植物细胞工程研究应用与展望

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1、植物细胞工程研究应用与展望王玉洁能源与环境学院热动10-2班1062126234内蒙古科技大学【摘要】本文介绍了植物细胞工程基础研究的发展现状,总结了胚胎培养、加倍单倍体技术、原生质体培养与体细胞杂交、体细胞无性系变异、快繁技术、植物来源生物产品生产技术应展望了植物细胞工程的发展方向。【关键字】植物细胞工程；基础研究；技术应用；展望【前言】植物细胞工程是以植物细胞为单位,按照人们的预先设计,有目的,有计划地对植物细胞进行加工、改造,使其遗传和生物学特性发生改变,从而对植物体进行创造设计的技术。每个细胞都具有一套极其精密、复杂和高效的功能体系及一套完整的遗传体系。【正文】植

2、物细胞工程是以植物细胞全能性为理论基础,以植物组织与细胞培养为技术支持,在细胞和亚细胞水平对植物进行遗传操作,实现植物改良和利用,或获得植物来源的生物产品的科学技术。植物细胞工程具有科学和技术双重特征,经过多年的探索和发展,已成为当代生物科学中一个重要学科和现代生物技术的重要组成部分。1、　植物细胞工程基础研究植物细胞工程是建立在现代生物科学和工程技术基础上的科学技术。它的发展有赖于植物学、植物生理学、遗传学、分子生物学、植物营养学、环境工程学等学科的发展与进步,可为生物科学的基础研究提供重要的技术手段[1]。植物发育生物学是现代植物科学的重要研究内容。离体培养的器官发生

3、和体细胞胚发生及其调控已成为研究植物形态建成的良好实验体系,极大地丰富了植物发育生物学的内容,加速了其发展。植物薄层细胞培养已成为研究离体条件下植株再生、生理生化、遗传转化的技术[2~4]。利用离体培养技术研究花器官发育,已在多种植物上实现了试管开花和结实[5~6]。原生质体培养为单细胞研究提供了良好的实验技术体系,已应用于植物细胞分裂、基因表达、核质关系、细胞壁生物学、植物激素的作用机理、物质跨膜运输等研究领域。利用离体突变技术,已分离和鉴定了许多与植物发育有关的基因,为揭示植物遗传与发育调控的分子机理奠定了基础。利用花培加倍单倍体技术获得纯系的方法,为有性繁殖植物遗传

4、分离群体的构建提供了有效途径,进而可为遗传图谱的构建、基因定位提供稳定的基础材料,促进了植物遗传学的发展。同时植物组织培养技术也为植物矿质营养、有机营养代谢,植物病理学等研究提供技术手段。建立植物高效再生体系是植物细胞工程研究的重要领域。研究表明,植物再生能力表现出基因型依赖性,同时受到外植体生理状况、培养条件(培养基、培养环境)的影响。植物激素诱导的信号传递在细胞分裂、极性确定、器官分化、胚状体的发育等离体培养过程中起重要作用。在植物离体形态建成中,生长素与细胞分裂素的比例是重要因素,其他激素可以直接或间接影响形态建成。尽管植物激素一直是植物离体培养研究的热点,但其作用

5、还受到营养条件(培养基)、环境条件(光照、温度、湿度、气体)等的影响。目前植物离体培养研究以细胞水平上的居多,分子水平上的研究相对较少。近年来随着现代分子生物学技术的发展,已分离和鉴定出一批与植物花器官、茎、叶和根器官发育有关的基因[7]。植物离体培养中器官分化和胚状体的发育是基因差异表达的结果,重新确立基因程序化表达是多种因素共同作用的结果。植物离体培养的细胞学和分子生物学方面的证据对揭示植物离体培养的分子机理有重要作用,但目前获得的证据是不完整的,还不能够描绘出基因程序化表达的蓝图。植物离体培养分子机理研究的深入,不仅可以丰富植物分子发育生物学的内容,还可为植物器官发

6、生和体细胞胚发生调控及植物组织培养技术改进提供依据。2、　植物细胞工程技术及其应用2·1　胚胎培养技术及其应用植物胚胎培养是胚、胚珠、子房和胚乳的离体培养技术,其应用领域包括胚胎的发育机理、克服杂交不亲合性和胚拯救、克服珠心胚的干扰、打破种子休眠,缩短育种周期,获得体细胞胚和人工种子,建立植物高效再生体系等,并在农作物、园艺作物、林木和药用植物上广泛应用[8~11]。胚乳培养的主要目的是获得具有利用价值的三倍体植株。目前有40多种植物的胚乳培养达到了不同程度的细胞分化和器官分化,不少植物已得到再生植株。我国在马铃薯、小麦、水稻、苹果、桃、猕猴桃等10多种植物上得到了胚乳再

7、生植株[12]。胚乳培养还可作为研究淀粉等营养物质合成和代谢的实验体系。通过胚乳培养产生的一些非整倍体,可以作为遗传分析的材料。但相对于其他植物器官、组织和细胞的培养,胚乳培养相对较难,故应用并不普遍。植物离体受精可以通过离体柱头授粉、离体子房授粉、离体胚珠授粉、离体精细胞和卵细胞融合等方法实现。该技术可以克服植物授粉不亲和的问题,同时也可以进行胚胎、种子和果实发育机理等基础研究。人工分离的精细胞和卵细胞融合后进行合子胚培养,已在玉米等植物上获得成功[13]。植物离体受精技术是植物细胞工程中的重要实验技术,为研究植物胚胎发育机