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Plant Micropropagation
简介
植物的快速繁殖是采用生物工程技术中的植物组织和细胞培养技术，在一定时间内，从一个茎尖或外植体(如根、茎、叶、花器官以及它们形成的体细胞胚等)，繁殖出比常规繁殖多几百倍、甚至千万倍，与母体遗传性状相同而健康的小植株，其标准可达到大田生产种苗的要求。因此，快速繁殖是当前生物工程中应用最广泛、又最有效的技术和方法。在园艺、农林、药用植物生产方面得到最广泛的应用。
植物的快速繁殖不仅可用于常规无性繁殖的植物种类，而且还可用于常规方法难以无性繁殖的植物，例如，杂合型、有性杂交不亲和与不育基因型植物的繁殖。植物快速繁殖技术已应用于：转基因植物的快速繁殖，繁殖大批遗传性状一致的亲本供大规模杂交制种，大量繁殖果树种苗及优良砧木，抢救与繁殖珍稀、濒危植物等方面。
目前我国的植物快速繁殖技术已逐渐趋向完善。全国各地以快速繁殖为主的工厂化生产的苗木公司约有五六十家。大部分公司的苗木以内销为主，也有不少公司专做外销。以生物技术形成的快速繁殖产业正在蓬勃发展，而形成大规模工厂化生产是近20年来的事。20多年来我国植物的快速繁殖的发展大约经历了四个阶段。
1. 快速繁殖技术研究和技术准备时期(新中国成立之前到1970年)。早在30年代李继侗等就曾做过银杏离体胚的培养。新中国成立后，罗士韦在30年代与罗宗洛一起开创了植物离体根培养的研究，随后在幼胚培养及石刁柏与菟丝子茎尖培养方面进行了开创性探索，其中菟丝子茎尖培养成花现象已成为植物组织培养发展史中的经典之作。我国植物组织培养的研究在很长一段时间内仅限于胡萝卜、番茄根尖的培养，及人参、曼陀罗愈伤组织培养等基础性研究工作。70年代初才重新在上海植物生理研究所内得到部分的恢复。1973年建立了建兰和秋兰的无性繁殖系，并有少部分在试管内开花。同时对胡萝卜、烟草、人参外植体的脱分化与分化，尤其是在对外植体取材和培养基的配方方面展开了研究。
2. 植物快速繁殖的起始期，或称“试管苗”时期(1970～1980)。70年代，随着花药培养和单倍体育种的兴起，参与这项工作的约有五千多人的研究队伍和一千个研究工作单位。在五年之内召开了六次全国性有关组织培养的会议。1974年与1977年在广东召开了两次全国性花药培养会议。1974年、1975年与1977年分别在北京、上海、兰州召开植物细胞培养和体细胞杂交会议。1978年在北京又召开了中澳组织培养会议，并邀请加拿大、德、英、法、芬兰、朝鲜、日本和罗马尼亚等国的专家参加。此时，我国的植物组织培养研究得到了蓬勃发展，100余种植物花药培养获得单倍体，其中有些作物已培育成新品种，如烟草、水稻和小麦等。同时对培养基进行了改进，如朱至清等人的N6培养基已被国内外组织培养研究者们广泛应用，中科院遗传研究所的马铃薯简化培养基简便实用。组织培养技术已进入国际先进行列。这一阶段可以认为是植物组织培养技术在我国发展的鼎盛时期。
当时，我国组织培养无性系的快速繁殖被称为“试管苗”。做得较早并成功的是1974年，北京中科院植物研究所的陶国清等人与内蒙古、黑龙江、甘肃等省、自治区近60个单位协作，通过茎尖培养、快速育苗、病毒检测，获得无病毒的马铃薯苗，再以茎段进行快速繁殖。
1978年，罗士韦担任广西壮族自治区的科学顾问，不顾高龄亲自到广西指导组织培养技术，并举办农业生物学学习班，邀请国内知名教授如北大李正理、北农李竟全和华南师大潘瑞炽等前往授课，并由上海植物生理所的同仁指导实验。在广西多种经济植物，如甘蔗、桉树、罗汉果、金花茶等进行试管繁殖，在利用组织培养技术保存种质资源(金花茶等)等方面亦获得显著的成效。广西柳城甘蔗研究室的曾吉恕报道，用6个甘蔗品种的幼叶诱导形成胚状体，再筛选出优良的无性系，种植试管苗达30 000 m2。1980年由农业部和广西壮族自治区共同投资建成我国第一个柳城甘蔗试管苗工厂。时隔不久，桂林中科院广西植物所建立起第二个有规模的以花卉为主的试管苗工厂。这一时期进行树木快速繁殖种苗的有： 重庆柑橘所王大元等培育的柑橘、甘肃农大曹孜义等培育的葡萄、北京植物所陈维伦等培育的毛白杨和山新杨等; 花卉方面有： 上海植物生理所王熊等培育的建兰、李文安等培育的耐阴植物及上海园林所和复旦大学培育的香石竹等等。
这一时期在果树、花卉等方面均育成“试管苗”，初步进入大田生产应用，虽未形成很好的经济效益，但是社会效益的功绩是不可磨灭的。
3. 植物快速繁殖开始“工厂化生产”时期(1980～1990)。中国科学院开始从上而下地进行有计划、有规模的组织，并将此研究纳入国家重大项目，即 “六五”、“七五”攻关项目，进行全国性有计划的协作研究，为这十年全国的快速繁殖形成工厂化生产起到了承上启下的作用。中科院组织有关研究人员赴澳大利亚考察植物的快速繁殖工作。在所考察的15个苗圃中，每个苗圃均用快速繁殖进行工厂化生产种苗。在此启发带动下，中科院广州华南植物所曾碧露从澳大利亚引进“威廉斯”等香蕉品种试管苗，建立新会果苗工厂。一个香蕉的不定芽一年内可增殖的芽数为16 777 216，若全厂厂房面积为5 000 m2，年产约300万株种苗。试管苗种植后生长迅速且同步，发病率低而产量高，果品质优，大小适中，产量比常规吸芽繁殖的种苗增加30%～50%，销售价格亦比吸芽繁殖的果品高10%～15%。试管苗推广到广东、福建、云南、海南、四川等省种植，产品亦销售到香港、日本。此后在广东、福建、四川等省均建立了试管苗工厂。这在当时起到了推广示范的重要作用。广西柳城的甘蔗研究中心快速繁殖新品种桂糖11号，使良种推广时间由10年缩短成4年，大大加速了新品种的推广，使蔗糖产量猛增。广东、广西用刚从国外引进的巨尾桉(杂交一代) 种子进行快速繁殖，年产达百万苗。其中在广西壮族自治区林科所颜幕勤组织领导下，钦州地区农科所等单位将快速繁殖的试管苗移栽成活，使桉树试管苗能顺利运输上山定植，达到了当年定植三年成材的效果。华北地区的毛白杨良种与兴城果树所和河北农大培育的苹果+砧木的试管苗的生产规模，也均达到百万苗。马铃薯的茎尖培养生产脱毒苗技术，已发展到在试管内诱导形成微型薯(直径3～5 mm，重量5g左右)，便于保存和运输。
在这十年内对快速繁殖中出现的问题进行了研究和总结，使快速繁殖技术逐渐趋于完善。原来认为试管苗的形成，应先使外植体脱分化形成愈伤组织，再从愈伤组织上分化形成芽，或者外植体经胚状体的分化途径形成大量的试管苗，然而这两种分化途径均被后来的以芽繁芽的途径所取代，这是由于组织培养中加入了植物激素且过高的繁殖系数引起变异给研究者们带来教训。如香蕉试管苗中会发生少数试管苗种植后不易挂果现象，从胚状体获得的甘蔗试管苗种植后因分蘖过盛，需多次分株移栽，方能获得可种植的种苗。1985年柳城甘蔗研究中心进一步研究甘蔗腋芽器官液体培养工厂化育苗新技术，具有分蘖多(比常规多30%～50%)、成茎率高(比原种茎高20%～35%)、有效茎数多、遗传性状较稳定等优点。此后，白化苗、玻璃苗及试管苗移栽成活率低等技术问题，均逐步得到研究和解决。李文安在快速繁殖研究中，曾总结出植物组织培养的十种分化芽器官途径，并提出双子叶植物以芽繁芽(少数也可用花蕾，如菊花、非洲菊等)或短枝扦插; 单子叶植物仍以腋芽为快速繁殖的主体，如甘蔗茎节芽、兰花茎尖芽 (原球茎);鳞茎类植物以鳞片基部芽为外植体;木本植物以顶芽和叶芽为繁殖主体;低等植物，如蕨类植物则以孢子或根状茎为繁殖体; 外植体上能直接分化出芽者，如海棠等，也可采用叶基部为外植体。
4.植物快速繁殖进入成熟阶段，又称快速繁殖的工厂化时期(1990年至今)。近十年全国主要大城市均出现了各种种苗公司。由于从国外 (如荷兰、以色列、法国) 引进各种自动化温室及大量应用保护地栽培需要特定优质种苗，使采用生物技术进行大规模生产优质种苗成为必然趋势。上海、北京、广州、昆明等地纷纷出现了种苗公司。上海以快速繁殖为主体的种苗公司有十多家，如上海大地园艺公司等。它们生产的非洲菊、香石竹、丝石竹等种苗畅销全国，部分外销。北京的锦绣大地园艺公司、海花生物技术开发公司均以快速繁殖结合脱去病毒与单倍体育种技术，每年都可推出几个新品种。广东的新会、顺德果苗公司及东莞德星无菌培养植物有限公司，经营香蕉、甘蔗、花卉、冬虫夏草、芦荟与观赏叶植物种苗，部分外销。云南昆明的农科院花卉技术开发中心，以经营非洲菊、满天星、兰花为主，另外，云南还有专以兰花为主的园艺公司。