植物组织培养技术在我国生产实践中的应用也非常广泛,尤其对于难以用种子繁殖及无性繁殖系数较低的名优花卉、珍稀树木、优良新品种等,组织培养技术进行的快速繁殖充分体现了其优越性;对于感染病毒的移栽植物、茎尖组织培养脱毒技术能够恢复其品种的优良特性,给生产带来了可观的经济效益[3]。
1.1 植物组织培养简介
1.1.1 植物组织培养的概念
植物组织培养的理论依据是植物细胞的“全能性”和植物的“再生作用”。在多细胞生物中,每个体细胞的细胞核都具有个体发育的全部基因,所以只要条件许可,都可以发育成完整的个体,即细胞经分裂和分化后仍具有形成完整有机体的潜能或特性,这被称为细胞全能性[4] ;植物体因受伤或生理上分离而失掉组织或器官后,能恢复或复制失去部分的现象,被称为植物的“再生作用”[5]。
狭义的植物组织培养是指:将取自优良植物体的茎尖、腋芽、叶片、花托、鳞片、球茎等器官以及它们的组织切片,在无菌条件下进行离体培养,使之在短时间内产生大量遗传性状一致的植物个体的方法[6][7]。
1.1.2 植物组织培养的历史
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,如果给细胞提供与生物体内一样的条件,每个细胞都应该能够独立生活[8]。1902年,德国植物学家哈伯兰特提出的细胞全能性理论成为了植物组织培养的理论基础,即高等植物的器官和组织可以不断分割,直至单个细胞,这种单个细胞是具有潜在的全能性功能单位,即植物细胞具有全能性。为了证实这一理论,他做了一系列实验,并于1902年发表了植物组织培养的第一篇论文。可是在他的培养中并没有观察到细胞的分裂,其主要原因在于当时人们并不了解植物细胞培养所需的基本条件。然而他的研究具有十分重要的意义,他的工作为人类开辟了一个崭新的植物组织培养的研究领域[9]。1926年,植物生理学家F.W.Went首先发现了可以促进子叶鞘生长的物质。1930年证实了这种物质是生长素——吲哚乙酸(IAA)。随后数十年,吲哚乙酸(IAA)、吡哆醇(VB6)、硫胺素(VB1)和烟酸(VB5)等相继被发现证明在植物的离体培养中占有十分重要的作用[10]。1958年,美国植物学家F.C.Steward等人,培养胡萝韧皮部的细胞,得到了完整植株,并且随后证实这一植株能够开花结实,至此,植物组织培养取得了突破性进展[11]。历史的车轮在缓缓转过五十多年后,哈伯兰特关于细胞全能性的理论终于得到了证实[12]。
1.1.3 植物组织培养的优点
(1)组织培养条件可以人为控制;
(2)植物的生长周期短、繁殖率高;
(4)可用于名贵花卉、稀有药材等植物的快繁和市场化。
1.1.4 植物组织培养的途径
利用组织培养进行植物的无性繁殖大体可分为以下的五种途径[13]:
(1)器官型
由离体的茎尖、花芽、花丝、花托、鳞片等组织,直接诱导培养产生小植株。往往在形成小芽的同时或之前也形成少量的愈伤组织。
(2)器官发生型论文网
由外植体(茎、叶等)先诱导生成愈伤组织,再从愈伤组织中诱导分化出不定芽和不定根,最终形成再生植株。外植体在培养基上逐渐生长,形成愈伤组织,然后将其移入分化培养基,愈伤组织会由疏松变成硬结,最终分化出不定芽和不定根。
(3)胚胎发生型