植物细胞工程-.docx

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1、植物细胞工程在基础研究领域的应用与展望摘　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的应用,展望了植物细胞工程的发展方向。关键词:植物细胞工程;基础研究;技术应用;展望植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,在细胞水平上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。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

2、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。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。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果。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

3、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。在植物离体形态建成中,生长素与细胞分裂素的比例是

4、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。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,还可为植物器官发生和体细胞胚发生

5、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。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

6、桃等10多种植物上得到了胚乳再生植株。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。2·2　加倍单倍体技术及其应用：加倍单倍体技术是指利用植物组织培养技术培养单倍体植物材料(花药、花粉、未受精的子房和胚珠)获得单倍体植物,然后通过自然或人工加倍的方法获得双倍体植株的技术,其中以花药和花粉培养应用最为广泛。利用加倍单倍体技术进行花药和花粉培养,已在250多种植物上获得成功,中国、加拿大、澳大利亚、欧盟等在花培育种中取得了突出的研究成果。我国在花药培养和单倍体育种方面总体上处于世界前列,由朱自清等研制的N6培

7、养基广泛应用于禾本科植物的花药和花粉培养,已成为国内外花培的通用培养基。利用花培技术,我国在水稻、小麦、油菜、大麦、甜椒等作物上培养了许多新品种,中花系列水稻品种、京花系列小麦、华油一号油菜等一大批育成品种的推广,取得了较好的社会效益和经济效益。利用花培技术获得染色体代换系、附加系,已应用于小麦、大麦以及一些茄科植物的遗传改良,大大提高了远缘杂交育种的效率。2·3　原生质体培养和体细胞杂交：原生质体培养和体细胞杂交是植物细胞工程的核心技术之一,为克服植物远缘杂交不亲和性,创造新的种质资源,实现植物遗传转化和进行细胞

8、学的基础研究提供了重要的技术支撑。自1971年Takebe等首次报道获得烟草叶肉原生质体再生植株以来,原生质体培养和体细胞杂交技术一直是植物细胞工程的重要研究领域,在分离原生质体的材料选择、培养基与培养环境控制、体细胞杂交技术等方面进行了大量研究,建立了原生质体培养和体细胞杂交的技术程序。目前获得的原生质体再生植株包括粮食作物、蔬菜、果树、花卉、林木、药用植