草莓组织培养

（三）草莓组织培养

1.组织培养的意义

植物组织培养是20世纪发展起来的一门新技术。近50年来广泛应用于植物科学研究和生产中。利用微茎尖组织培养可获得无（脱）毒草莓苗是组织培养的意义之一，归纳起来组织培养在植物生产和科研中有如下意义。

（1）植物的快速繁育

植物组织培养开创了植物快速繁育的新纪元。由于不受季节限制，草莓的一个顶芽，一年内可繁育108个芽；一株葡萄，一年可繁殖3万多株；一株兰花，一年可繁殖400万株。比常规方法快数万倍到数百万倍，能及时给生产上提供大量苗木。对一些繁殖系数低、不能用种子繁殖的“名、优、特、新、奇”的作物，品种的繁殖更为重要。目前，园艺作物及经济林木等部分或大部分都用离体组织培养快繁提供苗木。由于组织培养最初是在试管中进行，所以也被称作试管苗。试管苗在国际市场上已经成为产业化。如美国的Wyford国际公司年产组培苗3000万株，包括花卉、蔬菜、果树及林木；以色列的Benzur苗圃年产组培苗800万株，主要为观赏植物；中国进入工厂化生产的植物主要有香蕉、甘蔗、桉树、葡萄、苹果、草莓、马铃薯、非洲菊、芦荟等。

（2）无病毒苗木培育

很多农作物都带有病毒，特别是无性繁殖植物，如草莓、马铃薯、大蒜等，病毒在体内积累，影响其生长和品质、产量，给生产造成极大损失。已知草莓中造成严重损失的病毒有4种，侵染大蒜和马铃薯的病毒都在10种以上。利用微茎尖组织培养可以全部或部分脱除植物体内的病毒，获得无毒或少毒苗木。脱毒草莓的产量比对照高21.0%～44.9%。目前利用组织培养脱除植物病毒的方法已在许多果树、蔬菜和花卉中应用。

（3）培育新品种或创造新物种

应用植物组织培养的理论和技术，可以加速育种进程，培育新品种或创造自然界中的新物种。

①培育远缘杂种。利用组织培养克服远缘杂交障碍。采用胚的早期离体培养可以使杂种胚正常发育，产生远缘杂交后代，从而育成新物种。通过原生质体的融合，克服有性杂交的不亲和性，获得体细胞杂种，创造出新物种或新类型，这是组织培养很诱人的一个方面。目前已育成40余个种间、属间甚至科间的体细胞杂种植株或愈伤组织，虽然这些杂种植株或愈伤组织尚无实际应用价值，但随着原生质体融合、选择、培育技术的不断成熟和发展，今后有望获得更多有一定应用价值的经济作物的体细胞杂种和新品种。

②离体选择突变体。培养的细胞无论是愈伤组织还是悬浮细胞，由于处在分裂状态，易受培养条件和诱变因素的影响产生变异，从中可以筛选出对人类有用的突变体，从而育成新品种。尤其对原来诱发突变较为困难、突变率较低的一些性状，用细胞培养进行诱发、筛选和鉴定时，由于处理细胞数远远多于处理个体数，因此一些突变率低的性状有可能从中筛选出来。目前用这种方法已筛选出抗病、抗盐、高赖氨酸、高蛋白的突变体，有些已用于生产。

③单倍体育种。由于具有所有基因均能表现、基因型可快速纯合等优点，单倍体育种已成为一种新的育种手段。通过花药的组织培养育成大面积种植的作物新品种已变成可能。

（4）次生代谢物生产

利用组织或细胞的大规模培养，可以生产人类需要的一些天然有机化合物，如蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱及其他活性化合物。因此这一领域引起了人们的极大兴趣。目前，已从200多种植物的培养组织或细胞中获得了500多种有效代谢产物，包括一些重要的药物。有40余种化合物在培养细胞中的含量超过原植物。特别是天然蕴藏量少、含量低但临床效用高的成分，利用组织培养进行大规模生产，具有巨大的经济效益和社会效益。

（5）植物种质资源的离体保存

种质资源是作物育种过程中采用的材料，是农业生产的基础。生物的多样性是人类可持续发展的保证。而自然灾害、生物间竞争及人类活动等已造成相当数量的植物物种消失或正在消失，特别是具有独特遗传性状的生物物种的绝迹，更是不可挽回的损失。常规的植物种质资源保存方法耗费人力、物力和土地，使得种质资源流失的情况时有发生。1975年，Henshaw和Morel首次提出离体保存植物种质资源的策略。目前已有许多种植物种质资源在离体条件下，通过抑制生长或超低温贮存的方法，使培养材料得以长期保存，并保持其活力，既节约了人力、物力和土地，还防止了有害病虫的人为传播，更便于种质资源的交换和转移，给保存和抢救有用基因带来了希望。如草莓茎尖在4℃黑暗条件下，茎培养物可以保持生活力达6年，期间只需每3个月加入一些新培养液。

（6）人工种子

人工种子的概念是1978年美国生物学家Murashige首先提出的，它是指植物离体培养中产生的胚状体或不定芽，被包裹在含有养分和保护功能的人工胚乳和人工种皮中，从而形成能发芽出苗的颗粒体。人工种子的意义在于：

①人工种子结构完整，体积小，便于贮藏与运输，可直接播种与机械化操作；

②不受季节和环境限制，胚状体数量多、繁殖快，利于工厂化生产；

③利于繁殖生育周期长、自交不亲和、珍贵稀有的一些植物，也可大量繁殖无病毒材料；

④可在人工种子中加入抗生素、菌肥、农药等成分，提高种子活力和品质；

⑤体细胞胚由无性繁殖体系产生，可以固定杂种优势。虽然人工种子的研究已有20多年，但一些难题仍然未能得到很好解决，目前人工种子仍处于探索阶段，相信随着研究的深入，限制其在商业应用中的问题将逐步得到解决，必将对作物遗传育种、良种繁育和栽培等起到巨大的推进作用，掀起种子产业的革命。

2.组织培养的原理

将植物的组织或器官的部分细胞，在离体条件下培养成一个完整的植株，主要取决于植物本身的特性，其次是人类为其创造的环境条件。

（1）植物细胞的全能性

植物的全部细胞或是从一个受精卵通过有丝分裂而来，或是从营养器官通过有丝分裂产生。因此，它们都具有整套相同的遗传信息，具有遗传信息传递、转录、翻译的能力。在正常情况下，各个细胞由于受到所在器官、组织的约束，它们只能表现出一定的形态和生理功能，但遗传潜力并不消失。因此，当这些细胞脱离器官与组织，摆脱约束成为离体状态时，在适宜的营养、激素、温度、光照等环境条件下，都有可能生长、发育、分化成一个完整的植株。理论上讲，植物体上任何一个细胞都有发育成一个完整植株的可能。

（2）植物的再生能力

人类很早就发现了植物的再生能力，如有些果树、花卉可以扦插繁殖。植物之所以具有再生能力，是因为植物的根、茎、叶等器官从母体分离后，其切口部位组织因受伤而产生创伤激素，促进愈伤组织形成，并凭借内源激素和自身的营养分化成新的器官。在自然条件下，有些植物的组织器官再生困难，这是因为其内源激素调整缓慢或不完全。而在人工组织培养时，人们可以满足其所需的各种营养，特别是不同阶段所需的激素营养，使植物的再生作用得到很好的发挥。

（3）适宜的环境条件

①无菌条件。对接种材料及培养基都进行严格的灭菌，接种过程及培养过程也在无菌条件下完成。

②适宜的营养条件。培养基中含有无机盐（包括大量元素和微量元素）、有机化合物、植物激素、天然化合物及水等物质，能完全满足植物生长发育的各种需要。

③适宜的温、湿、光、气等条件。培养过程一般要保持23～27℃的温度及适宜的环境湿度，进入形态分化后，需要用日光灯补充光照，整个培育过程都要保持培养材料周围有较充足的氧气供应。

3.组织培养的基本设备

（1）组织培养室

组织培养室包括准备室、接种室和试管苗培养室。组织培养室内壁和地面应洁净、光滑，接种室和试管苗培养室密封良好，便于消毒。试管苗培养室最好安装空调。面积可根据生产规模而定，一般不少于60平方米。

（2）组培室基本设备

准备室应有自来水、蒸馏水、电冰箱、药品贮藏柜、高压灭菌锅、电炉子、粗天平、分析天平、各种玻璃器皿、平台及培养瓶架等；接种室应有超净工作台、解剖镜、接种刀、接种针、剪子、镊子等；试管苗培养室应有钢制多层培养架，架上安装日光灯以补充光源，装有紫外灭菌灯。