肖琳茜

摘? ?要：植物組織培養(yǎng)技術(shù)在育種上有廣泛應(yīng)用。針對植物組織培養(yǎng)技術(shù)在單倍體育種、多倍體育種、突變體育種及轉(zhuǎn)基因育種方面的研究作了簡要論述。

關(guān)鍵詞：植物組織培養(yǎng)技術(shù);育種;應(yīng)用

文章編號： 1005-2690（2018）12-0053-02? ? ? ?中圖分類號： Q943.1? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

植物組織培養(yǎng)技術(shù)是以植物細(xì)胞全能性為基本理論，利用植物的離體組織器官，如植物的根、莖、葉和花等，培育出完整可育后代的一種生物技術(shù)。當(dāng)前，植物組織培養(yǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、醫(yī)學(xué)等方面，尤其在作物育種方面的應(yīng)用取得了卓越成效[1]。本文主要就植物組織培養(yǎng)在單倍體育種、多倍體育種、突變體育種及轉(zhuǎn)基因育種方面的研究進(jìn)行了探討。

1? ?單倍體育種

單倍體育種是指對植物的單性生殖細(xì)胞（如花藥），利用植物組織培育技術(shù)進(jìn)行離體培養(yǎng)，從而產(chǎn)生單倍體植物，再經(jīng)過藥物（如秋水仙素或者低溫誘導(dǎo)）形成二倍體純合植株的方法[2]。單倍體育種最早起源于曼陀羅花，1921年意大利植物學(xué)家Blakesly和Guha首次利用曼陀羅花藥獲得單倍體植株，并成功將其加倍形成純合品系。自此單倍體花藥育種成為植物育種的新手段。我國于1972年開始進(jìn)行花藥單倍體育種，并于1974年成功培育出世界上第一個單倍體作物新品種——煙草單育一號。近年來，我國研究工作者又陸續(xù)培育出煙草、小麥、水稻、橡膠、玉米和辣椒等20多個品種，如煙草單育一號、水稻單豐一號、水稻中花一號及小麥花培一號等。到目前為止，通過單倍體育種手段成功培養(yǎng)出的新品種和雜交品種達(dá)到34科、88屬、256種。

單倍體育種在雜交育種方面優(yōu)勢明顯。以水稻為例，利用傳統(tǒng)回交方法得到一個水稻新品種所需時間為5年，但利用花藥離體單倍體育種，不僅可明顯縮短育種年限，而且能將所需基因型穩(wěn)定遺傳下去。因此，單倍體育種可明顯縮短育種年限[3]，簡化育種選育過程，提高基因型選擇率，突破自交不親和物種，克服遠(yuǎn)緣雜交不育性。此外，單倍體育種還可減少人工成本，節(jié)約土地資源。

2? ?多倍體育種

多倍體育種起源于18世紀(jì)40年代，美國科學(xué)家Blakeslee和Avery利用秋水仙素處理未萌發(fā)植物種子，成功獲得了同源多倍體。1840年，全世界各地育種工作者利用多倍體育種獲得1 000余種植物。20世紀(jì)30年代，科研工作者開始利用植物胚乳作為外植體進(jìn)行多倍體育種，并首次在蘋果上獲得了三倍體，隨后又成功在多種經(jīng)濟(jì)作物，如小麥、水稻、柑橘、馬鈴薯、獼猴桃等作物上獲得多倍體植株，到目前為止，已經(jīng)在20余種植物中獲得胚乳多倍體植株。傳統(tǒng)三倍體植物通過2n×4n有性雜交獲得，但此方法選育時間較長且雜交難度大，現(xiàn)如今采用的胚乳多倍體育種可解決這一難題。被子植物的胚乳屬于雙受精三倍體植物，將胚乳作為外植體進(jìn)行離體組織培養(yǎng)可獲得三倍體植株，再進(jìn)行染色體數(shù)目加倍可得到六倍體植株，從而解決單倍體植株不育性問題。

多倍體植物在自然界中普遍存在，在植物遺傳進(jìn)化中有著重要的作用，具有植株巨型化、重瓣性強(qiáng)、花色濃艷、抗逆性強(qiáng)、營養(yǎng)成分增加等諸多優(yōu)勢，也是克服遠(yuǎn)緣雜交不親和性及遠(yuǎn)緣雜種不育性的重要手段，被廣泛應(yīng)用于育種研究中。

3? ?突變體育種

人口增多、耕地減少、環(huán)境污染、病蟲害嚴(yán)重等是我國21世紀(jì)面臨的重大挑戰(zhàn)，從20世紀(jì)60年代起，我國通過誘發(fā)突變培育出高效優(yōu)質(zhì)的植物品種，已取得了較大進(jìn)展。人工誘變已成為育種學(xué)家創(chuàng)造新的種質(zhì)資源的重要途徑，其有效地促進(jìn)了農(nóng)作物新品種選育工作的發(fā)展。突變體育種是指人為選用自發(fā)突變體和誘發(fā)突變體材料進(jìn)行組織培育獲得新品種的方法[4]。自發(fā)突變體是指在自然狀態(tài)下基因突變形成的突變體材料，一般突發(fā)頻率較低。誘發(fā)突變體是指由于物理、化學(xué)及生物因素誘發(fā)基因突變、染色體畸變、細(xì)胞質(zhì)突變等形成的突變體材料。突變體育種中更多采用的是誘發(fā)突變體育種手段。

在植物組織培養(yǎng)過程中，由愈傷組織途徑獲得再生植株的頻率比不定芽高，而由細(xì)胞培養(yǎng)途徑獲得再生植株的頻率比器官、組織途徑高，這是因為處于分裂旺盛的愈傷組織和懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞缺乏組織結(jié)構(gòu)，容易受培養(yǎng)基和物理、化學(xué)等誘變因素的影響而產(chǎn)生基因變異，從而形成一個巨大的可供突變體選擇和利用的遺傳變異庫。突變體育種在改良作物單一性狀、提高植物抗性、改善植物營養(yǎng)成分等方面有著重要作用。目前，育種專家已經(jīng)成功篩選出耐鹽小麥、耐旱水稻、抗病馬鈴薯等農(nóng)作物新品種。在培養(yǎng)基中添加高濃度氯化鈉創(chuàng)造高鹽條件，在此狀態(tài)下會造成大部分小麥細(xì)胞死亡，那些極少存活下來的、能穩(wěn)定遺傳的細(xì)胞便具有耐鹽特性，進(jìn)而通過組織培養(yǎng)形成耐鹽植株。目前，國外已經(jīng)有學(xué)者在海邊利用鹽堿地進(jìn)行大麥種植試驗，雖然還未能推廣，但對選育抗鹽植株及改良西部鹽堿地作物品質(zhì)具有重要的推動意義?？购邓镜倪x育過程與上述類似?？共●R鈴薯選育過程是采用提純毒素的方法，在培養(yǎng)基中添加毒素混合物培養(yǎng)細(xì)胞，最終選取對毒素不敏感的并能穩(wěn)定遺傳的細(xì)胞系。

相較于單倍體育種和多倍體育種而言，突變體育種的優(yōu)勢極為明顯，主要體現(xiàn)在以下幾方面：首先，可大幅提高經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量。以糧食作物為例，通過突變體育種使得其產(chǎn)量在1949—1984年間增加1倍多。其次，突變體育種可明顯改善植物品質(zhì)，增強(qiáng)抗性。通過突變體育種改良的抗倒伏、適應(yīng)性強(qiáng)且產(chǎn)量較高的小麥新品種，在東南亞及中東等地區(qū)有較大范圍種植。此外，突變體育種也可選育出抗病蟲害、抗旱經(jīng)濟(jì)作物，既為我國西北干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作出貢獻(xiàn)，又減輕了農(nóng)藥殘留對環(huán)境的污染。最后，大幅度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。通過突變體人工選育的農(nóng)作物，其性狀單一、穗層整齊且成熟一致，可大大提高機(jī)械化收獲的效率。

4? ?轉(zhuǎn)基因育種

轉(zhuǎn)基因育種是指通過基因工程手段，將從植物、動物或微生物中分離得到的目的基因片段進(jìn)行定向修飾，并整合到植物基因組中，從而得到抗性較強(qiáng)、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的轉(zhuǎn)基因作物[5，6]。轉(zhuǎn)基因育種的研究開始于20世紀(jì)60年代，并于1983年成功獲得第一株轉(zhuǎn)基因植物。截至目前，全世界種植了約24種轉(zhuǎn)基因作物，其中，大豆的種植面積約占轉(zhuǎn)基因作物總面積的50%;另外，玉米占30%、棉花占14%、其他作物僅占1%。近年來，發(fā)展中國家大力種植轉(zhuǎn)基因作物，不僅解決了田間害蟲、雜草的問題，還將農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)效益提高了14%。

轉(zhuǎn)基因育種相較于傳統(tǒng)雜交育種，實現(xiàn)了跨物種基因重組，其將目的基因定向轉(zhuǎn)移到目標(biāo)植株中，使植株獲得人類所需的特定性狀。例如，抗蟲棉就是將蘇云金芽孢桿菌中的特定殺蟲蛋白基因和棉花基因進(jìn)行基因重組，實現(xiàn)棉花的抗蟲特性，減少棉鈴蟲的危害及農(nóng)藥使用對土壤的污染?？钩輨┺r(nóng)作物是將抗除草劑甘膦基因轉(zhuǎn)入到農(nóng)作物中，從而在農(nóng)藥甘膦使用時，達(dá)到只除草不為害農(nóng)作物的效果。轉(zhuǎn)基因育種的出現(xiàn)為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗農(nóng)作物新品種培育提供了新的技術(shù)途徑。

5? ?展望

目前，植物組織培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，特別在育種上的長足發(fā)展，使許多傳統(tǒng)方法無法解決的問題迎刃而解，并與其他技術(shù)相結(jié)合創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。其產(chǎn)生的高效應(yīng)為解決目前國際上存在的糧食問題、瀕危物種保護(hù)問題作出了巨大的貢獻(xiàn)。而對于組織培養(yǎng)過程中出現(xiàn)的污染現(xiàn)象、外植體褐變等問題，尚未找到普遍適用的解決方法，成為植物組織培養(yǎng)技術(shù)的主要阻礙。因此，應(yīng)加強(qiáng)對植物組織培育技術(shù)的研究，以便輔助其在育種上的應(yīng)用發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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（收稿日期：2018-11-13）