植物組織培養(yǎng)及其在園藝上的應用_趙一鵬.pdf

第 30卷 V o l 3 0 第 3 期 N o 3 河 南 職 業(yè) 技 術 師 范 學 院 學 報 Jo u r n a l o f H e n a n V o e a t io n 一T e e h n ie a l T e a e h e r s C o ll e g e 2 0 0 2 年 9 月 S e P 2 0 0 2 植物組織培養(yǎng)及其在園藝上的應用 趙一鵬 宋建偉 周 巖 趙蘭枝 河南職技師院 河南 新鄉(xiāng) 4 5 3 0 0 3 摘要 綜述了植物組織培養(yǎng)技術的發(fā)展歷史過程 概述了植物組織培養(yǎng)的特點和優(yōu)勢 詳述了組織培養(yǎng)技術在園藝 生產上的應用及巨大的潛在作用 指明了組織培養(yǎng)技術的發(fā)展趨勢和前景 關鍵詞 植物 組織培養(yǎng) 園藝 中圖分類號 Q 8 1 3 1 2 文獻標識碼 A 文章編號 10 0 3一 4 8 2 X 2 0 0 2 0 3一0 0 3 0一 0 3 T h e D e v e l o P m e n t o f P l a n t T i s s u e C u l t u r e I t s A P P o i e a t i o n i n H o r t i e u l t u r e Z H A O Y i一 P e n g e t a l H e n a n V o e a t i o n 一T e e h n ie a l T e a e h e r s C o ll e g e X i n x i a n g H e n a n 4 5 3 0 0 3 C h i n a A b s t r a e t B a s e d o n t h e n e w ly 一p u bl is h e d d a t a a n d w o r ld一w id e in fo r m a t io n o n p l a n t t is s u e e u lt u r e t h is a r t ie l e f i r s t ly p r e s e n t s a b r o a d r e v ie w o f t h e h is t o r y a n d d e v e l o p m e n t o f t is s u e e u l t u r e t e e h n o lo g y i n h o r t ie u lt u r e t h e n e v a lu a t e s t h e e h a r a e t e r is t ie s a n d a d v a n t a g e s o f p la n t t is s u e a n d it s a p p lie a t io n i n h o r t ie u l t u r a l p r o d u e t io n a n d f in a l ly P o i n t s o u t t h e d e v e lo p m e n t t r e n d a n d p r o s P e e t s o f p la n t t is s u e e u lt u r e i n h o r t i e u l t u r e K e y w o r d s p la n t t i s s u e e u l t u r e h o r t ie u l t u r e d e v e lo p m e n t t r e n d 植物組織培養(yǎng)起源于 1 9 0 4 年 從植物學家 H an in gn 利用未發(fā)育成熟的十字花科植物的種胚 在實驗室 誘導產生新的植株開始 到 1 9 20 年 蘭花種子在實驗室誘導萌發(fā)成功 開始了植物組織培養(yǎng)技術在園藝上的 應用 P i e r i k 1 9 8 7 R o u t 等 1 9 9 9 2 9 2 0 年以后 不同的組織培養(yǎng)方法相繼出現(xiàn) 如蘭花種胚培養(yǎng) 愈傷組 織培養(yǎng) 器官培養(yǎng)等 從 1 9 3 4 年W hi t e 在液體培養(yǎng)基中培育出西紅柿根苗 到 1 9 3 9 年 G a ut h e er t 在培養(yǎng)基 中誘導出胡蘿卜愈傷組織 植物組織培養(yǎng)技術在園藝上應用不斷發(fā)展 特別是培養(yǎng)基功能的進一步完善和無 菌技術設備的發(fā)展 加快了園藝植物組織培養(yǎng)的商業(yè)化進程 A l t m a n 1 9 9 7 p e n n e ll 1 9 5 7 1 9 4 5 年以后 各種各樣的植物離體培養(yǎng)技術 包括愈傷組織培養(yǎng) 器官培養(yǎng) 種胚培養(yǎng) 花粉培養(yǎng)等統(tǒng)稱為植物組織培養(yǎng) P ie r ik 198 7 1 9 6 年以后 植物組織培養(yǎng)技術作為園藝植物繁育的一種新方法 在世界上廣泛應用 與傳統(tǒng)的植物繁育方法如播種 扦插等相比 植物組織培養(yǎng)有以下幾個特點 被培養(yǎng)物體形微小 即具有 相對很小的表面積 如植物莖尖分生組織僅 0 01 一0 05 m m 這樣可以節(jié)省繁殖材料 特別是在母本材料有 限情況下 如一個優(yōu)良單株 這種方法可以有效的提高繁殖系數(shù) 被培養(yǎng)物的生長環(huán)境處于其生長發(fā)育所需 的最佳狀態(tài) 如礦質營養(yǎng)成份 植物激素水平 溫度 光照等都可人為調控到最佳狀態(tài) 為植物的生長發(fā)育提 供了有利條件 被培養(yǎng)物可以避開微生物病源的侵染和昆蟲危害 有利于新生植株的健康生長 被培養(yǎng)物的 正常發(fā)育過程可以人為誘導產生 正常繁殖條件不能發(fā)生的變異 這些變異可為新品種的選育提供方便 特別 是觀賞植物育種 1 植物組織培養(yǎng)技術在園藝上的應用 植物組織培養(yǎng)條件下 許多植物組織和器官可被誘導產生愈傷組織 即使那些正常條件下不易產生愈傷 收稿日期 2 0 0 1一 2 0一 2 5 作者簡介 趙一鵬 1 96 2 男 河南溫縣人 博士 副教授 第 3期 趙一鵬等 植物組織培養(yǎng)及其在園藝上的應用 組織的植物 也可以通過組織培養(yǎng)誘導產生愈傷組織 愈傷組織的最重要特征是具有再生性 即具有分化新的 根 莖 并由此發(fā)育成新的植株的全能性 D do ds 等 1 9 9 5 植物愈傷組織的再生特性為園藝生產和新品種 改良提供了捷徑 植物組織培養(yǎng)技術在園藝上的應用主要有幾個方面 1 1 快速無性繁殖和工廠化育苗 植物組織培養(yǎng)技術作為一種植物 克隆 方法已在園藝上廣泛應用 特別是在花卉和觀賞植物上應用更 廣 T er v or 1 9 9 7 植物微繁殖 M i c r oP r叩a ga it o n 是利用植物莖尖或莖尖分生組織為繁殖材料 在組織培 養(yǎng)條件下大量繁殖的過程 植物微繁殖是利用植物激素誘導莖尖或莖尖分生組織產生芽原基 并由此發(fā)育成 叢狀芽莖 這些叢狀幼莖被分離栽到新的培養(yǎng)基上再進行誘導 如此誘導 分離 轉栽 再誘導 再分離 再轉栽的循環(huán)下去 極大地提高了育苗速度和繁殖率 一般情況下 用微繁殖方法在一年內可使 一個莖尖分生組織增殖幾萬至幾百萬倍 植物的微繁殖可使有限的優(yōu)良單株 克隆 出成千上萬株后代 這一方法不受天氣 土壤等外界條件的影 響和季節(jié)的限制 在室內可周年進行 據(jù)統(tǒng)計 全世界每年約有 5億株觀賞植物來自于微繁殖 T e vo r 19 9 7 許多園藝植物可以利用微繁殖進行工廠化育苗 如觀賞植物中的蘭花 玫瑰 郁金香等 蔬菜中的西瓜 黃瓜 西紅柿 土豆 大黃等 果樹中的蘋果 草墓 香蕉 菠蘿等 T h o m a s 等 2 0 0 0 Z i m m e r a n 等 1 9 9 4 B o l a r 等 1 9 8 3 W a l k e y 等 1 9 7 9 A l d e r s o n 等 1 9 8 3 在木本果樹中 微繁殖主要用于砧木的培育 如蘋果砧木 E M I J A 2 5 已可以大量微繁殖 C h e e m a 等 1 9 8 3 L Z 植物病毒脫毒 在園藝生產中 由微生物引起的植物病害常給園藝作物生產帶來巨大損失 植物病毒直接危害植物的生 長發(fā)育 而又難以防治 全世界范圍內 僅草墓類植物就有 60 多病毒和病源微生物的危害 利用組織培養(yǎng)技 術進行病株脫毒和無毒苗繁育 可以避免或減少病源的蔓延和危害 B ox us 1 9 7 6 在園藝生產過程中 植物 病源常通過種子和其它繁殖材料傳播 利用無病毒浸染的植物莖尖進行微繁殖 可使植物脫毒 iP e r ik 19 8 7 1 3 植物新品種誘導和選育 植物組織培養(yǎng)技術為園藝植物的品種改良和新品種選育提供了新的途徑 在特定條件下 植物組織培養(yǎng) 過程可以增加植物的突變機率 從而誘導產生新的品種 lB i s s 19 3 荷蘭的郁金香生產正是利用植物組織 培養(yǎng)技術不斷開發(fā)新的品種或品系 使荷蘭的郁金香生產一直處于國際領先地位 在荷蘭最大的花卉公司 S B W 花卉種苗公司 每年都有 1 2 0 多種新的園藝植物品種問世 A r s n s t or n g 20 利用植物組織培養(yǎng)技術進行玫瑰商業(yè)化育種已成為玫瑰新品種培育的主要途徑 R o ut 等 1 9 9 9 利用植物組織培養(yǎng)過程易產生體細胞變異這一特性 不僅可以誘導新的變異 縮短品種改良周期 而且 還可以進行抗性育種 如抗鹽 抗干旱的西紅柿品種 S a l a 等 1 9 90 植物組織培養(yǎng)育種已成為園藝植物新品 種開發(fā)的一個重要途徑 世界范圍內已用這一技術培育出了香蕉 草驀 芹菜 玫瑰 桃等抗病良種 R o b e r t 等 1 9 9 3 1 4 植物種質資源的保存 傳統(tǒng)的植物種質資源保存是以建立果園 苗圃 標本園等方式為主 這些種質資源保存方式不僅占用空 間大之投入量大 成本高 而且易受外界環(huán)境條件的影響和病蟲危害 被保存的種源也會受環(huán)境條件的影響而 降低種源質量 而現(xiàn)代生物技術 組織培養(yǎng) 細胞培養(yǎng)等則可在有限的空間里和簡單的維護條件下 使植 物的種質資源長久保存 這種技術已在蘋果 梨 酸梅等果樹種質資源保存上應用 S ak a l 等 1 9 7 8 C ha m n u n t a p i p a t 等 2 0 0 0 蘭花是世界花卉生產的重要種類 但由于其種粒小 種胚發(fā)育不全 發(fā)芽率低等因素 給蘭花的種子繁殖 帶來了困難 許多溫帶野生蘭花種類也因其種子繁殖能力弱 幼苗成活率低而瀕臨滅絕 野生蘭花植物不僅 是蘭花基因庫的重要組成部分 而且也是蘭花新品種培育的重要原始材料 目前 園藝科學家已成功地利用植 物組織培養(yǎng)技術極大地提高了蘭花種子的萌發(fā)率和成活率 這為蘭花野生種源的保存開辟了新途徑 S ez n d a r k 2 0 0 0 河南職業(yè)技術師范學院學報 2 0 0 2年32 2 植物組織培養(yǎng)技術的發(fā)展趨勢 植物組織培養(yǎng)技術作為現(xiàn)代生物技術的一個重要組成部分 已由實驗室走向商業(yè)化生產 為人類創(chuàng)造著 巨大財富 隨著科學技術的進步 特別是生命科學的發(fā)展 植物組織培養(yǎng)將朝著以下方向發(fā)展 2 1 植物組織培養(yǎng)所需的儀器設備的自動化 成套化 精密化 將極大地方便人們的操作和使用 提高生產 效率 例如 自動定時 控溫 控壓的高壓滅菌鍋的問世 有效地簡化了組織培養(yǎng)過程中的滅菌程序 2 2 培養(yǎng)基的成品化 專用化 系列化 這將有利于植物組織培養(yǎng)技術的推廣和商業(yè)化開發(fā) 多種多樣 拿來 即用 的成品培養(yǎng)基極大地簡化了過去那種稱量配制過程 人們根據(jù)不同的培養(yǎng)方法和植物特性來選擇不同 的成品培養(yǎng)基 2 3 植物組織培養(yǎng)簡單化 普及化 工廠化 植物組織培養(yǎng)的操作過程簡化 將有利于其普及應用和工廠化 生產 生物反應器 iB or ea c t or 技術的發(fā)展將會加快植物組織培養(yǎng)技術的商業(yè)化進程 可以預測 未來的植物 組織培養(yǎng)技術的科技含量將會進一步的提高 在園藝作物生產中發(fā)揮更大的作用 參考文獻 l T h o m a s P M y t h ili J s h iv a s h a n k r a K E x p la n t m e d iu m a n d v e s s e d a e r a t io n a f fe e t t h e i n e id e n e e o f h y p e r h y d r ie it y a n d r e e o v e r y o f n o r m a l p l a n t le t s i n t r o p ie a l w a t e r m e lo n J J o u r m a l o f H o r t ie u l t u r a l S e ie n e e a n d B io t e e h n o l o g y 2 0 0 0 7 5 l 1 9一 2 5 仁2 S a k a l A N is h iy a m a Y C r y p r e s e r v a t io n o f w in t e r v e g e t a b l e b u ds o f h a r d y fr u it t r e e s i n I sp u id n i t r o g e n J H o r t s e i e n e e 1 9 9 8 1 3 2 2 5一 2 2 7 3 C h a n n u n t a p ip a t C C o ll in s G C r y o p r e s e r v a毛io n o f in v it r o a m o n d s h o o t t i p s b y v i t r i f ie a t io n J Jo u r n a l o f H o r t i e u l t u r a l cs ie n e s a n d B i o t e e h n o lo g y 2 0 0 0 7 5 2 2 2 8一2 3 2 4 j R o b e r t M S o m a e lo n a l v a r ia t io n h a s it p r o v e d u s e f u l fo r p la n t i m p r o v e m e n t J A e t a oH r t ie u l t u r a e 2 9 9 3 3 3 6 3 3 3一 3 4 0 5 C h e e m a G s h a r nt a D I n v e t r o p r o p a g a t io n o f a p p le r o o t s t o e k一 E M L A 2 5 J A e t a H o r t ie u l t u r a e 1 9 9 8 1 3 1 7 5 8 8 6 S z e n d a r k E R e a d E I n v e t r o p r o P a g a t io n a n d a n a t o m ie a l s t u d ie s o f t e m p e r a t i o r e h id s s p e e ie s J A e t a H o r t i e u l t u r a e 2 0 0 0 5 2 0 7 5一 8 2 仁7 S a la F B a r a t t a G S o m a e l o n a l v a r i a t io n a n d e h e m ie a l i n d u e e d m u t a g e n e s is f o r t h e p r o d u e t io n o f s a l t a n d d r o u g h t t o le r a n e e in t e m a t o J A e t a H o r t ie u l t u r a e 1 9 9 0 2 8 0 2 5 3一 3 6 0 8 B l is s F B io t e e h o lo g y a n d p la n t B r e e d i n g J A e t a oH r t i c u t u r a e 1 9 9 5 3 3 6 2 3一 5 1 9 H o w a r d B H M i e r o p r o p a g a t玉o n i n h o r t i e u l t u r e p e r s p e e t i v e p r o e e e d in g s o f t h e I n s t i t u t e o f H o r t ie a lt u r e S y m p o s i u m M e l n i v e r s i t y o f N o n t in g h a m 1 9 8 7 1一 3 1 仁1 0 A l t m a n A oH r t ie a lt u r a l B io t e e h n o lo g y a h is t o r ie a l p e r s p e e t iv e a n d f u t u r e p r o s p e e t s J A e t a H o r f 1 9 9 7 4 4 7 3 1一 3 5 x l T r ve o r T e t d A p p l ie a t io n o f t is s u e e u lt u er t o h o r t ie a lf u r e J A e t a H o r t 1 9 9 7 4 4 7 5 9一4 9 1 2 oB x u s P R a p id p r o d u e t i o n o f v ir u s 一fr e e t r a w b e r m y b y in v e t r o c u lt u r e J A e t a H o r t 1 9 7 6 6 6 5 5一 3 8 1 3 2 im m e r a n R H I n v e t r o u lt u r e o f t e m p e r a t e f r u i t s P la n t e e l l a n d T is s u r e M K l u w e r A e a d P u b lo oD r d r e e h t 1 9 9 4 4 5 7一4 7 4 1 4 A ld e r s o n p G R ie e R D T o w a r d s t h e p r o p a g a t io n o f t u li p i n v it r o J A亡t a H o r t i e a lt u r a e 1 9 8 3 1 3 1 3 9一 4 9 一5 P ie r k R L M I n v it r o e a l t u r e o f H ig h e r p la n t s J M a r t i n u s N i s h o f f P u bl ie a t io n oD r d r e e h t 一9 5 7 1 6 T o r r e s C K T is s u e e u lt u r e T e e h n i g u e s f o r H o r t ie u lt u r a l C r o p s P u b li s h e d b y v a n N o s t r a n d R e in h o ld M N e w y o r k 1 9 8 9