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植物組織培養的鼎盛時期是什麽時候?

據中國科學家羅世威統計,上世紀60年代初,只有十幾個國家的幾個實驗室從事組織培養研究,而到了70年代,植物組織培養領域還是空白的國家屈指可數。由於理論基礎和技術條件,以及20世紀60年代組織培養快速繁殖蘭花的巨大成功,極大地促進了植物組織培養的全面發展,微繁殖技術得到了廣泛應用。隨著蘭花的成功工業化繁殖,快速繁殖開始用於經濟價值高的名優作物新品種,如甘蔗、香蕉、柑橘、咖啡、苧麻、玫瑰、郁金香、菊花、牡丹、康乃馨、案樹和泡桐。繼馬鈴薯脫毒苗研究成功後,可大量生產草莓、葡萄、大蒜、蘋果、棗樹等無性繁殖植物的脫毒苗並應用於生產。根據20世紀80年代初的統計,成千上萬的植物通過植物組織培養參與無性繁殖(見表)。

植物組織培養無性系的繁殖

植物組織培養具有廣闊的應用前景,這已被近年來越來越多的實踐所證實。隨著研究的深入,組織培養將顯示出更多的功能。

首先,在人工種子的研究和生產上。因為在植物組織培養過程中發現了體細胞胚(形態上類似合子胚),如果在這種體細胞胚上覆蓋壹層人工胚乳,就可以獲得人工種子,人工種子在適當的條件下可以像普通種子壹樣發芽生長。體細胞胚的大量繁殖和人工種子的制作為無性繁殖開辟了新的領域。人工種子技術的建立和發展可以快速培育出優良的品種或雜交種,保持其優良的品種和整齊度。壹些稀有品種、難以保存的種質資源、遺傳不穩定或育性差的材料可以通過人工種子技術進行繁殖。人工種子體積很小,只有幾毫米,而通常體外繁殖的身體都是十幾、幾十厘米。繁殖體很小的人工種子,儲存和運輸都非常方便,可以像天然種子壹樣用機械直接在田間種植。

其次,在與基因工程相結合的研究和應用中,近年來,由於通過基因工程克隆了大量有用產品的基因,特別是幹擾素、胰島素等藥物達到了工業化生產的規模,植物學科受到了前所未有的震動,許多生物學家和生物化學家開始研究基因工程,試圖根據人們的需要定向改良作物。比如將抗病、抗蟲、抗鹽堿的基因或增強作物光合作用的基因導入壹些重要作物,通過組織培養進行無性繁殖,使獲得的性狀優良的植株擴大,盡快產生經濟效益。目前,抗蟲棉和抗病毒煙草已用於田間試驗,引起了各方面的廣泛關註。科學家們預測,在21世紀,農作物的產量將大大增加,質量將得到飛躍式的提高。

第三,組織培養在生產有用產品的研究和應用中也有廣闊的前景。植物幾乎可以產生人類所需的所有天然有機化合物,如蛋白質、脂肪、糖、藥物、香水等,這些化合物都是在細胞中合成的。因此,通過植物組織培養,通過植物細胞、組織或器官的無性繁殖,可以在人工控制下生產這些化合物。這壹目標壹旦實現,將改變過去依靠天空和太陽種植作物的傳統農業,成為工廠化的農耕生產,從而擺脫上帝的支配,為人類進入其他星球建立太空工廠化農耕提供食物和藥物奠定堅實基礎。這個神奇的理想會隨著科技的發展而實現。因為目前單細胞培養生產蛋白質已經成功,日本發酵罐生產紫草素已經達到工業生產規模;細胞培養生產活性成分領域的研究方興未艾。

植物的細胞懸浮液,如胡蘿蔔和煙草,可以在-20℃至-1%℃下保存幾個月,但它們仍然可以再次生長並再生植株。如果中國南方的橡膠資源庫能夠通過這種方法得到保護,那麽橡膠資源庫將為生產和研究提供源源不斷的原料。

最後是在理論研究中的應用。理論是在實踐的基礎上總結和發展起來的,對實踐有壹定的指導作用,實踐的發展又能促進理論研究的深化和更新。植物組織培養作為壹項技術已廣泛應用於植物學的各個方面,促進了植物遺傳學、生理學、生物化學和病理學的研究。它已成為植物科學研究的常規方法。

從花藥和花粉培養獲得的單倍體和純合二倍體植株是研究細胞遺傳的極好材料。在細胞培養中容易引起突變和染色體改變,從而獲得新類型的作物,為研究染色體工程開辟了新的途徑。

細胞是壹切生理活動進行的場所。植物組織培養有助於了解植物的營養問題,可以深入研究礦質營養、有機營養和植物激素的作用機理,比自然條件下的實驗條件更容易控制,能得出更有說服力的結論。

利用細胞培養鑒定植物抗病性也將變得簡單有效,可以很快得到結果。

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