畢業(yè)論文----植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

1、<p>　　植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用</p><p>　?。壅?要］：通過有關(guān)植物組織培養(yǎng)方面的文獻(xiàn)綜述植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)上離體無性系的快速繁殖、培養(yǎng)無病毒種苗、新品種的選育和人工種子和種質(zhì)的保存方面的應(yīng)用，并對(duì)應(yīng)用的前景作簡單的展望。</p><p>　?。坳P(guān)鍵詞］：植物組織培養(yǎng) 農(nóng)業(yè)</p><p>　　植物組織培養(yǎng)（tissue culture）

2、是二十世紀(jì)初興起的一項(xiàng)高新生物技術(shù)，至今已經(jīng)有一百多年的歷史，如今已成為了生物領(lǐng)域里面十分活躍的技術(shù)。植物組織培養(yǎng)開始走上工廠化和商業(yè)化始于20世紀(jì)六十年代，得利于花粉小孢子培養(yǎng)和原生質(zhì)體培養(yǎng)的成功［1］。和植物組織培養(yǎng)的歷史相比，中國的在這方面的研究起步算是比較早的，在二十世紀(jì)四十年代在這方面就有所研究，但是大范圍的發(fā)展起來還是始于二十世紀(jì)七十年代的花藥培養(yǎng)。</p><p>　　農(nóng)業(yè)對(duì)農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)植物的最終要

3、求是提高產(chǎn)量和改進(jìn)質(zhì)量。常規(guī)方法是以有性雜交為作為指導(dǎo)進(jìn)行育種，這種方法局限性很大，而且周期長，效果還不理想。植物組織培養(yǎng)為農(nóng)業(yè)的優(yōu)化提供了新的途徑，如今，植物組織培養(yǎng)已廣泛應(yīng)用于植物育種，在單倍體育種、胚培養(yǎng)、體細(xì)胞雜交、細(xì)胞突變體篩選、遺傳轉(zhuǎn)化等方面均取得了顯著成就。</p><p><b>　　植物組織培養(yǎng)概述</b></p><p>　　植物組織培養(yǎng)，是指在人

4、工控制的條件下，將植物體的任何一部分，或器官、或組織，或細(xì)胞，進(jìn)行離體培養(yǎng)，使之發(fā)育形成完整的植物體。所謂人工控制的條件，即營養(yǎng)條件和環(huán)境條件；植物體的任伺一部分是指根、莖、葉、花、果以及它們的組織切片和細(xì)胞［2］。它的優(yōu)越性在于：可以在不受其他部分干擾的情況下研究被培養(yǎng)部分的生長和分化規(guī)律。特點(diǎn)是：取材少，培養(yǎng)材料經(jīng)濟(jì)；人為控制培養(yǎng)條件，不受自然條件影響；生長周期短，繁殖率高；管理方便，利于自動(dòng)化控制［3］。</p>&

5、lt;p>　　植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性（totipotency）。一個(gè)生活的植物細(xì)胞，只要有完整的膜系統(tǒng)和細(xì)胞核，它就會(huì)有一整套發(fā)育成一個(gè)完整植株的遺傳基礎(chǔ)，在一個(gè)適當(dāng)?shù)臈l件下可以通過分裂、分化再生成完整植株，這就是所謂的細(xì)胞全能性［4］。</p><p>　　植物組織培養(yǎng)的基本方法［5］是材料選擇、培養(yǎng)基配置、接種與培養(yǎng)和最后的小苗移栽。</p><p>　　植物組

6、織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用</p><p>　　植物組織培養(yǎng)應(yīng)用十分廣泛，特別是和植物密切相關(guān)一些領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)主要是以植物的栽培種植為主，因此植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用是其應(yīng)用中十分重要的一個(gè)方面。目前植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用主要有以下四個(gè)方面：離體無性系的快速繁殖、培養(yǎng)無病毒種苗、新品種的選育和人工種子和種質(zhì)的保存。</p><p>　　離體無性系的快速繁殖</p><p&

7、gt;　　離體無性系的快速繁殖是組織培養(yǎng)在生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛、最成功的一個(gè)方面。無性系繁殖植物的主要特點(diǎn)是繁殖速度快，通常一年內(nèi)可以繁殖數(shù)以萬計(jì)的種苗，特別對(duì)于名貴品種、稀優(yōu)種質(zhì)、優(yōu)良單株或新育成的品種的繁殖推廣具有重要的意義。</p><p>　　離體繁殖良種種苗最早在蘭花工業(yè)上獲得成功。蘭花成熟的種子中大多數(shù)的胚不能成活，種子不能發(fā)芽，通過球莖組織培養(yǎng)，使蘭花的繁殖系數(shù)大為提高，從而形成了20世紀(jì)60年代風(fēng)靡全

8、球的“蘭花工業(yè)”。甘蔗繁殖用種量大，1hm2地需要7.5-15t的種蔗。采用莖尖、嫩葉組織培養(yǎng)繁殖種苗，節(jié)省了大量的種蔗，加速了優(yōu)良品種的推廣。其他如牡丹、香石竹、唐菖蒲和菊花等難以扦插的名貴品種以及無籽西瓜、草莓、獼猴桃、葡萄、菠蘿、櫻桃、桉樹、杉木等的無性快速繁殖都取得了進(jìn)展，有力地推動(dòng)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。</p><p>　　目前世界上80%~85%蘭花是通過組織培養(yǎng)進(jìn)行脫毒和快繁的。我國第一個(gè)將優(yōu)質(zhì)杉木組培苗進(jìn)行

9、人工造林并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益；選用“雷林1號(hào)”優(yōu)良桉樹進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)的桉樹組培苗，結(jié)合常規(guī)營養(yǎng)繁殖方法營造大面積人工林也獲得了成功。目前我國為其他國家代加工生產(chǎn)或直接出口的組培苗品種有甘蔗、香蕉、百合、玉簪、大花萱草、唐菖蒲、絲石竹等近30種。另外，植物離體快繁也適合于一些價(jià)值較高的F1雜種植株的繁殖。如美國每年種植火炬松F1實(shí)生苗20億株，采用試管繁殖的約占10億株[6]。</p><p><b>

10、　　培養(yǎng)無病毒種苗</b></p><p>　　許多植物都遭受到病毒病不同程度的危害。有的種類甚至同時(shí)受到數(shù)種病毒病的危害，嚴(yán)重地影響了產(chǎn)品的商品價(jià)值。對(duì)于無性繁殖的作物如絕大部分的果樹、部分蔬菜（洋蔥、大蒜、石刁柏、菊芋、馬鈴薯）和花卉（菊花、唐菖蒲、風(fēng)信子、秋海棠、月季）等，如遭受病毒侵染后，代代相傳，則體內(nèi)可以積累相當(dāng)高濃度的病毒，影響生長和成活，嚴(yán)重危害生產(chǎn)的發(fā)展。而病毒病又不同于真菌和細(xì)菌病

11、害，采用殺菌劑和抗生素等化學(xué)藥劑防止很難湊效。自從Morel(1952)發(fā)現(xiàn)采用莖尖培養(yǎng)的方法可以從嚴(yán)重感染病毒的植株得到無病毒苗后，這方面的工作引起了人們的重視。在許多園藝植物上進(jìn)行培育試驗(yàn)也相繼得到成功，從此莖尖培養(yǎng)就成為解決病毒病害的一個(gè)重要途徑。也可以采用莖尖培養(yǎng)與熱處理相結(jié)合的方法來提高莖尖培養(yǎng)的脫毒效果。對(duì)于一些木本果樹植物，如果莖尖培養(yǎng)得到的植株難以發(fā)根生長，且結(jié)果晚，則可采用莖尖微體嫁接的方法來培養(yǎng)無病毒苗。［8］<

12、;/p><p>　　利用組織培養(yǎng)生產(chǎn)無病毒苗的方法，已在許多果樹（柑橘、蘋果、草莓、葡萄）、蔬菜（馬鈴薯、大蒜）、花卉（蘭花、菊花、康乃馨、水仙、唐菖蒲）等作物的常規(guī)生產(chǎn)上得到應(yīng)用。目前中國已建成葡萄、蘋果、香蕉、馬鈴薯、甘蔗等作物脫毒快繁生產(chǎn)線多條。</p><p><b>　　新品種的選育</b></p><p>　　1964年，印度的Guha

13、和Maheshwari在毛葉曼陀羅花藥培養(yǎng)中，成功地由花粉誘導(dǎo)得到了單倍體植株，從而促進(jìn)了花藥和花粉培養(yǎng)的研究，以后在煙草、水稻、小麥、玉米、番茄、甜椒、草莓、蘋果等多種植物上獲得成功。利用花藥和花粉培養(yǎng)誘導(dǎo)花粉發(fā)育成單倍體植株，單倍體植株經(jīng)過秋水仙素等藥劑處理后，染色體加倍可以獲得同源二倍體的純合系，其后代不會(huì)分離，可以直接用于選育雜種一代的親本或性狀純合的常規(guī)品種。前者如甜辣椒“海豐12號(hào)”的親本，后者如甜椒“?；?號(hào)”。與常規(guī)育種

14、方法相比，通過花藥花粉培養(yǎng)獲得單倍體的單倍體育種方法，可以在短時(shí)間內(nèi)得到作物的純系，從而加快了育種進(jìn)程。</p><p>　　我國在利用花藥和花粉培養(yǎng)進(jìn)行單倍體育種方面處于世界先進(jìn)水平，取得了很大成就。我國科學(xué)家設(shè)計(jì)的N6培養(yǎng)基和馬鈴薯培養(yǎng)基，不僅在國內(nèi)得到推廣，在國外也被采用。我國利用花藥和花粉培養(yǎng)已培育出許多優(yōu)良品種，僅在“七五”期間，我國通過花藥和花粉培養(yǎng)培育出的新品種和新品系就已超過20個(gè)。其中著名的如小

15、麥“京花1號(hào)”、“京花3號(hào)”，水稻“中花8號(hào)”、“中花9號(hào)”等，其累積推廣面積均超過了66.7萬hm2（1000萬畝）；已審定的品種如水稻中花10號(hào)、中花11號(hào)累計(jì)推廣面積約250萬畝、南抗2號(hào)約15萬畝，還有花培528、贛早秈11號(hào)；小麥京花3號(hào)推廣約100萬畝等。在生產(chǎn)上已應(yīng)用的新品種如花培28、花535、花86-5，前兩個(gè)品種已推廣約100萬畝以上。新品系有水稻花8504；小麥京單84-1685、中8701、中8606、花57、花

16、95-2、花12、851373、852163、86912；煙草單育1號(hào)和單育3號(hào)等。</p><p>　　近幾年來，通過組織培養(yǎng)和有關(guān)技術(shù)又培育出了很多新品種，這些新品種都有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病或早熟等優(yōu)良性狀，有的仍在擴(kuò)大種植和推廣中。</p><p>　　人工種子和種質(zhì)的保存</p><p>　　生命物質(zhì)的保存，已引起許多科研工作者的興趣，其中包括原核生物、植物及動(dòng)

17、物材料的保存，種質(zhì)保存的目的是為了確保有用的種質(zhì)能在任何時(shí)候都具有生命力。組織培養(yǎng)能安全地保存植物的細(xì)胞、愈傷組織或分生組織，且在儲(chǔ)藏幾年后，仍能穩(wěn)定地產(chǎn)生再生過程。通過無性系繁殖保存作物已成為迫切要求，尤其對(duì)于熱帶作物。另外，由于自然和人為的破壞，許多具有或可能具有育種價(jià)值的能成為基因庫的品系在消失，作物栽培品種、親本植物品系以及突變種也通常需要保存。種質(zhì)資源的保存和基因庫的建立在育種工作中是十分重要的。</p><

18、;p>　　由于許多植物的組織和細(xì)胞培養(yǎng)物在液氮超低溫條件下貯藏后，仍然能夠保持很高的存活率并能重新再生出植株，保持原來的遺傳特性，因此可以利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)保存植物種質(zhì)資源，從而節(jié)省了大量的人力和土地資源。如建立莖尖分生組織培養(yǎng)物的超低溫保存種質(zhì)庫時(shí), 不僅可以防止種質(zhì)的遺傳變異和退化, 而且可以長期保存無病毒的原種。我國對(duì)水稻、小麥、玉米、甘蔗、馬鈴薯、紅豆、草莓、唐菖蒲、三分三、長春花等植物的莖尖分生組織、愈傷組織、胚狀體和

19、幼胚、花粉等材料, 展開了材料特性、預(yù)處理、光照、冰凍保護(hù)劑、降溫冰凍方法對(duì)恢復(fù)生長的影響以及種質(zhì)保存后遺傳性狀分析等研究。</p><p>　　將植物材料以組培形式保存在容器內(nèi)運(yùn)輸，開展國家、地區(qū)間的種質(zhì)資源交換和植物商品交流，不僅能夠節(jié)省時(shí)間和空間，降低運(yùn)輸成本，而且能夠減少種子和非試管植株材料所攜帶的有害生物的危險(xiǎn)。設(shè)在秘魯首都利馬的國際馬鈴薯中心已對(duì)14個(gè)國家以組培形式運(yùn)輸，以后，甘蔗、姜、甘薯及多種花卉

20、在國家間也采用了組培形式進(jìn)行商品交流。</p><p>　　植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用前景</p><p>　　組織培養(yǎng)是分離和誘導(dǎo)產(chǎn)生突變體的有效途徑，在作物改良上的作用已隨著通過花藥培育的新品種的產(chǎn)生而得到證明。其應(yīng)用于作物改良的優(yōu)點(diǎn)是：(1)加速雜交后代遺傳特性的穩(wěn)定，使雜種從雜合子迅速達(dá)到純合，從而縮短了育種周期，提高選擇效率；(2)誘變處理群體大，誘變率高，篩選方便時(shí)間短，可以在

21、人力控制條件下篩選出特定的細(xì)胞群體，便于進(jìn)行遺傳分析。</p><p>　　但應(yīng)用過程中也存在一定的問題：其一，不同基因型材料的花粉植株生產(chǎn)率差異很大，許多組合H2代優(yōu)良基因型不能完全表達(dá)，尤其是秈型材料的花粉植株生產(chǎn)率距離育種的要求還很遠(yuǎn)。其二，誘變這一領(lǐng)域處于嘗試階段，我們還未建立能有選擇地增強(qiáng)所期望的植株變異頻率，對(duì)于誘變劑量、篩選方法和時(shí)機(jī)以及白化苗的控制等問題的解決都有待于探明。</p>

22、<p>　　植物組織培養(yǎng)快速繁殖能快速繁衍瀕危植物，使物種得以保存?？焖俜敝车闹仓昴鼙３帜副镜纳飳W(xué)特性和遺傳性狀，并可在短期內(nèi)種植于田間，是當(dāng)前植物細(xì)胞工程中最有效、應(yīng)用最廣泛的方法之一。</p><p>　　組織保存的方法和技術(shù)近年來逐漸增多，但實(shí)際應(yīng)用過程還存在許多空白。因?yàn)樘烊环N子保存具有優(yōu)越性，組織保存必須人工處理才能儲(chǔ)存，所以有時(shí)種子保存顯得簡便有利。但在特殊情況下，組織和細(xì)胞不能被種子取代

23、時(shí)，組織保存法就為其提供了一種新的可能途徑。將來建立一個(gè)植物組織培養(yǎng)種質(zhì)儲(chǔ)藏所是有可能的。</p><p>　?。蹍⒖嘉墨I(xiàn)］：［1］崔德才，徐培文. 植物組織培養(yǎng)與工廠化育苗.第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.5</p><p>　　［2］吳殿星，胡繁榮.植物組織培養(yǎng).第一版.上海：上海交通大學(xué)出版社，2004.1</p><p>　?。?］謝麗霞. 植物組織

24、培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用. 墾殖與稻作[J], 2006,(03) </p><p>　?。?］崔德才，徐培文. 植物組織培養(yǎng)與工廠化育苗.第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.8</p><p>　　［5］王忠. 植物生物學(xué).第一版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002.325~328</p><p>　?。?］王學(xué)利，孫世海，王震星，馮峰. 植物組織培養(yǎng)及其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

25、. 天津農(nóng)林科技[J]，2005.(04)：25~27</p><p>　?。?］夏鎮(zhèn)澳.植物組織培養(yǎng)與農(nóng)業(yè).植物生理學(xué)通訊[ J ].1995, 31 (1) : 62 - 641</p><p>　　［8］李松. 果蔗脫毒苗快繁栽培技術(shù).南方科技報(bào)[M].2006，05，10：B02</p><p>　　Application of Plant Tissue C

26、ulture at Agriculture</p><p>　　Shi Hongming</p><p>　　[Abstract]:The paper shows that the tissue culture plays an important role in the application of agriculture by analyzing the documents of ti