任务三 植物组织培养的发展及研究热点
植物组织培养的研究开始于1902年德国植物生理学家Haberlandt，至今已经有100多年的历史，其发展过程经历了探索、奠基和迅速发展3个阶段。
一、探索阶段(20世纪初至30年代中期)
18世纪30年代，德国科学家Schleiden和Schwann认为细胞是一切植物及动物结构的基本组成单位，即细胞学说。1902年，另一位德国植物生理学家Haberlandt提出细胞全能性学说，首次尝试对植物细胞进行体外培养并提出细胞培养的概念，毋庸置疑地成为“植物组织培养之父”。细胞全能性的提出为植物组织培养技术的产生奠定了理论基础，人们开始对植物组织培养的各个方面进行大量的探索研究。
1904年，Hanning在无机盐和蔗糖溶液中对萝卜和辣根菜的胚进行研究，结果发现离体胚可以充分发育成熟，并萌发形成小苗。1922年，Haberlandt的学生Kotte和美国的Robins分别报道离体培养根尖获得某些成功，这是有关根培养的最早试验。Laibach将由亚麻种间杂交形成的幼胚在人工培养基上培养成熟，从而证明了胚培养在植物远缘杂交中利用的可能性。1933年，我国学者李继桐和沈同培养银杏的离体胚时，将银杏胚乳提取物加入培养基，促进了胚的生长。
在Haberlandt试验后的约30年中，由于知识和技术的局限，对影响植物组织和细胞增殖及形态发生能力的因素尚未研究清楚，除了在胚和根的离体培养方面取得一些结果外，植物组织培养技术发展缓慢。
二、奠基阶段(20世纪30年代末期至50年代中期)
直至1934年，美国植物生理学家White利用无机盐、蔗糖和酵母提取液组成的培养基成功实现番茄根尖离体培养，建立了第一个活跃生长的无性系。同年，法国植物学家Gautheret在山毛柳和黑杨等形成层组织的培养中发现了B族维生素的作用，又在1939年连续培养胡萝卜形成层获得成功。1937年，White又以小麦根尖为材料，研究了光照、温度、培养基组成等各种培养条件对根生长的影响，发现了B族维生素对离体根生长的作用，并用吡哆醇、硫胺素、烟酸3种B族维生素取代酵母提取液，建立了第一个由已知化合物组成的培养基，该培养基后来被定名为White培养基。在这个人工合成培养基上，他将1934年建立起来的根培养物一直保存到1968年他逝世前不久，共继代培养了1600多代。
与此同时，法国植物学家Gautheret在研究山毛柳和黑杨等植物的形成层组织培养试验中，提出了B族维生素和生长素对组织培养的重要意义，并于1939年在连续培养胡萝卜根形成层试验上获得首次成功。同年，法国植物病理学家Nobécourt利用胡萝卜根成功建立连续生长的组织培养物，这一系列的成就标志着植物组织培养技术正式建立。同年，White用烟草种间杂种的瘤组织，Nobécourt用胡萝卜均建立了与上述类似的连续生长的组织培养物。1943年，White出版了专著《植物组织培养手册》(A Handbook of Plant Tissue Culture)，使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。White、Gautherer和Nobécourt三位科学家被誉为植物组织培养学科的奠基人。
19世纪五六十年代是新技术高速涌现、现有技术快速发展的时代，期间，植物组织培养技术也经历了从细胞、组织离体培养到完整植株再生的发展过程，不仅如此，其背后的生物学过程也受到越来越多的关注。从1948年开始，美国学者Skoog和我国学者崔澂等人在烟草茎切段和髓培养以及器官形成的研究中发现，植物激素、磷酸盐等外源物质比例的平衡对于植物的组织培养及再生都有着极为重要的意义。
1952年，Morel和Martil首次通过茎尖分生组织的离体培养，从已受病毒侵染的大丽花中获得脱毒植株。1953年，Muir将万寿菊和烟草的愈伤组织转移到液体培养基中，放在摇床上振荡，获得由单细胞和细胞团组成的悬浮培养物，并成功继代培养。在寻找促进细胞分裂的物质过程中，Miller等人于1956年发现了激动素。不久即知道激动素可以代替腺嘌呤促进发芽，并且效果可增加3万倍。随后，活力更高的细胞分裂素被发现并被应用于组织培养中，使得该技术如虎添翼，迅猛发展。这些发现，有力地推动了植物组织培养的发展。1957年，Skoog和Miller提出通过改变细胞分裂素与生长素的比例，调节植物的器官形成。1958年，英国学者Steward等报道以胡萝卜根韧皮部细胞为材料培养，形成了体细胞胚，并使其发育成完整植株，也证实了Haberlandt的细胞全能性理论。
在这一发展阶段，通过对培养基成分和培养条件的广泛研究，特别是对B族维生素、生长素和细胞分裂素作用的研究，确立了植物组织培养的技术体系，并首次用试验证实了细胞全能性，为以后的快速发展奠定了基础。
三、迅速发展阶段(20世纪60年代至今)
20世纪60年代以后，植物组织培养进入了迅速发展时期，研究工作更加深入，从大量物种诱导获得再生植株，形成了一套成熟的理论体系和技术方法，并开始大规模生产应用。
1960年，Cocking用真菌纤维素酶分离番茄原生质体获得成功，开创了植物原生质体培养和体细胞杂交的研究工作。同年，Kanta在植物试管受精研究中首次获得成功，Morel利用茎尖培养的方法，脱去兰花病毒，且繁殖系数极高。这一技术导致了欧洲、美洲和东南亚许多国家兰花产业的兴起。
1962年，美国科学家Murashige和Skoog发表了适用于烟草愈伤组织快速生长且至今依然广泛使用的MS培养基，为植物组织培养技术的持续发展奠定了重要基础。1964年，印度Guha等成功地由毛叶曼陀罗花药培养获得单倍体植株，这一发现掀起了采用单倍体育种技术来加快常规杂交育种速度的热潮。1965年，Vimla Vasil和Hildebrandt通过改善培养及再生条件，成功得到离体培养的烟草细胞再生出的完整植株，细胞全能性再次得到了证实。在组织培养这样一个对激素等人工环境动态依赖的过程被逐渐认识之后，对于这个动态过程所涉及的一系列宏观及微观的稳定性的研究也逐渐成为热点。
1969年到1973年间，Heinz和Mee报道了甘蔗组织培养再生植株中出现的各种形态学变异。1970年，Carlson通过离体培养筛选得到烟草生化突变体。同年，Power首次成功实现原生质体融合。1971年，Takebe等首次由烟草原生质体获得了再生植株，这一成功促进了体细胞杂交技术的发展，同时也为外源基因的导入提供了理想的受体材料。1972年，Carlson等利用硝酸钠进行了两个烟草物种之间的原生质体融合，获得了第一个体细胞种间杂种植株。1974年，Kao等建立了原生质体的高Ca2+、高pH值的PEG融合法，将植物体细胞杂交技术推向新阶段。
1978年，Murashige提出了“人工种子”的概念，之后的几年在世界各国掀起了“人工种子”的开发热潮。1968年和1978年，Nishi和Henke等分别报道了水稻再生植株中出现的如分蘖数、穗长、株高等表型变异，之后关于水稻组织培养诱导产生的表型变异以及小麦、燕麦、大麦、玉米、天竺葵、苜蓿等其他物种中经历组织培养过程进而产生表型变异的研究层出不穷。近二三十年，我国植物组织培养研究工作取得很大的成就，例如，从花药诱导出许多优良的水稻、小麦、烟草等品种，在花药培养和单倍体育种上，一直处于国际领先水平。应用组织培养快繁技术，繁殖了大量优良的甘蔗、香蕉、菠萝、杨树、桉树和花卉种苗，对农业、林业生产做出了较大的贡献。