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植物組織培養

Wikipedia · 2026-06-21 维基百科 👁 1 阅读

組織塊（綠色）。]]
植物組織培養（）包括整株植物、器官、組織、細胞及原生質體等不同層次的培養，將這些材料置於能供給生存條件的培養基上，並能在無菌的狀況下使其正常生長的技術。植物組織培養應用的範圍相當廣泛，在基礎研究部分，可利用培養系統對植物細胞的營養、代謝、生長、分化、細胞遺傳等領域進行探究；而在實際應用方面，則包含健康無菌苗的大量繁殖、人造種子的生產、種源保存、突變誘導、多倍體、細胞融合及二次代謝物的生產等，近年來更發展到基因轉殖技術，對植物的改良與生產的增進都提供了更有效率的方式，為20世紀植物科學的一大突破。

歷史
概念
1838年及1839年，德國植物學家馬蒂亞斯·雅各布·施萊登以及特奧多爾·許旺，皆是從精子與卵子可以發育為完整生物體的觀點出發，以細胞生物學理論進行推測，各自發表了有關細胞全能性的猜想，但因兩人都沒辦法提出有力的實質證據，這樣的討論就因此停歇，然此概念卻成為組織培養發展的重要啟示而後於1861年，德國專研無機鹽養分的農業化學家發表了克諾普培養液，為培養基之無機鹽成分組成奠下了根基。最後則是於1884年，義大利植物學家對植物細胞分裂調控做出詳細探究，成為日後組織培養技術發展的重要基礎。

探索階段
1893年，奧地利植物學家，將植物的芽、根部等組織放置在濕潤的砂礫上進行培養，欲探究植物組織增殖的限制。雖然此研究並非於無菌狀態下操作，不符合現今組織培養的定義，卻將「植物組織培養」的概念給實際化，因此被視為植物組織培養的先驅。。

提出了細胞全能性的猜想，推測離體細胞具有再生完整植株的潛力。為論證這一設想，他在加入蔗糖的克諾普培養液中以無菌方式培養單個離體細胞，期盼該細胞能進行分裂，再生為完整植株。遺憾的是，雖然能明顯觀察到該細胞的生長、細胞壁的增厚以及澱粉的形成等，但沒有一個細胞被誘導並發生分裂，無法在當時以實驗應證其假說。雖然如此，但哈伯蘭特仍是第一個做到無菌細胞培養的科學家，也因此被尊稱為組織培養之父。

自哈伯蘭特的實驗之後，直到1934年培養番茄根尖細胞成功為止，中間32年，植物組織培養技術仍處於探索之中，整體進展不大，主要僅在兩方面取得具深遠意義的結果。一方面是胚培養的實驗，1904年法國植物學家埃米爾·漢尼格（Hannig Emil）在無機鹽及蔗糖溶液中培養了胡蘿蔔與辣根菜的胚，並使這些胚在離體的下發育成熟。後來德國植物學家在1925及1929發表了有關亞麻種子雜交後代之過程，證明胚培養在植物遠源雜交育種應用之可能性；另一部份是根培養的實驗，1922年美國植物學家與德國植物學家瓦爾特·科特（Walter Kotte）發表了有關根尖培養之結果，他們假設使用分化能力較強的細胞，會較容易進行組織培養，並以根尖細胞為試驗材料，最終證實使用分生組織做培養會比較容易的假設。

奠基階段
到了1930年代中期，植物組織培養領域有兩大重要的發現：分別為維生素B與生長素對植物生長與發育的重要性。1934年，菲利普·羅德尼·懷特由番茄的根尖建立了第一個活躍生長的無菌系植物組織培養（7天繼代一次，共繼代160次），被視為是組織培養「真正的成功」為其後的研究奠定重要的基礎。起初，他在實驗中使用的培養基由無機鹽、酵母萃取物和蔗糖組成。於1937年，他在番茄根尖細胞培養的實驗中，將原配方中的酵母萃取物替換為吡哆醇、硫胺和菸鹼酸，證實了維生素B對於細胞組織培養的重要性，並加以改良，成為現今仍被廣泛使用的White培養基。同樣於1934年，法國植物學家在岩槭、西洋接骨木、黄花柳形成層的組織培養中發現，雖然組織能在含有葡萄糖及半胱胺酸的培養液中不斷增殖數個月，但只有在培養基中加入維生素B和生長素後，形成層組織的生長才會顯著增加。以此實驗作為基礎，於1939年，高瑟雷成功誘導並連續培養胡蘿蔔癒傷組織，與同樣於1939年發表了菸草以及胡蘿蔔的連續生長培養物的懷特及法國植物學家皮埃爾·諾貝古（Pierre Nobécourt）共同被譽為植物組織培養的奠基人。，且在英國植物學家的推廣下，椰子水配方被廣泛的使用於組織培養領域，然而，其背後的機制待到1950年代， 才被正式釐清。1951年美國植物生理學家與中國植物生理學家崔澂共同發現，腺嘌呤或腺苷不但可以促進癒傷組織的生長，而且還能解除生長素對於芽造成的抑制作用，誘導芽的形成，從而確定了腺嘌呤與生長素比例是控制芽和根形成的主要條件之一。於 1955 年，福爾克·卡爾·斯科格正式將6-糠氨基嘌呤從酵母萃取物中分離出來，並命名為激動素（kinetin），並在之後被歸類為細胞分裂素。。1964年，印度植物學家與成功地透過曼陀羅花藥培養獲得單倍體植株，這一發現掀起了使用單倍體技術來加速育種的熱潮，直至現在，對花藥進行誘導仍是產生單倍體植株時十分常見的方法。1971年，日本植物學家永田敏行與武部格首次獲得了菸草的原生質體再生植株，這一成功不僅促進了體細胞雜交技術的發展，也為外源基因導入提供了理想的材料。

不同植物行花藥培養的效率不同，必須注意植物種類、品種、植株生長狀態、花粉發育階段與時期、培養基成分及荷爾蒙的種類與濃度均因植物種類而異。花藥培養後依植物種類不同而有兩種發育途徑，一為由花粉粒直接發育為胚，形成植株，另一途徑則由花粉粒先形成癒合組織，再由癒合組織再生植株。不論經由哪一個途徑發育，形成的植株中除了單倍體脂外，也會有染色體自然加倍的同型結合二倍體，甚至三倍體以上的多倍體出現，因此必須進行染色體的檢定以進行確認。

低成本之組織培養技術
組織培養技術，雖然較傳統之生產方法來說更具有效率與穩定性，然而高額的成本，一直是組織培養在商業生產上的硬傷。而目前對於減少組織培養成本之研究有三個主要的方向，分別為增加目標產物增殖之效率，發展更節省人力之組織培養程序以及發展非生長室之植株培養方式，盼能降低組織培養所需之成本。

相關條目

  • 培養基

** MS培養基

  • 植物激素

** 生長素
** 細胞分裂素

  • 細胞培養
  • 無性生殖

參考文獻
外部連結

#细胞培养技术 #園藝技術 #微繁殖

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