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植物组织培养快繁技术:发展简史

【摘要】:从此植物组织培养进入快速发展时期。椰乳成分复杂,含有多种不同的有机物,后来的研究发现,在组织培养中起主要作用的是腺嘌呤类激素或类似物。研究发现,生长素和细胞分裂素相互配合能调节细胞的分裂与分化、控制器官的分化,植物组织培养工作迅速取得突破。从此之后,一批又一批植物的组织或器官通过培养的方法获得了再生植株。

植物组织培养发展可概括为六个阶段。

1.细胞学说启迪阶段(1902—1929年)

1838—1839年,德国植物学家Schleiden和动物学家Schwann提出细胞学说。在此学说的基础上,1902年Haberlandt首次提出细胞培养的概念,他也是第一个用人工培养基对分离的植物细胞进行培养的人。但由于Haberlandt使用的培养液成分简单,培养的细胞是高度分化的细胞,又未采取消毒技术,所以实验失败,培养的细胞虽然存活了几个月但没能分裂。Haberlandt的实验之后直到1934年White培养番茄离体根尖成功,其间的30多年里,植物组织培养技术几乎没有什么进展。分析其原因,主要是培养基的成分和实验所选取的材料不够合适。

2.组织培养方法和定义的确立阶段(1930—1939年)

1934年White用离体的番茄根获得了第一个活跃生长的无性系,使根的离体培养实验首次获得了真正的成功,并首次发现和提出B族维生素B1、B6烟酸的重要性。与此同时,Cautheret在山毛柳和黑杨形成层组织的培养中也发现了B族维生素的作用,并使培养获得了成功。Nobecourt用胡萝卜建立了类似的连续生长的组织培养物。因此,Haberlandt、White和Nobecourt一起被誉为植物组织培养的奠基人。人们现在所用的若干培养方法和培养基,原则上都是他们采用的方法和培养基演变的结果,几乎所有的培养基中都添加了不同种类和不同数量的B族维生素。从此植物组织培养进入快速发展时期。

3.植物激素的发现阶段(1940—1957年)

1941年,Overbeek、Conklin和Blakeslee等将椰乳加入培养基中,获得了Datura离体胚培养的成功。椰乳成分复杂,含有多种不同的有机物,后来的研究发现,在组织培养中起主要作用的是腺嘌呤类激素或类似物。1944年,Skoog报道DNA的降解产物腺嘌呤和腺苷可以促进愈伤组织的生长,解除生长素对芽产生的抑制作用,诱导芽的形成。1948年,Caplin和Steward用实验证明椰乳与2,4-D配合,对培养的胡萝卜和马铃薯组织的增殖起到明显的促进作用。在用烟草髓细胞诱导愈伤组织的实验中,Skoog、Miller等分离确定了6-呋喃氨基嘌呤对细胞分裂有促进作用,并将其命名为“激动素”(Kinetin)。之后,与此相关的同系物6-苄氨基嘌呤被合成,它也刺激培养物的细胞分裂。于是,出现了“细胞分裂素”这一集合名词,专门用来指能刺激培养物细胞分裂的一组6-某基团的氨基嘌呤化合物。随后,玉米素、异戊烯基腺嘌呤和其他细胞分裂素等植物激素相继被发现,增加了细胞分裂素的种类。研究发现,生长素和细胞分裂素相互配合能调节细胞的分裂与分化、控制器官的分化,植物组织培养工作迅速取得突破。(www.chuimin.cn)

4.细胞全能性的证实阶段(1958—1965年)

1958年美国的Steward和德国的Reinert分别由培养的胡萝卜细胞诱导形成了胚状体,1965年Vasil和Hildebrandt通过单个分离的细胞培养获得整个植株的再生,从而使植物细胞全能性的理论真正得到科学的证实。从此之后,一批又一批植物的组织或器官通过培养的方法获得了再生植株。

5.植物组织培养技术和理论迅速发展阶段(1960—1979年)

20世纪60年代,植物组织培养的另外两项成就是小孢子培养和原生质体培养的成功。Guha和Maheshwari(1966年,1967年),Rourgin和Nitsch(1967年)先后利用烟草和胡萝卜的小孢子培养获得单倍体植株,并实现了染色体的加倍,使这两种同源二倍体植株在5个月内收获种子。Cocking等用纯化的纤维素酶和果胶酶处理烟草细胞,获得原生质体,通过调节渗透压的方法控制原生质体膨胀,使培养获得成功,得到了再生植株。

6.植物组织培养技术广泛应用阶段(1980年至今)

20世纪80年代开始,植物组织培养逐渐进入工厂化广泛应用阶段。