植物组织培养的历史

植物组织培养的研究始于廿世纪初，尽管历史不长，但八十年来的发展很快，至今在农业、园林方面都已成为占有重要地位的技术。

本世纪初，1902年哈伯 · 兰特（Haber Landt）开始研究植物细胞离体培养问题。1934年怀特（White）在三角瓶中对番茄根进行继代培养取得成功，1936年又正式提出将“植物体的一部分从母体分离，在适当的离体条件下进行无菌培养的技术”作为植物组织培养技术的定义，对组织培养技术的建立和发展立下了重大功绩。1946年波尔（Ball）进行了羽扇豆生长点的培养，使植物体再生。接着在1952年摩赖尔（Morce）等对有花叶病毒的大丽花进行茎尖生长点培养，育成了去病毒植物，证实了茎尖生长点培养方法的可行性。

另外，在植物病理学方面与培养去病毒植物同步进行的还有利用组织培养法进行营养繁殖的研究。六十年代摩赖尔等又以兰科植物作为起始材料找到了在试管内进行营养繁殖的可能性，法国马上推广应用，成功地繁殖了大量洋兰，并将育成的整齐均一的幼苗，作为离体组织无性繁殖的优质材料廉价出售，成为世界上花卉生产工业化的先行。

还有一个植物组织培养工业化的先行者，就是美国加利福尼亜大学的姆拉西格（T. Murashige）。他在1962年和斯柯格（F. Skoog）共同提出了繁殖率很高的培养基成分配方，这个MS培养基，作为各种植物组织培养用的基本培养基，目前还在广泛应用。另外，他还建立了大丁草的无性大量快速繁殖法，并在完成兰以外的蕨类、百合、凤梨等许多观叶植物、经济植物的繁殖体系的同时，利用试管培养柑桔实现无病毒化，大大推动了用组织培养方法进行种苗工业化生产的工作。特别值得提出的是1970年以后许多科技人员不仅对观赏花卉而且对药用植物、蔬菜、果树、林木等也提出了许多研究结果，从而加速了组织培养技术的进展。

在日本，组织培养法的应用，1966年自长特莱兰、洋兰始，1969年种苗大量上市。而菊、康乃馨、草莓等无病毒苗在1975年以后，也陆续上市。

随着生物学时代的到来，以培育新种为目的，利用花药培养、胚培养、胚珠培养、愈伤组织培养等方法产生突变体，并运用细胞触合技术，基因重组技术等新的手段，加速了常规的杂交育种的步伐，前途极为广阔。

植物组织培养的目的

1. 无病无菌植物的培养。

危及植物生命的病害，有病毒性病和细菌性病。这些病菌侵入到营养繁殖性的植物体内，其后代也将继续保持完全相同的病原体。随着染病度的提高，植物品质低劣，产量下降，经济价值很低，最终有被淘汰的危险。同时，即使能找到彻底消灭种子病源的途径和方法，但由于各个种子遗传基因的不均一性，要想维持同品质、同性状的后代，也是相当困难的。

为保持植物体原有的优良品质和经济价值，达到无病源菌化，其前提就是使无病无菌植物体再生。最有效的方法就是使用植物组织培养法之一的茎尖生长点培养法。这种培养技术最先应用于花卉。宿根性花卉有康乃馨、菊、大丁草、丝石竹、补血草；球根性花卉有百合、小苍兰、唐菖蒲、鸢尾、柱顶红；还有花木类的蔷薇、杜鹃花等都已广泛应用。

作为无病无菌植物体再生的手段，主要有两方面：

（1）培养茎尖生长点，获得一顶一芽一株植物体；（2）由茎尖长成愈伤组织再分化形成大量植物体。

由于后者有出现植物体变异的可能性，不应考虑克隆。

茎尖生长点就是芽顶端直径为0.5 ~ 0.1毫米的半球形组织。在这部分，病原体（病毒、病菌）含有的浓度比其他任何部位都低。怀特（1943）、赫尔梅斯（1948）等先后对感染烟草花叶病毒的植物体进行研究，发现病原体分布密度不均匀，他们认为植物体的某个局部可视为无病毒组织，特别是在茎类生长点的部位，大部分是病毒含量较低或完全无病毒。此外，摩赖尔等的试验表明，在完全无菌条件下取出的生长点，栽植在特殊的培养基上进行培养时，植物体有再生能力即所谓“全能性”。1964年赫林斯（Hollings）发现茎尖生长点部分具有纯化病毒的作用，分离后其纯化作用尤甚，可阻碍病毒的自身繁殖，并证明了生长点培养不仅可使花卉无病毒而且可使其无病菌，作为无病无菌植物体再生，而且再生了的植物体还能继续维持与母株相同的遗传胜质，这就是所谓克隆植物体。

无病毒植物体和无病无菌植物体再生的优点在于可以避免因病害造成的生产量和品质的损失，提高经济效益，具体表现在：

（1）花卉色泽鲜艳；（2）每一花茎的着花数增加；（3）植株生长的速度和能力增加；（4）栽培管理的劳动量减少；（6）单位面积产量增加等等。

这些优点在受到病害的植物体是不存在的，因此很有价值。

2. 大量快速繁殖。

植物组织培养的目的之二就是在试管或三角瓶内进行大量快速无性繁殖。从前，植物繁殖的方法通常是在种子植物（一年生草本）使用种子繁殖（有性繁殖法）。在观叶植物盃芋、安祖花、蕨类植物等使用分株繁殖，在花木植物洋杜鹃、南天竹、蔷薇等使用扦插或嫁接法等营养繁殖法（无性繁殖法）。进行种子繁殖时，除了种子植物（子一代杂种）和稳定性极强的植物种子外，其他植物子孙后代品质极不均一，用常规的繁殖法不可能得到均一的繁殖体，耗时甚多而获得株极有限。因此，为了在一定时间内取得相当数量的保持着母株优良特性的植物体，使用离体培养方法进行无性大量快速繁殖是有效的手段。具体方法有四种：（1）利用植物腋芽或顶芽培养分化出植物体；（2）用芽以外的茎、叶、球根、花器等培养形成愈伤组织后，再重新分化出植物体（此法由于植物种类、组织部位、培养条件的不同，再分化时可能产生突变体）；（3）培养植物体细胞形成愈伤组织再形成不定胚，再分化出植物体；（4）培养出无病无菌植物体再进行培养以大量繁殖。

培养方法可以有琼脂（固体）培养、液体振荡培养、液体回旋培养和槽式培养等，需根据不同植物分别采取最有效的方法。

以短期内能大量繁殖的大丁草为例，最初培养的一个生长点一年后可获得一千多万克隆植株，这与分株繁殖法一年内仅获10 ~ 15株，简直无法相比。

以上1和2根据各自不同的要求，采用的技术措施也不同。目的1所利用的植物体组织部位只限于较小范围，培养时需对培养基成分作出微妙的调整。目的2则对各种植物体的组织部位都适用，比前者适用范围大，而且成活率和再生能力都高，其培养基成分和培养方法差异很大。

此外，在目的2中，为保存稀有植物可将不同遗传性状的植物保存贮藏在试管中作成基因库，以便再生利用。

3. 利用组织培养进行育种。

到目前为止，植物组织培养尚主要用来培养无病无菌苗和大量快速繁殖。但近年来，研究工作有了新的发展，利用细胞融合法、基因重组法、花粉培养、花药培养、胚培养、子房培养、细胞培养、愈伤组织培养及花卉试管内受精法等选出突变组织进行育种的工作，已逐步为人们所注目，这就是组织培养的第三个目的。

对医药产品和化学品生产来说，应用生物学手段开创新的实用的生产途径已逐步成为现实，而在农业方面在不久的将来也可望如此。

巧妙运用上述各种培养方法育种，可以得到一般的杂交育种法得不到的不亲和性植物和种间或属间杂种植物。应用花药培养、胚培养方法培育出全新的植物体，一般说来都能育，可作为繁殖种子的材料。这种方法可以：

（1）缩短为得到新品种所需的育种年限；（2）大量克隆增殖作为生产种子和种性稳定的种子的亲本植物，能大大提高种子采收效率。

虽然部分应用胚培养、细胞融合法产生的杂种植物不育，不可能生产种子，但同样能够将克隆得到的植物体产生苗、球根等作为商品。

要使上述技术实用化，还有许多特解决的问题。目前，已用细胞融合法生产新植物体的有茄科的番茄和马铃薯的融合体植物“薯茄”和烟草类与芹科植物。最近又对芸香科柑桔的培养作了尝试。

利用花药培养得到单倍体植物，多见于禾本科、豆科的牧草类。使用胚培养成功的有豆科的牧草类。日本农水省蔬菜试验场已培育成甘蓝和白菜的杂交种“白蓝”。

如上所述，有用植物培养的成功，屡见不鲜，但花卉植物还不多见。目前尽管各研究单位、大学及企业都在进行基础研究尚未付诸实用，但利用细胞融合法进行育种的技术，将来一定能实现。为此提出下列五项目标：

（1）给作物以固氮能力；（2）培养耐寒、耐旱的品种；（3）培养抗病菌、抗病毒的品种；（4）在植物细胞培养过程中能进行有用物质的生产；（5）培养新的杂种植物。

上述就是植物组织培养的第3个目的。

进行组织培养最重要的因子是作为化学环境的培养基，常用的培养基，最初是MS培养基，以后又有怀特（1963）等人提出许多种培养基。根据各种植物完全不同的营养要求，研制出最适培养基，这是掌握植物组织培养的关键。对组织培养的三个目的来说，不论哪个，都需要最适培养基，因此需要不断研制多种培养基。

值得说明的是用杂交选择的常规育种方法改良植物品种仍是很必要的。在生物学高度发展的今天，只看到组织培养等生物新技术的进步而忽略杂交育种的必要性是危险的。可以用新技术来补足花卉基本育种方法的缺陷，但为了及早应用取得的新植物、新品种，仍必须坚持植物育种的常规法即杂交育种方法。

组织培养育苗的生产程序

用无病毒植物或无病无菌植物克隆组织培养苗和大量快速繁殖苗有一定的生产程序。首先要确定供培养用的优良母株的选择标准和适宜的培养技术，然后才能对优良植物体进行克隆。例如康乃馨一年需4亿多株作为切花，推算起来约需5千万株优质苗，这是日本f次于菊科植物的主要花卉植物。作为供培养用的母株的选择是要先选好生产率高、切花质量好的品种，再以这些品种进行系统选择，在经过品质、产量等检验后方可确定其为优良品系而用来进行培养。

首先，在显微镜下取出生长点培养，再将培养基中发芽生根的组织培养幼苗放在喷过药的培养室内培养，以后再进行病毒、病菌和开花的鉴定，将被确认无菌且品质优良的植物体作为原原株，以此为母株来繁殖生产苗圃的商品苗。

上述以康乃馨为例说明了如何利用组织培养进行培养植物的生产。由于解决了通常用药剂不能防治的土壤传染性的枯萎病，消除了叶和花的病毒病，获得了茎干坚韧、叶面宽阔、植株健壮的优质切花，特别是植株发育整齐旺盛，因而花卉产质量均显著增加。

另如宿根的丝石竹，过去都是用嫁接种育苗，苗的供应时间和生产数量都受到限制，而且切花出厂时期又多集中在初夏季节，所以远远满足不了需要。利用组织培养育苗，因为无病化，可以插芽繁殖，做到全年生产，并组成各种新的培养体系，现在一年中均有切花出厂，销售量明显提高。

近来，在各地举行的鉴定会上奉为上品的，大部分是利用组织培养生产的切花，所以组织培养的价值，不仅在生产者、而且在消费者方面都有很高的评价。

最后，无菌条件下培养的幼苗（试管苗、三角瓶中苗），在出售过程中还需采取有效的措施，如杜绝害虫和病菌的扩散，提高运输能力等，现在各国都在设法解决购销上的各种问题，以使植物交易畅通无阻。

国际间进行以植株状态存在的基因库的收集、建立、保存和交换的可能性已越来越明显。目前，由兰开始的一部分花卉作为离体培养植物，已在市场上作为商品广泛出售。

今后随着应用范围的不断扩大，植物组织培养作为新技术应成为：

（1）提高由于各种环境影响而损失掉的经济效益的技术；（2）用以保存、收集植物体状态存在的基因库的技术；（3）使国际间为各种目的进行的植物交流得以实现的技术；（4）提高育种效率的技术。

植物组织培养技术的发展必将日益重要、日臻完善。

[《组获培养》[日]，11（9），1985年]