马铃薯组织培养马铃薯组织培养研究进展Potato tissue culture research progress07 级 生物工程 何丽芳摘要: 当马铃薯组织脱毒培养， 愈伤组织解除分化形成新个体时， 体细胞有丝分裂的异染色质延迟复制行为较正常活体植株更严重， 后代变异较自然群体变异高出 500 倍，若在培养过程添加辐射和化 学诱变试剂变异率会更高因此，组织培养环境不只是现代生物技术 辅助育种的一个重要条件，更是诱变育种的一个有效途径，对于以营 养体繁殖的马铃薯作物效果更好本文就组织培养在马铃薯育种上的 理论体系 ，应用现状，未来展望做一论述 发展历史， 关键词: 马铃薯 组织培养 愈伤组织Potato organization, callus cultivating virus-free formed when the new individual remove differentiation, somatic cell mitosis chromatin vision of the delay than normal living plant copy behavior more serious than that of the natural group, offspring variation, up to 500 times if variation in training process add radiation and chemical mutagenesis reagent mutation rates will be higher. Therefore, Tissue culture environment is not only modern biological technology assisted breeding, it is one of the important conditions of mutation breeding in an effective way for YingYangTi breeding, potato crop better effects. This paper tissue culture in the development history of potato breeding, theory system, application status and future prospects doan argument.Keywords: potato tissue culture callus、, 、-前言 :马铃薯 (Solanum tuberosum) 属茄科茄属植物 ! 常见的育种途径有 : 常规二倍 体杂交法 ,四倍体水平的品种间杂交法 , 远缘种间杂交法 ,2n 配子利用法。
这些途 径都是通过有性生殖产生马铃薯变异体，通过系谱，回交，轮回选择的方法，需经 过 6-8 代选出附合目标性状的新个体进入 20 世纪 90 年代， 随着生物技术的深 入发展， 人类对植物细胞遗传行为，基因表达传递行为达到分子水平深入了解， 作物育种工作者开始引入了除单纯户外有性杂交育种之外，又一育种方法室内体细 胞无性系变异育种法， 其中组织培养 (tissue culture) 诱导再生植株的突变就是 最常用的一种 当马铃薯外植体 ( 茎尖脱毒分生组织 ) 培养时，由于组培环境引发了细胞异染色质 DNA延迟复制，产生了较田间自然突变率高出 500 倍的大量变异这一现象已越来越被马铃薯育种工作者所认可，并成为一条 马铃薯育种的有效途径现从组织培养及组织培养在马铃薯育种上的发展历史， 理论体系，应用现状，未来展望等方面逐一论述主体1 马铃薯组织培养的理论体系及研究现状1.1 组织培养及马铃薯组织培养的发展史1902 年德国植物学家 Haberlandt 根据细胞学说 , 提出高等植物器官和组织可 以不断分割至单个细胞 , 这个细胞具有潜在全能性功能为证明这一观点他用被子 植物的叶肉细胞 ,髓细胞,气孔保卫作材料进行离体培养，由于营养条件不够了解， 实验未能成功，但却起到先锋的作用。
1904年 Hanning 最先在含有无机盐及有机 成分的培养基上成功地培养了萝卜和辣椒的胚 , 发现离体的胚可以在培养基上充分 发育, 并有提早萌发成苗现象培养了长度为 1.45-3.75cm 的豌豆作物茎尖 , 结果 形成了一些缺绿的叶和根 1933 年我国李继侗等曾在银杏离体培养时，发现了以 上大小的胚在培养基上即可正常生长，其胚乳提取物能促进银杏离体胚的生长， 1934年 White 通过对番茄根尖的组织培养 ,建立了第一个有活跃生长的无性繁殖 系 到这时有关离体实验才获得真正成功 1944年 Morel 进行了葡萄茎尖组织培 养的尝试,获得了愈伤组织和根1948年Skoog和崔徵发现，腺嘌呤或腺苷可以解 除生长素（IAA）对芽形成的抑制作用,从而诱导烟草的茎段形成芽,确立了腺嘌呤与 生长素的比例是控制芽和根分化的主要条件之一 , 建立了器官形成的概念 1955年 Skoog 及其同事在鲱鱼精子的提取物中发现了激 动素,它对促进芽的形成活性比腺嘌呤高出约 3万倍1957年Skoog和Miller发现了激动素与生长素之间的不同比例的配合对生长和分化的作用， 即激动素与生 长素之比高时易形成芽， 低时则形成根。
1955年法国人莫勒尔和他的同事们，以 马铃薯茎尖为外植体成功地产生无病毒植株， 20世纪 60 年代以后由于组织培养技 术日趋成熟和完善，世界各地的植物组织培养研究和产业化应用进入迅速发展阶 段，几乎所有的马铃薯生产国都使用这项技术进行脱毒快繁，并部分地进行育种研 究1.2.1 脱毒种苗马铃薯系无性繁殖作物，在生长期间容易受病毒侵染造成退化一旦感染病 毒，无有效药剂防治，病毒在薯块内的积累是导致马铃薯品质、产量下降的主要20 世纪 70 年代初引进了马铃薯茎尖脱毒技原因为了解决这一问题，我国于 术，1976年于内蒙古建立了第 1 个马铃薯脱毒原种场， 80 年代逐渐普及到各 省、市、自治区目前，马铃薯脱病毒的方法主要有 5 种: 茎尖培养脱毒法、热 处理脱毒法、热处理结合茎尖培养脱毒法、化学处理脱毒法、愈伤组织培养脱毒 法，其中应用最广泛的是茎尖培养脱毒法及其与热处理法相结合的方法脱毒种苗 可以显著减少马铃薯生长期间的病虫害，进而提高马铃薯产量和品质 4相关实验及 研究已表明，马铃薯脱毒试管苗生长较其他植物组培容易，是组织培养中的模式植 物1.2.2 微型种薯 马铃薯试管薯是指在培养瓶内通过诱导，于试管苗叶腋间形成的直径为 2 , 10 mm 大小的块茎。
微型薯良种繁育体系减少了种薯繁殖周期和有关环节， 能够有效保证质量，提高生产水平，加快推广，减少用种量目前，美国、荷兰等 许多国家都在应用微型种薯繁育体系，有的国家已实行了法制化的良种繁育制度 我国在微型种薯方面的研究也取得了一定进展，毛碧增等成功建立了东农 303 的 高效脱毒微型薯诱导及繁育体系 ; 刘华等用 B9 结合光照处理诱导试管薯，结果发 现所有的黑暗处理都比光周期处理的结薯率高，当 MS添加B9200 m-1g?L,黑暗处理 20 d 后，结薯率为 70% 脱毒微型种薯在实验室里可以周年繁殖，与脱毒 试管苗相比，更易于运输1.3 组织培养诱导突变的理论依据 植物组织培养是指植物的离体细胞，组织或器官在人工培养基上的生长， 维持或分化，组织培养成功的依据是细胞的全能性，均等性，全息性我们知道高等 植物体具有十分复杂的组织和器官，构成这些组织或器官的细胞，其形态和功能也 是各不相同的， 但他们都是同一受精卵的后代， 都是细胞有丝分裂的产物， 有丝分裂的均等性保证了这些细胞都具有相同的遗传组成，它们在形态 和功能上的差异是后天分化造成的，是生物体自我控制系统对不同基因表达严格调 节的结果。
因为在个体发育过程中， 并非所有基因都同时发挥作用，只有极少数 基因终生发挥作用， 绝大多数基因发挥作用的时间很短， 它们表达的时间，位置与程序受体内调节系统的严格控制各种组织中的细胞，即使是十分特化 了的细胞，都具有相同的遗传组成，只要在合适的环境条件，就可以解除分化，发挥出初合子的功能，发育出一个新的个体， 到目前为止，几乎从所有植物的特化 组织， 都诱出了再生株组织培养所形成的愈伤组织或再生植株，由于细胞分裂都是有丝分裂，每个细 胞都是当初原始细胞的后裔，基因型应当是一致的，不应当有遗传变异存在，实际上无论有无诱变剂存在， 由组织培养产生的再生株后代都存在着大量的 变异一种变异是染色体数目与结构的变异，引起这种变异与组织培养时有丝分裂 异染色质延迟复制有关MeCoy和Benzion对这种变异机理研究的较深入,他们选 用的作物是燕麦和玉米 他们提出着丝粒区异染色质延迟复制引起染色体桥形成 与断裂的假说， 常染色质在S期(即DNA合成期)复制而异染色质在S期后期复制,组织培养条件下 , 异染色质复制延迟得更多 ,这样在细胞分裂后期 , 染色单体的着 丝粒, 在纺锤丝的牵引下向两极移动 , 而在着丝粒周围的异染色质处 , 由于尚未完 成复制而彼此不能分开 , 从而形成染色桥 , 最后引起染色体断裂 , 形成端着丝染色 体和无着丝粒的染色体断片 , 或者非同源染色体在断头处连接起来 ,形成相互易位。
这样就使得外植体经过一定时间的组织培养 , 其愈伤组织或诱发的再生植株，染色 体数目和结构发生了广泛的变异对小黑麦，蚕豆，马铃薯等作物再生植株的细胞 学分析，也同样表明了这一点另一种情况， 由组织培养产生的再生株也存在大 量的基因突变， 它包括核基因突变和胞质基因突变 最容易识别的变异是形态方 面变异， 在玉米中， Phillips(1987) 等人曾从再生株中分离出 45 个形态变异 , 在马铃薯中 ,Wheeler(1985) 等人也发现了如花色 , 叶色, 果肉色,果皮色, 芽眼深浅和 形状等简单突变 , 也有一些数量性状变异 , 如节间长度和薯块数量等变异 抗病 性变异方面出现的频率一般比较高，它们马铃薯再生株中，大约 1%是抗早斑病和晚疫病的甘蔗再生株变异中，抗斐济病，霜霉病和叶斑病的频率较高，还有一些化学变异，一般很难观察到，对植株的外部形态没有影响或影响较小， 如同工酶突变，营养缺陷型突变， 氮代谢或碳代谢突变， 抗药性突变， 抗逆性突变， 抗病性突变等2.2愈伤组织诱导受激素和外植体影响的分析2.2.1不同激素处理、不同外植体对马铃薯愈伤组织诱导的影响分别以茎尖、茎段、芽体做外植体，试验了不同激素组合对诱导愈伤组织的影 响，接种50d的统计结果见表1。
3种外植体在4种培养基中均有愈伤组织产生， 但出愈率有明显差异（在10%^ 37%之间）当NAA为1.0时，用茎尖和芽体诱导，其出愈率分别达 10%和20%茎段没有 愈伤组织形成；配方？、？、？，随着2, 4 一 D浓度的增加，其诱导能力逐渐增强， 出愈率也呈上升趋势，以？号培养基效果最好，用茎尖、茎段、芽体 3种外植体愈 伤组织的出愈率保持在33%以上，最高达37%在？、？、？号培养基中，采用茎段做外植体诱导愈伤组织时，效果较用茎尖和 芽体好，其出愈率相对较高当 2, 4 一 D浓度为1.5mg/L时，出愈率最高，达到 37%试验中发现，4种培养基中各外植体的出愈速度和愈伤组织的生长速度都很 慢，增长也不明显，？号培养基用芽体做外植体时最早出现愈伤组织 （接种后第 10d），?号配方的茎尖，在第20d初见愈伤组织;?号配方茎段和芽体均在第23d左 右初见愈伤组织；?号配方的芽体初见愈伤组织的时间最迟（接种后第26d），但。