1.2 植物組織培養技術發展簡史

1.2.1 早期的奠基工作

細胞學說創始人Schwann（1839）指出只要提供與機體內相同的外界條件，多細胞有機體的每一個生活細胞都能夠獨立生存和發展[1]。1901年，Morgan最初提出全能細胞的概念：能夠通過再生作用發育成完整有機體的細胞是全能細胞（totipotent cell）[2]。這種全能細胞概念激勵科學家進行組織培養探索。

Haberlandt[3]明確提出植物細胞全能性概念：任何生活的植物細胞都可以培養形成完整植株，并在人工合成的培養基上嘗試培養葉肉細胞，他培養的細胞不能分裂，未獲成功。Hannig[4]將蘿卜和辣根菜（Cochlearia officinalis）未完全成熟的胚胎培養于含有糖、無機鹽、氨基酸和植物提取物的培養基中，發現離體胚可以充分發育。Haberlandt的學生Kotté[5][6]與美國的Ro-brins[7][8]開始做根尖培養，未獲成功。

Dieterich[9]記載了成熟胚在含無機鹽和2.5%～5%蔗糖的半固體培養基上能正常生長。但未成熟胚不能生長成熟，它們直接生長成為幼苗，作者稱之為胚的早熟萌發（precocious ger-mination）。Laibach[10]將胚胎培養用于雜交不孕的胚胎挽救。

White[11]用番茄根尖建立了第一個活躍生長的無性繁殖系，28年間培養了1600代。其后他發現B族維生素對離體根持續生長的作用，并認識到吲哚乙酸（IAA）調控植物生長的作用，建立了植物組織培養的合成培養基[11～13]，植物組織培養超越了動物組織培養（動物培養總離不開天然產物，如血清、肉凍等）。李繼侗[14][15]培養銀杏胚胎成功，并用以研究胚胎后熟作用。羅宗洛和羅士韋于1935年將禾谷類植物根尖長期繼代培養成功[16]。

Gautheret（法國細胞學家Guillarmond的學生）進行了山柳、黑楊形成層培養[17]。

Gautheret[18～21], Nobécourt[22][23]和White[13]等差不多同時從煙草莖段和胡蘿卜根的形成層細胞得到能長期培養的愈傷組織。White出版了專著A Handbook of Plant Tissue Culture[24]，使植物組織培養成為一門新興的學科。

1.2.2 器官發生激素調控的發現

Skoog和崔澂[25]在煙草莖段和髓培養及器官形成的研究中發現，腺嘌呤或核苷可解除培養基中IAA對芽形成的抑制作用，腺嘌呤與生長素的比例可調控芽和根的形成。Miller等[26]發現了激動素（kinetin），它可替代腺嘌呤促進芽的形成，且其效果約增加3萬倍。這些成果推動了植物組織培養的發展。

1.2.3 20世紀50～60年代的進展

植物組織培養技術的改進、生長調節物質的發現和作用機理的深入研究，促進了組織培養的進一步發展。Nitsch[27][28]對離體果實的培養促進了果實、子房、胚珠及花器官各部位培養的研究。Muir[29][30]以及Steward和Reinert等分別于1953年和1956年在液體培養基中振蕩培養或旋轉培養愈傷組織，得到了細胞群；其后，Reinert發現了液體培養基中單細胞的分裂，并繼續向著形成胚或一定形態的方向發展。Steward[31][32]和Reinert[33]分別從胡蘿卜根愈傷組織培養中得到再生植株，第一次用實驗證實了植物細胞的全能性。Steward使用液體旋轉培養，細胞再生頻率高，影響較大；Reinert用的是固體培養，再生頻率較低。法國Morel[34]用組織培養技術快速繁殖蘭花，將此技術用于大規模生產。印度Kanta等[35]取出罌粟未受精胚珠（帶有小塊胎座組織），置于離體條件下授粉，實現了試管受精。Guha和Maheshwari[36][37]在毛葉曼陀羅花藥培養中，成功地誘導出花粉單倍體植株，證明了小孢子也具有全能性，掀起了單倍體育種高潮。Cocking[38]用酶解法大量分離出煙草葉肉原生質體，培養成再生植株，由此發展成細胞融合技術，為高等植物生物工程奠定了一部分技術基礎。

1.2.4 20世紀下半葉至今

1973年Tran Thanh Van通過煙草薄層培養，觀察到從開花植株的不同部位分離的外植體產生的再生植株在分化花芽時表現出明顯的規律性：從基部分離的外植體要生長很長的時間才分化花芽；從植株中部分離的外植體衍生的再生植株營養生長時間較短，較快地形成花芽；從植株上部的外植體產生的再生植株的營養生長時間最短；從花序分支上分離的外植體則直接分化花芽。這種現象稱為“成花的梯度效應”。這一發現雖然沒有闡明成花梯度的機理，但在某一方面增加了組織培養的預見性。

中國科學院植物研究所陸文樑及其合作者從80年代開始對植物器官再生進行了長期、系統的探索和研究。他們用風信子（Hyacinthus orientalis）、小麥（Triticum aestivum）、水仙（Narcis-sus tazetta）、番紅花（Crocus sativus）、郁金香（Tunipa gesneriana）、番茄（Lycopersicon esculentum）和花葉千年木（Dracaena fragranx cv.massangeana）等植物為材料，對根、營養芽、花序、花序分支、花芽、花被、雄蕊、雌蕊、花柱和柱頭、胚珠和果實等被子植物的幾乎所有的器官實現了離體再生，稱之為“器官克隆”。他們準確地掌握了克隆每一種器官所需要的條件，發現分離外植體的器官在供體植株個體發育中分化的時期和外源生長素的濃度兩個因素，以及這兩個因素對外植體可以再生多少種器官以及再生何種器官的規律性，并據此提出“細胞全能性的部分表達”假說、“細胞的發育和逆發育”以及“生長素濃度在離體器官按次序發生中的變化起著轉換開關的作用”的假說用來解釋這種規律性（詳見1.3.4小節）。

這一時期分子生物學向各學科加速滲透，植物組織培養研究進一步深入，與遺傳轉化和探討基因表達相結合。這種趨勢一方面表現在與日俱增地采用分子生物學的分析測試技術，另一方面應用分子生物學觀點剖析和研究組織培養中遇到的問題。當今植物組織培養已經成為迅速發展的植物生物技術的主要手段之一。