       等等。對于玻璃化有一些有效的措施被提出，比如控制光照時間，

       大多數植物在每天10-12h為宜；將瓊脂的濃度控制在0.8%，并要

       在事前就除去雜質；將培養容器的相對溫度提高，并用透氣的封口

       膜進行封口，將培養基中的激素比例調配得當。

       4.2 褐變現象

       花卉在進行組培的過程中分生褐變現象的原因是，建立外植體無

       菌系的時候，傷害到了切口附近的細胞，使酚類化合物與多酚氧化

       酶的分離狀態遭到了破壞，二者相遇，形成醌類物質，這種致死性

       的褐化物不但向外擴散致使培養基逐漸變成褐色，而且還會抑制其

       他酶的活性，嚴重影響外植體的脫分化和器官分化，再與蛋白質聚

       合，致使組織代謝紊亂、組織生長停滯，到最后衰老死亡。褐變的

       影響因素有很多，像品種的基因類型、部位的大小、取材時間等等，

       對于這些影響和褐變的因素，可以采取一些措施來控制組培過程中

       的褐變，比如選取外植體時要選取幼齡的，控制培養溫度和光照強

       度，培養基中添加抗氧化劑、吸附劑，降低無機鹽濃度等。

       總之，植物組織培養技術不僅在產業上具有重要作用，而且對于細胞學、遺傳學、生理學和生物化學等研究也是一個極為重要的手

       段。同時它具有培養條件可以人為控制、生長周期短、繁殖率高、

       管理方便，利于工廠化生產和自動化控制等特點，因此，必將為我

       國的花卉產業帶來積極的推動作用。

       參考文獻

       [1]植物組織培養.中國農業出版社,2002.

       [2] 名優花卉組織培養技術.北京:科學技術文獻出版社,2001.

文庫上傳者：xueshu99