什么是組織培養？

植物組織培養概念（廣義）又叫離體培養，指從植物體分離出符合需要的組織。器官或細胞，原生質體等，通過無菌操作，在人工控制條件下進行培養以獲得再生的完整植株或生產具有經濟價值的其他產品的技術。
植物組織培養概念（狹義）指用植物各部分組織，如形成層、薄壁組織、葉肉組織、胚乳等進行培養獲得再生植株，也指在培養過程中從各器官上產生愈傷組織的培養，愈傷組織再經過再分化形成再生植物。

植物組織培養的意義
植物組織培養, 嚴格的說來,只是沒有分化的組織即細胞群的培養。它在一定的培養條件下,一直保持分生、生長的能力,但是不進行分化,除非給予一定條件的處理[3]。在廣義 上講是指在人工的操縱下,把植物體的一個器官,一種組織 或單個細胞從植物體取出后放在玻璃容器里并在供給適應營養物質的條件下，使得他們繼續生存或發展的一種培養方法。

植物組織培養的方法不但在探求植物學的基本理論問題上,而是已成為一個重要的手段,而且在應用上也逐漸表現出它的大潛力。近年來植物組織和細胞培養的技術在蔬菜作物的繁殖方面獲得了飛躍的發展不僅使繁殖速度可以極大地增加, 而且使不易用常規無性繁殖方法繁殖的植物,也獲得了新的繁殖途徑。這在一定程度上解決了通過去病毒等提 高作物產量與品質問題,也為配合育種進行新品種的培育。 提供 了新途徑組織培養的研究中,發現培養細胞中含有大 量的次生物質,而且這些次生物質具有一定的藥用價值。這明顯地促進了藥物生產,擴大了某些短缺藥物的來源。同時, 減少對天然藥材的過度采集,對于生態環境的平衡也具有一定 的積極影響。調味品和香料等日用化合物在近半個世紀以 來一直依靠有機化學合成。但單純依靠化學合成的方法還 有一定的局限性。比如化學合成反應的條件往往人工達不到, 某些復雜的混合物的合成路線還未定,而且合成時伴有副產物的生成,這對于產物分離提出了更高的要求。顯然,這些局限性限制了有機化學合成的應用發展。無疑,植物組織培養這 一技術的發展為獲得這些有機物開辟了一條新的途徑。

植物組織培養的篩選
上海路陽生物技術有限公司銷售便攜式熒光蛋白激發光源，能夠在超凈臺里面篩選帶有熒光蛋白標簽的愈傷組織，方便快捷篩選出陽性的愈傷組織。無論是綠色熒光蛋白還是紅色熒光蛋白，操作者只需佩戴專業的觀察眼鏡，就可以直接篩選出陽性的愈傷組織。

植物組織培養的種類
組織培養按培養對象可分為組織或愈傷培養、器官培養、植株培養、細胞和原生質體培養等。
1組織或愈傷組織培養
組織或愈傷組織培養（tissue, callus culture）為狹義的組織培養，是對植物體的各部分組織進行培養，如莖尖分生組織、形成層、木質部、韌皮部、表皮組織、胚乳組織和薄壁組織等；或對由植物器官培養產生的GFP愈傷組織進行培養，二者均通過再分化誘導形成植株。
2器官培養
器官培養（organ culture）即離體器官的培養，根據作物和需要的不同，可以包括分離莖尖、莖段、根尖、葉片、葉原基、子葉、花瓣、雄蕊、雌蕊、胚珠、胚、子房、果實等外植體的培養。

3植株培養
植株培養（plant culture）是對完整植株材料的培養，如幼苗及較大植株的培養。
4細胞培養
細胞培養（cell culture）是對由愈傷組織等進行液體振蕩培養所得到的能保持較好分散性的離體單細胞或花粉單細胞或很小的細胞團的培養。
5原生質體培養
原生質體培養（protoplast culture）是用酶及物理方法除去細胞壁的原生質體的培養。

植物組培培養需要的條件 
溫度： 對大多數植物組織20～28℃ 即可滿足生長所需，其中26～27℃ 最適合。
光： 組織培養通常在散射光線下進行。光的影響可導致不同的結果，有些植物組織在暗處生長較好，而另一些植物組織在光亮處生長較好，但由愈傷組織分化成器官時，則每日必須要有一定時間的光照才能形成芽和根。有些次生物質的形成，光是決定性因素。
滲透壓： 滲透壓對植物組織的生長和分化很有關系。在培養基中添加食鹽、蔗糖、甘露醇和乙二醇等物質可以調整滲透壓。通常1～2個大氣壓可促進植物組織生長，2個大氣壓以上時，出現生長障礙，6個大氣壓時植物組織即無法生存。
酸堿度： 一般植物組織生長的最適宜ph為5～6.5 。在培養過程中pH可發生變化，加進 磷酸氫鹽或二氫鹽，可起穩定作用。
通氣： 懸浮培養中細胞的旺盛生長必須有良好的通氣條件。小量懸浮培養時常轉動或振蕩，可起通氣和攪拌作用。大量培養中可采用專門的通氣和攪拌裝置。

組織培養的優勢
 繁殖速度快、繁殖系數大
用試管快繁技術繁殖，可節約繁殖材料，只取原材料上的一小塊組織或器官就能在短期內生產出大量市場所需的優質苗木，每年可以繁殖出幾萬甚至數百萬的小植株，既不損傷原材料又可獲得較高的經濟效益。

繁殖方式多
有短枝扦插、芽增殖、原球莖、器官分化和胚狀體發生。適用的品種多，據文獻報道組培成功的植物種類達1500多種，能產業化生產的有幾百種。特別適用于不能通過扦插繁殖植物的快速繁殖，如蘭花、百合、非洲菊等等。雖然木本植物的組培比草本要難，通過科研人員的努力，已在楊樹、桉樹許多植物上獲得成功。

繁殖后代整齊一致，能保持原有品種的優良性狀
試管繁殖是一種微型的無性繁殖，它取材于同一個體的體細胞而不是性細胞，因此其后代遺傳性非常一致，能保持原有品種的優良性狀。對保質、保純有著特殊作用?？色@得大量的統一規格、高質量的苗木，苗木商品性好。

可獲得無毒苗
采用莖尖培養的方法或結合熱處理除去絕大數植物的病毒、真菌和細菌，使植株生長勢強、花朵增大、色澤鮮艷、抗逆能力提高、產花數量增加。

可進行周年工廠化生產
試管快繁是在人工控制的條件下進行的集約化生產,不受自然環境中季節和惡劣天氣的影響。所以不受季節限制，可以全年進行連續生產，生產效率高。從取材→接種→培養→生根→移栽，可像工廠化一樣生產，所以這一技術在農業上的應用被稱為是農業上的一次“革命”。對反季節生產有著特殊作用，如在夏天不耐高溫的倒掛金鐘、四季海棠等花卉，夏天可在培養室內進行組培苗生產，秋天進行花卉生產。

經濟效益高
花卉組織培養快速繁殖由于種苗在培養瓶中生長，立體擺放，所需要的空間小，節省土地。生產可按一定的程序嚴格執行，生產過程可以微型化、精密化，能更大限度發揮人力、物力和財力，取得很高的生產效率，如在一個200平方米的培養室內一年可生產試管苗上百萬株。如按每株1元計算，每年產值上百萬元。

植物組織培養的設備與使用方法
植物組織培養是在嚴格的無菌條件下培養植物材料。要達到無菌操作和無菌培養，就需要人為創造無菌的環境，使用無菌的器具，同時還需要人工控制的溫度、光照、濕度等培養條件。無菌環境和無菌條件的創造需要一定的254nm短波紫外線燈和其他設備，實驗設備因工作的目的、具體的任務和所具有的條件而異。但大多數采用化學實驗室、微生物實驗室及醫療上的一些熒光蛋白標簽的激發光源、紫外交聯儀等器材和用具。

1. 實驗室基本組成
(a)無菌操作室
在植物組織培養中，無菌操作室（clean chamber）是進行植物材料的分離及培養體轉移的一個重要場所。由于植物組織培養需長時間的無菌操作，所以無菌條件的好壞對組織培養成功與否起重要作用。微生物的培養生長時間短，而植物組織培養短的一個月，長的達幾年。所以，防止細菌和霉菌混入是提高工作效率和影響生產成本的關鍵。
無菌操作室基本要求是：干凈無菌、密閉、光線好。一般安裝滑動門，使空氣不致流動，以防外界菌及塵埃的侵入；墻壁光滑平整，地面平坦無逢，便于清潔工作；室內安裝紫外線燈，以便滅菌，還要有照明裝置及燈座，以備臨時增加設備之用；室內有超凈工作臺、移動式載物臺（醫用平板推車）、廣口瓶、試管、三角瓶、酒精燈、接種工具等。面積根據工作性質可大可小，小的無菌操作室一般一間 5~7㎡即可。
接種室內主要安放超凈工作臺，分單人使用和雙人同時連續作業使用兩種。超凈臺中準備接種用的器具，如尖頭小鑷子、彎頭小鑷子、接種針、解剖刀、手術剪刀等，以及酒精燈、儲存70%酒精浸泡的棉球的廣口瓶等。如果進行生長點或幼胚等細小結構的分離與接種，還應當在超凈工作臺內放置一臺小型的雙目解剖鏡，以便觀察、解剖和分離細小的外植體。

小型離心機主要用于分離和收集液體培養中的細胞、單花粉及原生質體等，也可用來篩選處于不同發育階段的胚狀體。無菌室外更好設置預備室作為緩沖間，以防工作人員進出時帶進雜菌。控溫光照培養箱可以安放在緩沖間內。預備室與無菌室之間更好以玻璃相隔，便于觀察和參觀。在預備室可放置工作服、鞋、帽等，也需要裝自來水和高強度紫外線燈。

植物組織培養研究進展
早在1902年,德國植物學家哈伯蘭德就曾預言,植物細胞 具有全能性。每個細胞都象胚胎細胞那樣,可以經過在體外培養成為一顆完整的植株。他也曾嘗試用培養植物葉片細胞來證明他的設想,結果沒能成功,但他所提出的科學假說卻一直指引著許多植物學者去攀登并的高峰。1936年前后, 法國科學家高特里特和諾比考特幾乎同時培養了胡蘿卜根的小塊組織, 并使 細胞增殖獲得成功。美國科學家懷特用煙草的基段形成層為材料還成功地進行了組織培養和繼代培養,他們的工作為植物組織和細胞培養技術的發展奠定了基礎。

斯圖爾德的胡蘿卜研究工作,為組織培養這一領域打開了新的局面。他用液體的懸浮培養法把胡蘿卜的體細胞經胚狀 體途徑培養成了植株,并且開花結實。這項重大的突破,不但證實了哈泊蘭德的“細胞全能性”的設想，而且也為組織培養中研究器官建成和胚胎發生開創了一個新的領域。

從五十年代以來,組織培養技術日新月異,由靜止的固體培養發展到液體培養,其中又分懸浮培養、微室培養、看護培養、平板培養等等。特別是六十年代初科金等人用真菌的纖維素酶分離植物原生質成功,為近年來新發展的原生質體融合細胞雜交工作的迅速開展創造了條件。組織和細胞培養的研究,不但促進了對植物激素的研究工作,并且帶動了形態、細胞、生理、生化、遺傳育種、林業、醫藥等一系列學科的進展。

早在 30 年代初,我國兩位已故的教授羅宋洛和李繼侗就已經是遠東植物組織培養的先驅者。羅宋洛教授研究離體根尖培養的適宜條件,李繼侗教授發現了胚乳提出物對離體胚發育的促進作用。從三十年代以來,我國的組織培養工 作一直都在不斷的研究之中,到現在為止,植物組織培養的研究工作已經取得了相當大的進展,而且我國的專家還將繼續在這一領域里努力鉆研[2]。
用組織培養得到的離體無性系可以加快繁殖植物并使之脫病毒復狀。由于這種技術的無菌操作條件,因此可以有效地大量擴增沒有病毒感染的植物品系。例如蘋果如被病毒感染后一般要減產14 %一45 %,而且品質惡化后不耐儲藏。如采用無毒化與快速繁殖,有的試驗從一個莖尖一年中可以得到2萬株以上種苗,減少大量損失, 目前已推廣3萬畝以上?，F在已有以下幾大類植物實現了利用組織培養來繁殖后代的情況。

1.觀賞植物
很多種具有觀賞性的植物已成功地得到了無性系繁殖, 而且范圍也日益擴增。通過人工無性系繁殖,便具有觀賞性 的植物如菊花大量上市,繁榮了我國的花市?，F已作過植物組織培養的觀賞性植物主要有:甜葉菊、袖珍、月季、大麗花、 滿天星、中國水仙、倒掛金鐘葉、香馬蘭、百合、金桔、君 馬蘭、白蘭花、雪松、海棠、郁金香、吊蘭、臘梅、 巴 西鐵樹、大繡球、虎葉海棠、大花茉莉等。

2.經濟植物
經濟作物中有些植物用種子繁殖,它們后代便會出現各種變異,不能保持原來品種的特性,因此有時需要采用無性繁殖。經濟作物中包括蔬菜、果樹、油料作物、林木和許多可食用的作物都已進行了組織培養,有的已應用于生產實踐之 中。使用組織培養這一技術來進行無性繁殖,克服了常規繁殖 的許多弊端,避免了病毒感染,挽救了稀有和面臨滅絕危機的物種,并大大加快了繁殖的速度。這方面的工作國內學者已 經做了很多研究。在繁殖蔬菜作物的研究工作中,主要針對 茄科[9]、傘形科、十字花科、葫蘆科、豆科、菊科、百合科、 石蒜科、襄荷科做了廣泛的研究工作,例如襄荷科的生姜病 害雖有些是土壤感染的,但無性繁殖的母株經組織培養除去病原菌,亦可減少損失心。

3.藥用植物
藥用植物由于野生資源少,栽培技術等問題,有的尚待開發, 有的供不應求。估計目前短缺的藥用植物至少不下1 0 種。應用植物組織培養生產藥用植物可不受客觀外在條件的限制,便于進行代謝調控和工廠化生產。同時組織培養中的細胞生長速度要比植物正常生長的速度快,接近于分生組織的生長速度等有利條件。例如金線連是一種小型蘭花,有名的藥用植物,整個植物都可入藥,可用來治療肺病、糖尿病、高血壓等許多病,新鮮植物可以賣到每公斤150美元。它通常生長于海拔60 0 ~800的森林覆蓋地,但野生的逐漸消失。因此可以利用組織培養進行繁殖,通常采用的方式有兩種：
（1）種子萌發:成熟及未成熟種子在人工培養基上萌發,不 同植物通過人工授粉得到植物種子,一個周期約需5 0一60d。
（2）莖培養:將帶有至少一個莖節的莖段進行體外培養可 以得到新的植物,培養于2 5一27 ℃,照光16h,4周繼代一次, 可擴增一倍 (L: u等,1987)。這幾年來文獻報道的已通過組織培養繁殖的藥用植物有:紅花、平貝母、黨參、半夏、川芳、 桔梗、拘祀、唐昌浦、玄參、紅豆草、小蒼蘭、紫云英、落藍、銀杏等。

組織培養的展望
近年來,植物組織培養的研究發展得如此之快,并取得 了巨大的進步,使得科學理論和科學實踐應用都從中受益匪淺,并且帶動了其它學科的飛速發展。植物組織培養的方法不 斷提高的同時也更加拓寬了植物組織培養的應用范圍。它有助于育種學家提高育種的多樣性,改變了單純依靠常規無性繁殖而無法進行繁殖的面貌。對于許多農作物及園藝植物, 組織培養能加速種子和種苗的繁殖,有利于提高農業產量和農作物的品質。植物組織培養的研究對于藥物生產的這一領域也具有著舉足輕重的作用,它能在人工控制的條件下加快藥物生產的時間、含量并且大大減少了單純依靠天然植物的被動性,并在一定程度上維護了生態平衡系統、保護短缺、稀有、瀕臨滅絕的物種。植物組織培養這一研究領域有著廣闊的前景和潛力, 相信在不久的將來,植物組織培養這一技術將更加深入地滲透到人們的生產、生活和科研領域之中。但 是,由于植物組織培養仍存在著一定的局限性,這必將阻礙了這一領域的發展,例如細胞培養中細胞變異非常普遍高產細 胞株的遺傳穩定性是非常重要的,然而目前還沒有有效的方 法保持其遺傳穩定性。不過,在不久的將來 一定會克服植物組織培養技術發展中所遇到的困難，使組織培養一技術日趨完善。