全 文 ：植物组织培养的现状和将来
一一 以 桑科植物 的组织 , 细胞培养为中心一一
〔 日〕 信州大学纤维学部 钾金健吾
生命科学最近 10 年间的爆发性进展令人
惊异 , 人们不禁会思索 , 它是否意味着生物
工程学的时代到来了 。 在试验管中 , 并没有
什么神秘的东西 , 就从细胞块中长出了胡萝
卜和草苟 ; 从除去了细胞壁的裸细胞一一原
生质体中再生出了烟草 , 更进一步的是马铃
薯和西红柿的结合而得的工〕 o m at 。在试 管 中
诞生 了 。 这一切不可想像的现象 , 超 出了既
成的生物概念 , 使其发生了深刻的变化 。
当今 , 电视 、 报纸所报导的生物工程学
( b i o t e e h n o l o g y ) 的研究领域 ( b部 门 )
中 , 包括了组织培养技术 , 本稿就 以此为主
题 , 结合介绍笔者的研究内容 , 述及组织培
养的概要 。
高等植物的组织培养 , 一般被定义为 :
把植物体的各个不同部分 ( 细胞 、 组织 、 器
官 ) 从母体中分离 出 , 进行无菌培养 , 使其
生长发育的一门技术 ( w h i t e 1 9 3 6 ) 。 本世
纪初植物学家H e : b e r l a n d ( 1 9 0 2 ) “ 植物细
胞具有即使在单独状态下 , 如果给予适当的
条件 , 也能作为最小单位的生物体 , 分裂增
殖 ,成长为一个植物体的潜在的发育能力 ” 。
的假说 , 在数十年后被实现了 。 生产 P o m a -
ot
, 干扰素等杂种植物和有用物质的基 因工
程学技术也与组织培养方法相随 , 在生物工
程学的道路上迅速地前进着 。
以下就 以桑科植物 ( 桑 、 褚 、 拓 ) 的组
织 、 细胞培养的主要项 目为中心 , 结合一般
园艺植物的组织培养 , 对其现状及今后的课
题进行论述 。
八 、 桑树的组织 、 细胞培养
( l ) 通过分离芽的培养育成桑树个体
用通常的茎顶培养法在试管中 , 无菌培
养桑冬芽或腋芽 , 育成新个体 。 即在无菌条
件下摘取普通或倍数体桑芽的生长点部位 ,
如置于含有植物生长 激 素 N A A ( 1 一
n a P li t h a 一 l e n e a e e t i e a e i d ) 、 BA ( 6 一
b e n z y l a d e in n e ) 等一定浓度的量 和 糖 类
( 蔗糖 、 果糖等 ) 的 M 。 二 s h i g 。 & S k 。 。 g
( M
s
) 的琼脂培养基中 , 于 2 7 士 1 ℃ 和
1 6 L S D或 1 2 L 12 D 的光周条件下培养 , 不
久供试芽形成茎叶 , 而后随着发根生长成为
完全的桑个体 , 这期间植物激素 , 糖种类的
量的变化是培养芽生长的关键 , 在探索品种
间差异 , 研究发芽 , 开花生理及桑 的遗传资
源的保存方面 , 都在被广泛地利用着 。
( 2 ) C al lu s 培养及其器管再分化
在无菌条件下切取桑枝条或新梢 , 置于
含上述的植物激素和蔗糖的琼脂培养基中培
养 , 就从其切口和皮层周缘部形成了 C al lu s
( 细胞块 ) 。 这种 e a l l u s也 口11愈伤组织 , 足
未分化细胞 的集合体 ( 图 1 ) 。 C al lu s 的
形成很大程度受其培养条件的影响 , 特别是
生长素和细胞分裂素的量 比及糖类 、 无机盐
类 、 各种抽 出物的影响 。
把去分化的 C al l us 继续培养 , 就会 在
其内部产生特殊细胞的分裂 , 进而形成 一定
的细胞构造 , 这部分不断生长 , 形成芽 、 根
等器 官 , 这就叫再分化 。 在一系列 的 研 究
中 , S t e w a r d等 ( 1 0 5 8年 ) 所进行的胡萝 卜
的研究一例 , 就是上述 H e r be r l a n d 的予言
的一个 有力的证明 。 因植物激素 、 细胞分裂
素 ( C )和生长素 ( A )的比例不同而导 致
发芽 ( C >A )或发根 ( A >C ) , 两 者 比
例适中时只会使 C al l lst 增殖 , 这种 有 趣 的
相互作用介于再分化间题中。
桑树方面 , 培养 C al lu s的再分化上 , 诸
多的实验例均只是产生不定根 ( 图 2 ) , 而
更为重要的不定芽却往往不发生 。 对此 , 笔
者使用水泽 , 一之懒 , 清 + 郎等桑品种的实
生苗下胚轴 ( 子叶下的胚轴 ) , 诱 导 C al l -
u s , 再把此 C al lu s移至含N A A 5 x 10 一了 M
+ K I N ( I交i l z e t i n ) 1 0 一 “ M , N A A 5 X 1 0 一 6
M + K 1N 5 K 1 0
一 7
M
,
1BA ( i n d o l e 一 3 一
b u t 丁r i C a e i d ) 5 火 1 0 一 。 M + K I N l o 一 6 M 等
各种组合的激素添加物的M s培养 基 中 , 诱
导不定芽成功 , 育成 了完整的再生 桑 固 体
( 图 3 ) 。
( 3 ) 原生质体的分离 , 培养及其细胞
融合
植物活细胞上复盖着厚厚的细胞壁 , 除
去了细胞壁的细胞叫做原生质体 。 1 9 6 。年 ,
C o c k in g 用酶 液分离 西红柿的根尖细 胞 成
功 以来 , 从各种植物的不同组织中获取原生
质体的试验一直被进行着 。 其 中 , 从建部等
( 1 9 6 8年 ) 进行的分离烟草叶内原生质体的
基础研究开始 , 原生质体的培养 、 增殖及其
植物体再生 , 由细胞融合而育成杂种植物 ,
遗传物质的组换 , 光合作用的研究等等 , 目
前被广泛地利用着 。
大山等 ( 1 9 7 4 ) , 笔者等也在桑树的原
生质体研究方面初见端绪 , 正在向细胞育种
方面做努力 , 笔者从桑 叶内组织及培养 C a -
1 1u s 中分离出原生质体 ( 图 4 ) , 持续地进
行着培养 ; 最近 , 用酶 液分离了除毛桑 ( 6
倍体 ) 外 , 其他 2 、 3 个品种的培养 C a l u s
的原生质体 , 进而在改良了的 K a o al : d M -
i e h a y l u k ( 1 9 7 5 ) 培养基 ( Z P 、 3 P 、
S F ) 中培养 。 少鱿结果 , 从毛桑原生质 体 由
来的分裂细胞和细胞群 ( 图 5 ) 形成最多 ,
目前 , 正进一步地向细胞群体形成一 C a l l u `
化的研究迈进 。
另 一方面 , 这些单离了的原生质体的从
细胞融合到体细胞杂种的基础实验也在被进
行着 , 原生质体的融合有各种方法 , 当今 ,
以 p o l 了 e t h 了 l e n e g l了e o l ( 聚 乙 二 醇 、
P E G ) 法 , 使种间植物细胞融合的试验 ( 图
6 ) 已得到若干知见 ; 希望今后进一步探讨
桑科类各种 、 属 间的融合问题 , 以达到所期
目的 。
B
、 褚 、 拓的组织 、 细胞培养
( 1 ) 褚 、 拓的 C al l us 培养及其再分化
由与桑最近缘的褚 ( B r o u s s o n e t i a K -
a z 扭 。 ik ) 的组织培养而得来 的植物 再 生 ,
比桑容易 。 大山 ( 1 9 7 3 ) 、 关等 ( 1 9 7 5 ) ,
笔者 ( 1 9了3 ) 已进行过尝试并得到了若干再
生个体 , 褚与桑 的不同点是 , 为使 其 再 分
化 , 培养时不需生长素 ; 由 B A等细胞激 动
素单独作用就能达到再分化 的目的 。 可 以称
之为具有较高的 , 从细胞到植物体形成的分
化全能性的良好素材 。 拓 ( C u d r a in a t r i -
e u s p i d a t a ) 也 由关 等 ( 1 9 7 5 ) 从 培 养
C a l lu s 中再分化成功 , 被认为是与褚 同 样
具较高全能性的 。
( 2 ) 褚 、 拓的原生质体培养和植物再
生
冈 、 大山等培养褚的原生质体 , 获得了
再生植物 , 一举成功 。 这是 日本第一 次从木
本植物的原生质体中育成再生个体的一个功
绩 , 也是 以桑科植物为素材的一个很好的成
功例 。 笔者的研究室也继续着这项研究 ; 从
两者的群体来看 , 本研究室是着重于进行拓
的再生植物研究 。
c
、 桑细胞育种方面今后的课题
上述 由细胞融合创造出体细胞杂种的研
究 , 改变了以往的育种概念 , 对于农业 , 其
意深长 。 从农水省蚕丝试验场有关桑的课题
中也可突出 , 桑方面 , 今后作为新的遗传资
源 的桑和褚的属间杂交种的 育 成 最简捷的
方法 , 还是运用细胞工程学育种的技术 。 以
桑科的桑 、 褚植物或桑 、 拓植物的育成为 目
标 , 是笔者研究室面临的紧迫课题 , 目前正
处全力以赴的努力中 。
D
、 其他园艺植物 ( 花卉类 ) 的组织 培
养
笔者研究室在推进上述桑科植物生物工
程学这一主题的同时 , 也在进行着以园艺植
物的花卉类为 中心的组织培养。 眼下 , 康乃
警等 ( 图 7 ) 的茎顶培养除病毒和从草荀等
的培养C a l ls 中诱导再生植物体的研 究 , , 已
陆续取得了成果 。 以上田市为 中心 , 近郊地
区的有关人员的来访 , 参观也络绎不绝 。
展望二十一世纪 , 从高度技术集中城市
的构想看生物工程学的研究开发 , 如果上述
一系列研究对未来的研究开发有作用的话 ,
我们将感到欣慰 。
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本刊注 : 本文系押金健吾中文原稿
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