| 单词 | 主要农作物原生质体研究 |
| 释义 | 【主要农作物原生质体研究】 拼译：majjor crops protoplasts research takebe等(1971)首次利用烟草叶片分离原生质体，经培养获得再生植株。70年代中期，我国开始植物原生质体培养的研究，当时主要研究对象是茄科植物中的烟草、矮牵牛、龙葵和伞形花科植物中的胡萝卜。通过叶片分离原生质体，以H或MS作基本培养基，进行液体浅层培养，分别相继从普通烟草、黄花烟草、粉蓝烟草、花烟草、胶烟草、矮牵牛和龙葵的叶肉原生质体获得再生植株。胡萝卜分别从愈伤组织和肉质根分离原生质体，经培养获得再生植株。马铃薯、番茄、茄子虽属茄科植物，却是重要的蔬菜作物，其原生质体培养的研究在我国起步较晚，无论是涉及的再生品种，还是培养技术的成熟程度，迄今与国际上差距较大。如马铃薯，国外已有近70个再生品种，而我国至今只有2篇报道，获得原生质体再生植株的仅有小叶子、多子白、乌盟601、68－62和克新4号4个品种。番茄和茄子各仅有1篇报道，都是通过子叶分离原生质体，经培养再生植株。 禾本科植物的水稻，我国最早的报道是1975年从粳稻原生质体形成细胞团，1978年用同一材料进一步试验获得愈伤组织。此后一个时期(6～7年间)进展较慢，虽然不少人开始用培养的细胞或组织分离原生质体培养，从水稻、小麦、大麦、高粱等也得到了愈伤组织，但仍然未能分化及再生成植株。基本上呈停滞状态。80年代初，国际上Vasil实验室和Cocking实验室在禾草类(美洲狼尾草、紫狼尾草、大黍)通过未成熟胚和幼穗建立胚性细胞系，用以制备原生质体进行培养获得再生植株的成功，从这一重要突破受到启发和鼓舞，加速了禾谷类重要粮食作物原生质体培养的进程，由于注意了基因型的选择，胚性愈伤组织的诱导和胚性悬浮细胞系的建立、AA培养基的应用取得了研究工作的突破性进展。1985年日本藤村(T．Fujimura)等在国际上首次报道由粳稻原生质体再生出小植株，随后法国、中国、英国、美国等国的科学家相继报道了水稻原生质体再生植株。至今，在国内外已有近30家实验室获得了成功。1986年我国有两个实验室同时报道从粳稻品种77－170的幼穗愈伤悬浮系和粳稻品种农虎6号种胚愈伤组织的原生质体再生植株，跨入国际先进行列。籼稻的原生质体培养要比粳稻困难，但自1988年至1994年，国内也已有5个实验室相继报道从幼叶、幼穗、花药、成熟胚的胚性悬浮细胞的原生质体再生植株。目前，国内多个实验室正在建立水稻主栽品种或将要推广的品种或品系的原生质体快速高效成株体系，已有报道5个水稻(或品系)原生质体的快速高效成株，即从原生质体的分离到再生出小植株仅用37d时间，原生质体植株再生频率达到0．05%～0．1%。这种快速高效成株体系的建立，为水稻的体细胞杂交转基因研究奠定了良好的基础。1987年我国在国际上首次报道从玉米花药愈伤悬浮系原生质体再生植株。1988年至今国内有4个实验室分别报道，从玉米花药愈伤悬浮系，商用超甜玉米单倍性胚性悬浮细胞系，多秆多穗等饲料玉米幼胚液体胚性愈伤系统，玉米成熟胚愈伤系原生质体得到再生植株。但迄今仍存在未能涉及到主栽品种和移栽成活率低等问题。国外，1988年美国Rhodes等报道了玉米原生质体培养再生植株移栽成活但没有结实。1989年美国的Shillito等和Prioli等和1990年匈牙利的Morocz等报道了玉米原生质体再生可育植株。小麦原生质体培养一直受到人们的重视，但多年来一直停留在细胞团和再生愈伤组织的阶段。近几年来小麦原生质体培养获得了重大突破，国内外先后数家实验室报道了小麦原生质体再生植株成功。成功的关键在于：用于培养的原生质体来源于具有较强形态发生能力的分别来自种胚、幼胚、幼穗和花药的胚性细胞。而这些具有较强形态发生能力的能够游离原生质体的胚性细胞系是从众多的基因型中选择产生的。郭光沁等(1990)报道了小麦品种济南177的原生质体的早期体细胞胚胎发生，培养30d时较大的体细胞胚大小可达1．5～2mm，这时统计体细胞胚胎发生频率为200～300个／ml培养物，转移18d后便发育为完整植株。整个再生周期仅需48d，这在小麦遗传操作上具有重要意义，因为这不仅缩短了植株再生的周期，也缩短了培养物与2，4一D接触的时间，从而减少了诱发变异的机会，这在维持遗传性稳定上是有益的。小麦原生质体再生植株的研究，我国处于国际先进行列。大麦原生质体培养起步较早，Koblitz(1976)最先报道从易碎的愈伤培养物分离得到的原生质体形成小细胞团，随后有颜秋生(1980)报道从叶片分离的原生质体产生了小细胞团，但都不能使再生细胞持续地分裂下去。此后10年间，大麦原生质体培养的研究，处于停滞不前的状态。Luhrs(1988)首次由大麦悬浮细胞分离的原生质体再生出白化小植株。继而颜秋生等(1990)、Jahne等(1990)同时报道由大麦胚性悬浮细胞培养物分离的原生质体再生出绿色植株。一年后，Jahne等(1991)进一步得到了大麦原生质体再生的成熟植株。近几年谷子原生质体培养研究进展较快，杨丽君等(1986)培养谷子胚性悬浮系原生质体得到再生的愈伤组织。此后，国内有数例报道从幼穗或种子胚诱导的胚性系(胚性愈伤组织和胚性悬浮系)原生质体得到了再生植株。国外至今未见这方面的报道。高粱原生质体培养的研究，在近10年中所取得的进展较慢，仅见Chourey等(1985)将未成熟胚诱导成愈伤组织，建立悬浮系分离的原生质体进行培养，获得大量愈伤组织的报道。卫志明等(1989，1990)用高粱品种晋杂12号和沂粮7号两个栽培品种的幼穗胚性愈伤组织建立的胚性悬浮细胞系分离的原生质体，经培养在国际上首次报道了获得完整的再生可育植株。小偃麦是小麦属中的硬粒小麦和偃麦草属中的中间偃麦草通过有性杂交获得的人工多倍体新物种，王铁邦等(1990)从幼穗诱导的胚性愈伤建立了胚性悬浮细胞分离的原生质体再生成植株。甘蔗原生质体培养起步较早，自1973年以来，已有10余篇报道，但国外只有2例能再生成植株，国内仅有1例，即由新台糖1号嫩叶外植体诱导的愈伤组织，经继代培养挑选胚性愈伤组织建立的悬浮细胞系分离原生质体，经培养能再生出绿色植株。棉花原生质体的制备和培养工作虽始于1974年，但迄今国外的正式报道中无论是用子叶、花药、茎切段或是用下胚轴诱导产生的愈伤组织游离原生质体，其原生质体培养工作基本上仍停留在再生细胞的分裂或形成小细胞团的阶段，仅Saka等(1987)用陆地棉品种岱字16原生质体培养能获得愈伤组织，但未能再生成植株。1989年我国有2个实验室在国际上首次同时分别报道用陆地棉种子萌发的无菌苗下胚轴切段诱导胚性愈伤组织，建立的胚性悬浮细胞系，从晋棉4号、柯字312、201等3个品种的原生质体获得了再生植株，后来又从陆地棉3118品系作原生质体培养得到再生植株。最近我国又有另一实验室报道从陆地棉品种鲁棉6号5日龄幼苗的下胚轴诱导的胚性愈伤组织，经多次继代活化后的胚性愈伤组织游离原生质体，经培养也获得了再生植株。豆科植物的原生质体制备和培养开始于70年代初，但相当长时期内仍停留在愈伤组织阶段。直到1980年，加拿大的高国楠博士首先报道由苜蓿叶肉原生质体培养，通过胚状体再生植株获得成功，从此开始了豆科植物原生质体培养研究迅速发展的时期。1988年卫志明等在国际上首次从栽培大豆(Glycine max L．)未成熟子叶原生质体培养，通过非胚性愈伤组织诱导不定芽的途径，再生植株后，罗希明等、Dhir等、吕慧能等采用相似的技术途径对栽培大豆新基因型原生质体培养再生出植株。张贤泽等由栽培大豆品种Bonminon的未成熟子叶游离原生质体，以Gerlitebead法包埋，培养在大豆根瘤产物(天冬酰胺，谷氨酰胺、尿囊素、尿囊酸等)为主要氮源的ZSP培养基中，形成了胚性愈伤组织，该胚性愈伤组织在体细胞胚分化培养基上直接分化出体细胞胚发育为植株。卫志明等(1993)和Xu等(1993)采用与大豆相似的技术途径，分别从花生和蚕豆的未成熟子叶原生质体经培养，在国际上首次成功地再生成植株。在国际上，油菜是较早由原生质体获得再生植株的作物之一。1974年Kartha等由温室生长的实生苗油菜叶片游离的原生质体得到了植株后，陆续有不少报道。早期主要是从叶肉细胞分离原生质体，再生的愈伤组织分化频率较低。1982年许智宏等用无菌苗的根尖游离原生质体，避免了细胞团的褐化，得到了较高频率的植株再生。但仍不令人满意。自从1984年Glimelius由甘蓝型油菜的下胚轴游离原生质体，获得了很高频率的植株再生后，下胚轴被公认具有较强的再生能力，广泛用于原生质体的游离和培养；近几年我国已有8个实验室分别报道了由甘蓝型油菜无菌苗下胚轴游离原生质体，获得了植株再生，其中1994年程振东等报道了通过琼脂岛法培养，不仅缩短了原生质体培养周期，而且实现了很高频率的植株再生。在芥菜型油菜原生质体培养方面，1986年我国吕德扬等和李文彬等分别报道由无菌苗的下胚轴及子叶的原生质体获得再生植株。白菜型油菜原生质体再生植株较困难，迄今只有Glimelius(1984)报道了用下胚轴原生质体培养成再生植株，但再生频率仅为1%。甜菜是主要的糖料作物之一，甘薯是重要的杂粮作物，它们的原生质体培养起步均较早，但原生质体培养至今仍停留在愈伤组织阶段，未能再生成植株。近几年来，尽管我国在原生质体培养研究领域里取得了重要突破和大的进展，其中许多重要农作物如大豆、蚕豆、花生、赤豆、棉花、高粱、谷子、玉米等的植物种原生质体为国际上首先取得成功，水稻、小麦、大麦等的研究水平也属国际先进行列，但为了加速利用原生质体培养技术，并结合体细胞杂交和遣传转化等生物技术，有效地改良植物种，在进行植物原生质体培养时，仍要注意抓好3个环节——扩大和选择主栽品种或即将要推广品种的合适基因型，选择合适的材料制备原生质体和选择合适的培养基与培养技术。必须环环相扣把握好。扩大试验的基因型，最终达到打破基因型的限制，使之具有普遍的实用意义。基因型一旦确定后，要注意制备原生质体的起始材料的特性和生理状态，影响原生质体培养的主要因素培养基和培养条件。对原生质体培养已经再生成株的主要农作物及其它重要物种，要选择具代表性的主栽品种或即将推广的品种为研究对象，除了要继续努力提高原生质体再生细胞的分裂频率和植板率，成芽或成胚频率和植株再生率外，要缩短培养周期，提高试验结果的重现性和普遍适用性，使之系统化、程序化；为细胞器移植、体细胞杂交、有重要价值的基因的遣传转化、改良作物提供有效的实验系统。同时要继续努力填补国际、国内空白的重要物种的原生质体，使之再生植株。另外应加强开展原生质体的基础研究并进一步探索植物性细胞原生质体的分离和培养，争取获得重大突破，使之再生成株。原生质体培养研究的进展必将促进它们在体细胞杂交育种、遗传转化——植物基因工程育种在作物品种改良方面发挥更重要的作用。【参考文献】：1 蔡起贵，等．水稻(Oryza sativa L．)原生质体分离和培养的进一步研究．植物学报．1978，20(2)：97～1022 程振东，等．甘蓝型油菜下胚轴原生质体培养的研究．生物工程学报．1994，10(1)：30～333 颜秋生，等．水稻原生质体培养概况．生物工程进展．北京：科学技术文献出版社，1994．70～754 Chourey P S，et al．Callus formation from protoplasts of Sorghum cell suspension cultures．Plant Sci．1985，39：171～1755 Fujimura T，et al．Regeneration of rice plants from protoplasts．Plant Tissue Cult．Lett．1985，2：74－756 Saka K，et al．Cell regeneration and sustained division of protoplasts from cotton(Gossypium hirsutum L．)．Plant Cell Rep．1987，6：470～4727 Takebe I，et al．Regeneration of whole plants from isolated mesophyll protoplasts of tobacco．Naturwissenschajten．1971，58：318～3208 Wei Z M，et al．plant regeneration from protoplats of soybean(Glycine max L．)．Plant Cell Rep．1988，7：348～3519 Xu Z H，et al．Protoplast culture of grain legumes．Advances in developmental biology and biotechnology of higher plants．1993，9：197～209(中国科学院上海植物生理研究所卫志明教授撰) |
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