[科普中国]-植物组织培养

植物的组织培养是根据植物细胞具有全能性这个理论，近几十年来发展起来的一项无性繁殖的新技术。植物的组织培养广义又叫离体培养，指从植物体分离出符合需要的组织、器官或细胞，原生质体等，通过无菌操作，在无菌条件下接种在含有各种营养物质及植物激素的培养基上进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他产品的技术。狭义是指组培指用植物各部分组织，如形成层、薄壁组织、叶肉组织、胚乳等进行培养获得再生植株，也指在培养过程中从各器官上产生愈伤组织的培养，愈伤组织再经过再分化形成再生植物。

理论起源研究历史19世纪30年代，德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺创立了细胞学说，根据这一学说，如果给细胞提供和生物体内一样的条件，每个细胞都应该能够独立生活；1902年，德国植物学家哈伯兰特细胞全能性的理论是植物组培的理论基础。1958年，一个振奋人心的消息从美国传向世界各地，美国植物学家斯蒂瓦特等人，用胡萝卜韧皮部的细胞进行培养，终于得到了完整植株，并且这一植株能够开花结果，证实了哈伯兰特在五十多年前关于细胞全能的预言。植物组培的简单过程如下：剪接植物器官或组织——经过脱分化（也叫去分化）形成愈伤组织——再经过再分化形成组织或器官——经过培养发育成一颗完整的植株。植物组培的大致过程是：在无菌条件下，将植物器官或组织（如芽、茎尖、根尖或花药）的一部分切下来，用纤维素酶与果胶酶处理用以去掉细胞壁，使之露出原生质体，然后放在适当的人工培养基上进行培养，这些器官或组织就会进行细胞分裂，形成新的组织。不过这种组织没有发生分化，只是一团薄壁细胞，叫做愈伤组织。在适合的光照、温度和一定的营养物质与激素等条件下，愈伤组织便开始分化，产生出植物的各种器官和组织，进而发育成一棵完整的植株1。

技术原理植物组织培养即植物无菌培养技术，又称离体培养，是根据植物细胞具有全能性的理论，利用植物体离体的器官(如根、茎、叶、茎尖、花、果实等）、组织（如形成层、表皮、皮层、髓部细胞、胚乳等）或细胞（如大孢子、小孢子、体细胞等）以及原生质体，在无菌和适宜的人工培养基及温度等人工条件下，能诱导出愈伤组织、不定芽、不定根，最后形成完整的植株的学科。

植物细胞的全能性组织培养是指植物的任何器官、组织或细胞，在人工预知的控制条件下，于含有营养物质和植物生长调节物质等组成的培养基中，使其生长、分化形成完整植株的过程。组织培养的理论依据是植物细胞具有全能性。即植物体任何一个细胞都携带着一套发育成完整植株的全部遗传信息，在离体培养情况下，这些信息可以表达，产生出完整植株。A循环表示生命周期，它包括孢子体和配子体的世代交替。B循环表示细胞的核质周期(细胞周期)，由于核质互作，DNA复制、转录RNA并翻译为蛋白质，使全能性形成和保持。C循环是组织培养周期，组织或细胞与供体失去联系，处于无菌条件下，靠人工的营养及激素进行异养状态的代谢。这时的分生组织可通过3个途径实现细胞的全能性：一是由分生组织直接分生芽而达到快速繁殖的目的；二是由分生组织形成愈伤组织，经过分化实现细胞的全能性；三是游离细胞或原生质体形成胚状体，由胚状体直接重建完整植株，或制成人工种子后再重建植株1。

培养分类1、胚胎培养

指以从胚珠中分离出来的成熟或未成熟胚为外植体的离体无菌培养。

2、器官培养

指以植物的根、茎、叶、花、果等器官为外植体的离体无菌培养，如根的根尖和切段，茎的茎尖、茎节和切段，叶的叶原基、叶片、叶柄、叶鞘和子叶，花器的花瓣、雄蕊（花药、花丝）、胚珠、子房、果实等的离体无菌培养。

3、组织培养

指以分离出植物各部位的组织（如分生组织、形成层、木质部、韧皮部、表皮、皮层、胚乳组织、薄壁组织、髓部等），或已诱导的愈伤组织为外植体的离体无菌培养。这是狭义的植物组织培养。

4、细胞培养

指以单个游离细胞（如用果酸酶从组织中分离的体细胞，或花粉细胞，卵细胞）为接种体的离体无菌培养。

5、原生质体培养。

指以除去细胞壁的原生质体为外植体的离体无菌培养。

组织培养培养方法1、非试管微组织快繁

非试管微组织快繁技术是将外植体（一般要求带一叶一芽）放置在室内外普通沙子培养基上进行培养，利用植物腋芽自然倍增达到快速繁殖的目的。一般植物7～15天可以生长出根系。此技术投资低，操作环节少。

2、试管组织培养

试管组织培养是将外植体（即离体组织、器官或细胞）放置在组培瓶等器皿中在无菌的条件下进行组织培养获得组培瓶苗。

培养步骤第一步，将采来的植物材料除去不用的部分，将需要的部分仔细洗干净，如用适当的刷子等刷洗。把材料切割成适当大小，即灭菌容器能放入为宜。置自来水龙头下流水冲洗几分钟至数小时，冲洗时间视材料清洁程度而宜。易漂浮或细小的材料，可装入纱布袋内冲洗。流水冲洗在污染严重时特别有用。洗时可加入洗衣粉清洗，然后再用自来水冲净洗衣粉水。洗衣粉可除去轻度附着在植物表面的污物，除去脂质性的物质，便于灭菌液的直接接触。当然，最理想的清洗物质是表面活性物质—吐温。

第二步是对材料的表面浸润灭菌。要在超净台或接种箱内完成，准备好消毒的烧杯、玻璃棒、70%酒精、消毒液、无菌水、手表等。用70%酒精浸10～30秒。由于酒精具有使植物材料表面被浸湿的作用，加之70%酒精穿透力强，也很易杀伤植物细胞，所以浸润时间不能过长。有一些特殊的材料，如果实、花蕾、包有苞片、苞叶等的孕穗，多层鳞片的休眠芽等等，以及主要取用内部的材料，则可只用70%酒精处理稍长的时间。处理完的材料在无菌条件下，待酒精蒸发后再剥除外层，取用内部材料。

第三步是用灭菌剂处理。表面灭菌剂的种类较多，可根据情况选取1～2种使用见表。第四步是用无菌水涮洗，涮洗要每次3min左右，视采用的消毒液种类，涮洗3～10次左右。无菌水涮洗作用是免除消毒剂杀伤植物细胞的副作用注意：①酒精渗透性强，幼嫩材料易在酒精中失绿，所以浸泡时间要短，防止酒精杀死植物细胞。②老熟材料，特别是种子等可以在酒精中浸泡时间长一些，如种子可以浸泡5分钟。③升汞的渗透力弱，一般浸泡10分钟左右，对植物材料的杀伤力不大。④漂白粉容易导致植物材料失绿，所以对于幼嫩材料要慎用。⑤在消毒液中加入浓度为0.08～0.12%的吐温20或80（一种湿润剂），可以降低植物材料表面的张力，达到更好的消毒效果2。

培养特点1、培养条件可以人为控制

组培采用的植物材料完全是在人为提供的培养基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

组培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20～30天为一个周期。所以，虽然组培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，极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3。

培养优点1、占用空间小，不受地区、季节限制；

2、培养脱毒作物；

3、培养周期短；

4、可用组培中的愈伤组织制取特殊的生化制品；

5、可短时间大量繁殖，用于拯救濒危植物；

6、可诱导之分化成需要的器官，如根和芽；

7、解决有些植物产种子少或无的难题；

8、不存在变异，可保持原母本的一切遗传特征；

9、投资少，经济效益高；

10、繁殖方式多，试用品种多。

培养材料采集要根据培养目的适当选取材料，选择原则：易于诱导、带菌少。要选取植物组织内部无菌的材料。这一方面要从健壮的植株上取材料，不要取有伤口的或有病虫的材料。另一方面要在晴天，最好是中午或下午取材料，决不要在雨天、阴天或露水未干时取材料。因为健壮的植株和晴天光合作用、呼吸作用旺盛的组织，有自身消毒作用，这种组织一般是无菌的。

培养材料的消毒：

从外界或室内选取的植物材料，都不同程度地带有各种微生物。这些污染源一旦带入培养基，便会造成培养基污染。因此，植物材料必须经严格的表面灭菌处理，再经无菌操作手续接到培养基上。

试剂

乙醇。

吲哚乙酸（ IAA） 或 2 ，4 – D （生长素类似物）。

氯化汞（升汞）或次氯酸钠。

6- 苄基氨基腺嘌呤（ 6-BA ）

MS 培养基

0.1 mol/L NaOH与 0.1 mol/L HCl

配制培养基

（1）愈伤组织诱导培养基： MS 培养基（蔗糖含量为 10 g/L ， 2，4 – D 含量为 2 mg/L ，琼脂10 g/L）。

（2）试验培养基：在 MS 培养基中加入 IAA 和 6–BA 。

吲哚乙酸（IAA)先用少量 0.1 mol/L NaOH 溶解， 6- 苄基氨基腺嘌呤先用少量 0.1 mol/L HCl 溶解，然后用蒸馏水稀释，再加入培养基中。

仪器设备

培养室，高压灭菌锅，水浴锅，解剖刀，三角烧瓶（100mL），烧杯，量筒，组培瓶，组培盖或封口膜，棉线，接种箱或超净工作台，分析天平，长镊子，枪状镊子，剪刀，容量瓶，移液管，牛皮纸。

培养基灭菌

将配好的培养基加入琼脂加热溶解，调至 pH 5.6～5.8，趁热分装于 100 mL组培瓶中，每瓶约 30 mL 。待培养基冷却凝固后，盖上组培盖，或盖上封口膜并用棉线扎牢，然后在高压灭菌锅中 121 ℃（ 1 kg/c㎡）下灭菌 20 min 。取出组培瓶放在台子上，冷却后备用。接种操作所需的一切用具（如长镊子、解剖刀、剪刀等）及灭菌水，需同时灭菌。

商业应用在商业领域的运用主要是在各大大型花卉生产基地或铁皮石斛、铁线莲等药材的生产。

本词条内容贡献者为:

成玉林 - 副教授 - 重庆大学