植物组织培养及其在园艺上的应用_赵一鹏.pdf

第 30卷 V o l 3 0 第 3 期 N o 3 河 南 职 业 技 术 师 范 学 院 学 报 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 植物组织培养及其在园艺上的应用 赵一鹏 宋建伟 周 岩 赵兰枝 河南职技师院 河南 新乡 4 5 3 0 0 3 摘要 综述了植物组织培养技术的发展历史过程 概述了植物组织培养的特点和优势 详述了组织培养技术在园艺 生产上的应用及巨大的潜在作用 指明了组织培养技术的发展趋势和前景 关键词 植物 组织培养 园艺 中图分类号 Q 8 1 3 1 2 文献标识码 A 文章编号 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 植物组织培养起源于 1 9 0 4 年 从植物学家 H an in gn 利用未发育成熟的十字花科植物的种胚 在实验室 诱导产生新的植株开始 到 1 9 20 年 兰花种子在实验室诱导萌发成功 开始了植物组织培养技术在园艺上的 应用 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 不同的组织培养方法相继出现 如兰花种胚培养 愈伤组 织培养 器官培养等 从 1 9 3 4 年W hi t e 在液体培养基中培育出西红柿根苗 到 1 9 3 9 年 G a ut h e er t 在培养基 中诱导出胡萝卜愈伤组织 植物组织培养技术在园艺上应用不断发展 特别是培养基功能的进一步完善和无 菌技术设备的发展 加快了园艺植物组织培养的商业化进程 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 各种各样的植物离体培养技术 包括愈伤组织培养 器官培养 种胚培养 花粉培养等统称为植物组织培养 P ie r ik 198 7 1 9 6 年以后 植物组织培养技术作为园艺植物繁育的一种新方法 在世界上广泛应用 与传统的植物繁育方法如播种 扦插等相比 植物组织培养有以下几个特点 被培养物体形微小 即具有 相对很小的表面积 如植物茎尖分生组织仅 0 01 一0 05 m m 这样可以节省繁殖材料 特别是在母本材料有 限情况下 如一个优良单株 这种方法可以有效的提高繁殖系数 被培养物的生长环境处于其生长发育所需 的最佳状态 如矿质营养成份 植物激素水平 温度 光照等都可人为调控到最佳状态 为植物的生长发育提 供了有利条件 被培养物可以避开微生物病源的侵染和昆虫危害 有利于新生植株的健康生长 被培养物的 正常发育过程可以人为诱导产生 正常繁殖条件不能发生的变异 这些变异可为新品种的选育提供方便 特别 是观赏植物育种 1 植物组织培养技术在园艺上的应用 植物组织培养条件下 许多植物组织和器官可被诱导产生愈伤组织 即使那些正常条件下不易产生愈伤 收稿日期 2 0 0 1一 2 0一 2 5 作者简介 赵一鹏 1 96 2 男 河南温县人 博士 副教授 第 3期 赵一鹏等 植物组织培养及其在园艺上的应用 组织的植物 也可以通过组织培养诱导产生愈伤组织 愈伤组织的最重要特征是具有再生性 即具有分化新的 根 茎 并由此发育成新的植株的全能性 D do ds 等 1 9 9 5 植物愈伤组织的再生特性为园艺生产和新品种 改良提供了捷径 植物组织培养技术在园艺上的应用主要有几个方面 1 1 快速无性繁殖和工厂化育苗 植物组织培养技术作为一种植物 克隆 方法已在园艺上广泛应用 特别是在花卉和观赏植物上应用更 广 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 是利用植物茎尖或茎尖分生组织为繁殖材料 在组织培 养条件下大量繁殖的过程 植物微繁殖是利用植物激素诱导茎尖或茎尖分生组织产生芽原基 并由此发育成 丛状芽茎 这些丛状幼茎被分离栽到新的培养基上再进行诱导 如此诱导 分离 转栽 再诱导 再分离 再转栽的循环下去 极大地提高了育苗速度和繁殖率 一般情况下 用微繁殖方法在一年内可使 一个茎尖分生组织增殖几万至几百万倍 植物的微繁殖可使有限的优良单株 克隆 出成千上万株后代 这一方法不受天气 土壤等外界条件的影 响和季节的限制 在室内可周年进行 据统计 全世界每年约有 5亿株观赏植物来自于微繁殖 T e vo r 19 9 7 许多园艺植物可以利用微繁殖进行工厂化育苗 如观赏植物中的兰花 玫瑰 郁金香等 蔬菜中的西瓜 黄瓜 西红柿 土豆 大黄等 果树中的苹果 草墓 香蕉 菠萝等 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 在木本果树中 微繁殖主要用于砧木的培育 如苹果砧木 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 植物病毒脱毒 在园艺生产中 由微生物引起的植物病害常给园艺作物生产带来巨大损失 植物病毒直接危害植物的生 长发育 而又难以防治 全世界范围内 仅草墓类植物就有 60 多病毒和病源微生物的危害 利用组织培养技 术进行病株脱毒和无毒苗繁育 可以避免或减少病源的蔓延和危害 B ox us 1 9 7 6 在园艺生产过程中 植物 病源常通过种子和其它繁殖材料传播 利用无病毒浸染的植物茎尖进行微繁殖 可使植物脱毒 iP e r ik 19 8 7 1 3 植物新品种诱导和选育 植物组织培养技术为园艺植物的品种改良和新品种选育提供了新的途径 在特定条件下 植物组织培养 过程可以增加植物的突变机率 从而诱导产生新的品种 lB i s s 19 3 荷兰的郁金香生产正是利用植物组织 培养技术不断开发新的品种或品系 使荷兰的郁金香生产一直处于国际领先地位 在荷兰最大的花卉公司 S B W 花卉种苗公司 每年都有 1 2 0 多种新的园艺植物品种问世 A r s n s t or n g 20 利用植物组织培养技术进行玫瑰商业化育种已成为玫瑰新品种培育的主要途径 R o ut 等 1 9 9 9 利用植物组织培养过程易产生体细胞变异这一特性 不仅可以诱导新的变异 缩短品种改良周期 而且 还可以进行抗性育种 如抗盐 抗干旱的西红柿品种 S a l a 等 1 9 90 植物组织培养育种已成为园艺植物新品 种开发的一个重要途径 世界范围内已用这一技术培育出了香蕉 草蓦 芹菜 玫瑰 桃等抗病良种 R o b e r t 等 1 9 9 3 1 4 植物种质资源的保存 传统的植物种质资源保存是以建立果园 苗圃 标本园等方式为主 这些种质资源保存方式不仅占用空 间大之投入量大 成本高 而且易受外界环境条件的影响和病虫危害 被保存的种源也会受环境条件的影响而 降低种源质量 而现代生物技术 组织培养 细胞培养等则可在有限的空间里和简单的维护条件下 使植 物的种质资源长久保存 这种技术已在苹果 梨 酸梅等果树种质资源保存上应用 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 兰花是世界花卉生产的重要种类 但由于其种粒小 种胚发育不全 发芽率低等因素 给兰花的种子繁殖 带来了困难 许多温带野生兰花种类也因其种子繁殖能力弱 幼苗成活率低而濒临灭绝 野生兰花植物不仅 是兰花基因库的重要组成部分 而且也是兰花新品种培育的重要原始材料 目前 园艺科学家已成功地利用植 物组织培养技术极大地提高了兰花种子的萌发率和成活率 这为兰花野生种源的保存开辟了新途径 S ez n d a r k 2 0 0 0 河南职业技术师范学院学报 2 0 0 2年32 2 植物组织培养技术的发展趋势 植物组织培养技术作为现代生物技术的一个重要组成部分 已由实验室走向商业化生产 为人类创造着 巨大财富 随着科学技术的进步 特别是生命科学的发展 植物组织培养将朝着以下方向发展 2 1 植物组织培养所需的仪器设备的自动化 成套化 精密化 将极大地方便人们的操作和使用 提高生产 效率 例如 自动定时 控温 控压的高压灭菌锅的问世 有效地简化了组织培养过程中的灭菌程序 2 2 培养基的成品化 专用化 系列化 这将有利于植物组织培养技术的推广和商业化开发 多种多样 拿来 即用 的成品培养基极大地简化了过去那种称量配制过程 人们根据不同的培养方法和植物特性来选择不同 的成品培养基 2 3 植物组织培养简单化 普及化 工厂化 植物组织培养的操作过程简化 将有利于其普及应用和工厂化 生产 生物反应器 iB or ea c t or 技术的发展将会加快植物组织培养技术的商业化进程 可以预测 未来的植物 组织培养技术的科技含量将会进一步的提高 在园艺作物生产中发挥更大的作用 参考文献 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