植物细胞和组织培养史

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组织培养

组织培养是一种生物研究技术，将动物或植物的组织碎片移植到人工环境中，使其能够继续生长和发挥功能。培养的组织可以是一个细胞、一组细胞、整个器官或器官的一部分。在培养中，细胞可以分裂、改变形状、大小或功能，参与专门活动或与其他细胞合作。

培养基介绍

细胞培养可以使用生物培养基（如血清或组织提取物）、化学定义的合成培养基或两者的组合。培养基必须具有适当的酸碱度，并具有被检查细胞所需营养物质的正确比例。培养通常以液体或半固体培养基中的悬浮液形式制备，或者以玻璃或塑料表面上的单细胞层形式制备。

培养的起始是将少量组织分散在培养基上或培养基中。然后将含有培养物的烧瓶、试管或平板进行培养，温度通常接近组织的自然栖息地。

为了避免微生物污染，需要保持无菌条件。有时使用单个细胞来建立培养物，从而产生克隆，即均匀的生物种群。对于单个细胞，通常在放入生长条件下 10 到 14 天内形成菌落。

组织培养史

这一切始于 1832 年，当时西奥多·施旺提出了一个大胆的主张：在合适的外部条件下，细胞可以在其原始宿主体外生长。为了使组织培养物生长，这些外部因素需要创造一个无菌环境。

三年后，即 1835 年，威廉·鲁克斯证实了这一大胆的主张。鲁克斯使用盐溶液作为他的培养基，成功地培养了鸡胚胎细胞。

四年后的 1839 年，另一位名叫赖兴格的人为这项突破性技术设定了最初的参数。在此发展之后，组织培养方法在近 50 年内几乎没有得到任何显著的引用。1885 年，一位科学家观察到蝾螈白细胞在人工环境中生长。另一位学者在 1903 年也做了同样的观察。

您可能熟悉“组织培养之父”。一位名叫罗斯·格兰维尔·哈里森的美国博物学家于 1907 年成功地在凝固的淋巴中培养了青蛙神经细胞。由于他对组织培养技术的贡献，哈里森获得了“之父”的称号。

尽管组织培养自 18 世纪早期就已经开始实践，但植物组织培养直到 1898 年才开始兴起。德国植物学家戈特利布·哈伯兰特率先使用体外方法培养植物组织。他使用了各种细胞，包括栅栏组织。

在 20 世纪 30 年代，人们发现 B 族维生素和生长素 (IAA) 对植物组织培养方法中根培养的产生至关重要。在接下来的一个世纪里，进行了多次类似的实验，科学家们开始确定应该支配我们当前组织培养程序的最关键因素。

组织培养细胞的处理

• 活体培养物可以直接在显微镜下观察，或者通过显微镜拍摄的静态和动态图像进行观察。

• 为了进行更深入的分析，还可以破坏、固定（保存）和染色细胞、组织和器官。

• 固定后，样品还可以被包埋和薄切，以便在光学显微镜或电子显微镜下观察时揭示更多信息。

• 在组织培养中，细胞会接受各种实验程序的处理。例如，培养物可以添加病毒、药物、激素、维生素、致病菌或可疑致癌物质。

• 下一步是科学家研究细胞，寻找细胞功能或行为的广泛变化以及特定组分的变化，例如特定基因或蛋白质表达的变化。

植物组织培养体外技术

植物组织在配备层流柜提供的 HEPA 过滤空气的无菌环境中进行组织培养准备。然后在具有受控温度和光照强度的生长环境中，将组织在无菌容器（如培养皿或烧瓶）中培养。

活体植物材料会受到环境中微生物的自然污染，因此在采集可接受的样本（称为外植体）之前，必须用化学溶液（通常是酒精和次氯酸钠或次氯酸钙）对其表面进行消毒。

当需要细胞悬浮培养时，通常将无菌外植体放置在无菌固体培养基上，但这并非总是如此。

从初始外植体发育而来的组织的形状很大程度上取决于培养基的组成，特别是植物激素和氮的供应（硝酸盐与铵盐或氨基酸）。

例如，过量的生长素通常会导致根的生长，而过量的细胞分裂素可能会产生芽。当生长素和细胞分裂素水平平衡时，通常会形成愈伤组织，但愈伤组织的外观将取决于所种植植物的类型以及培养基的组成。

随着培养物的生长，通常会切下培养物的片段并将其继代培养到新鲜的培养基中，以促进生长或改变培养物的形态。

当培养物中开始出现芽时，可以将其切下，用生长素生根，然后移植到盆栽土壤中，在温室中作为普通植物继续生长。

植物组织培养的应用

一些应用包括：

• 利用分生组织和芽培养大量种植植物用于商业目的，用于盆栽、景观和花卉主题。

• 保护稀有或濒危植物物种。

  植物育种者可以使用组织培养来检查细胞的有益特性，例如除草剂耐受性或抗性，而不是使用整个植物。

• 在生物反应器中进行大规模液体培养植物细胞，以生产有用的物质，特别是用作生物制药的重组蛋白和植物产生的次生代谢产物。

• 通过融合来自不同物种（并非密切相关）的原生质体来创造独特的杂交体。

• 快速研究植物生理、生化和生殖机制的分子基础，例如体外选择耐逆境植物。