세계 각국의 과학자들의 끊임없는 노력으로 최근 수십 년 동안 식물 조직 배양 기술이 급속히 발전하였다. 조직 배양을 이용하면 대량의 우수한 무성계를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 인류가 필요로 하는 각종 세대를 얻을 수 있다

물질 덕분에 일배체, 삼배체, 배수체, 비정배체도 얻을 수 있다. 세포 융합은 종속 경계를 깨고 먼 교배의 불친성을 극복하고 식물 신종 재배와 종질 개량에 큰 역할을 한다. 식물 세포의 조직 배양은 세포 수준에서 분석과 연구를 하는 이상적인 재료이다. 식물의 빠른 번식과 화약 배양에서 세포기 배양, 원형질체 융합 및 DNA 재조합 기술에 이르기까지 식물 조직 배양 기술은 이미 식물과학과 농업, 림, 공업, 의학 등 업종의 각 분야에 광범위하게 적용되어 당대 생물과학에서 가장 생명력 있는 학과가 되었다.

1 식물 조직 배양의 기본 개념, 원리 및 실험 절차

1..1개념

식물 조직 배양은 식물 장기 (뿌리 끝, 줄기 끝 등) 를 분리하는 기술이다. ), 조직 (형성 층, 꽃밥 조직 등. ), 세포 (체세포, 생식 세포 등. ), 배아 (성숙 또는 미성숙 배아), 원형질체 등. 무균 조건 하에서 인공적으로 배합된 배양기에서 배양하고 적절한 배양 조건을 주어 캘러스 또는 잠복아 또는 완전한 식물로 자라도록 유도한다.

1.2 원칙

식물 조직 배양의 기초는 식물 세포의' 다용성' 과 식물의' 재생' 이다. 1902 년 독일의 저명한 식물학자 G 하버란트 (G. Haberlandt) 는 세포학 이론에 근거하여 "고등식물의 기관과 조직은 단세포, 즉 식물체세포가 적절한 조건에서 끊임없이 분열할 때까지 계속 분열할 수 있다" 는 견해를 제시했다. 1943 년, 미국 화이트는 우연히 담배 치유 조직에 싹이 있는 것을 발견하여 G. Haberlandt 의 논점을 증명했다.

식물마다 성장 조건이 다르고, 사용하는 배양기도 다르다. 일반적으로 사용되는 기본 배양기는 MT, MS, SH, N6, White 등이다. 조직 배양에서 치유 조직과 배아체를 형성할 수 있을지는 새로운 식물을 재배하는 관건이다. 기본 배양기에 일정 농도의 외원 호르몬을 첨가하면 캘러스, 배아체, 불순아, 뿌리 등의 장기를 유도해 재생식물이나 차생물질을 얻을 수 있다.

식물 조직 배양에 사용되는 재료를 외식체라고 하며, 그 주요 형태는 장기, 배아, 단세포, 원형질체 등이다. 외식체에 따라 배양기의 종류, 배양조건, 외원호르몬의 종류와 비율도 다르다. 식물 조직 배양에는 배양 능력에 영향을 미치는 요인이 많다. 치유 조직의 성패를 유도하는 관건은 배양 조건에 있고, 식물 호르몬은 치유 조직과 녹색 모종 분화를 유도하는 핵심 요인이다.

IAA, NAA 및 2,4-D 는 캘러스를 유도하는 데 가장 많이 사용되는 성장소로, 필요한 농도는 0.0 1 ~ 10 mg/L 이고, 가장 많이 사용되는 세포분열소는 KT 와 ABA 이며, 사용 농도는 0 .. ABA 는 식물 체세포 배아의 발생과 발육에서 중요한 역할을 한다. 각종 식물 호르몬의 생리 기능은 상대적으로 구체적이지만, 식물의 생리효과는 서로 다른 종류의 호르몬 간의 상호 작용을 종합적으로 표현한 것이다.

1.3 테스트 절차

1.3. 1 배양기의 선택과 배합은 식물 조직 배양에서' 혈액' 이고, 혈액의 구성과 공급은 배양물의 성장과 분화와 직결되므로 배양기의 구성, 특성, 배합을 이해하는 것이 중요하다.

1.3.2 멸균은 조직 배양에서 중요한 작업 중 하나로, 보통 물리적 또는 화학적 멸균 방법을 사용한다. 배양기는 상압이나 고압 요리 등 습열 멸균, 기기용 연소멸균, 유리그릇과 내열그릇용 건열 멸균, 내열물질용 필터멸균, 식물재료표면용 소독제 멸균, 물체 표면용 화학스프레이 멸균, 접종실 등 공간은 자외선이나 훈증으로 멸균한다.

1.3.3 접종은 소독한 뿌리, 줄기, 잎 등 이온장기를 잘게 썰거나 작은 조각으로 썰어 배양기에 넣는다. 전체 접종 과정은 무균 상태에서 진행해야 한다.

L.3.4 배양은 특정 조명과 온도 조건을 가진 배양실에 배양재료를 배치하여 성장, 분열, 분화를 통해 캘러스 또는 재생식물로 분화한다.

1.3.5 길들이는 시험관 묘목은 특수한 환경 조건 하에서 자라는 묘목으로, 자연 생장과 크게 다르다. 길들여 자연 환경에 적응한 후에만 이식할 수 있다.

2 식물 조직 배양 응용

2. 1 식물 급속 번식 및 해독 모종 생산

식물 급속 증식 기술은 1960 년대에 시작되었으며, 프랑스의 Morchella 는 싹 끝을 통해 난초를 성공적으로 번식시켜 식물 급속 증식 기술 연구와 응용의 서막을 열었다. 현재 65,438+0,000 여개 과목, 65,438+0,000 여 가지가 있으며 그 중 일부는 상품으로 발전했다. 세계 난초의 80 ~ 85% 는 무바이러스로 조직 배양을 통해 빠르게 번식한다. 재배한 식물의 종류는 관상식물에서 원예식물, 대전 작물, 경제식물, 약용 식물로 점차 발전하고 있다. 중국에서는 비슷한 연구가 1970 년대에 시작되었다. 생산 중 이미 대규모로 무독성 감자 씨앗과 사탕수수 묘목을 재배하였으며, 이미 30 여 종의 식물이 대규모로 생산되거나 중간 실험을 하였다. 조직 배양을 통해 식물의 빠른 번식과 해독 모종 생산을 하면 멸종 위기에 처한 종을 구하고 소중히 여길 수 있을 뿐만 아니라 야생 식물 자원 부족 문제도 해결할 수 있다.

2.2 식물 꽃밥 문화 및 반수체 육종

식물 화약을 일배체 식물로 배양한 다음 염색체를 두 배로 늘리면 순합된 이배체를 빨리 얻을 수 있어 육종 주기가 크게 단축된다. 지금까지 세계는 꽃가루와 화약 배양을 통해 수백 그루의 식물의 단배체 식물을 얻었다. 인도 과학자들이 이런 방법으로 재배한 벼 품종은 대조군 증산 15% ~ 49% 보다 많다. 한국은 양질의 항병 항복에 저항하는 벼 품종 5 종을 재배했다. 1970 년대 이후 중국은 꽃가루나 화약에서 발육한 단배체 식물 40 여 종을 재배했으며, 그 중 65,438+00 여 종이 중국 최초의 식물이다. 옥수수에서 100 여 개의 순합 자교계를 얻었다. 고무는 이배체 및 삼배체 식물을 얻었다. 95' 기간에만 고수익, 질, 항역, 항병 저항성 농작물 신종 44 종을 재배해 660 만 hm2 가 넘는 면적을 심었다.

2.3 식물 배아 문화

교잡육종에서 교잡한 배아는 종종 유산을 하기 때문에, 초기에 자란 배아를 제거하고 조직 배양 방법을 적용함으로써 교잡식물을 배양할 수 있다. 미성숙한 배아를 식물로 키우는 것에 대한 보고서는 이미 100 개가 넘는다. 국내외 과학자들은 식물 배아 배양 기술을 이용하여 다양한 원연 교배의 재편성, 육성, 교잡품종을 얻었다.

2.4 식물 캘러스 또는 세포 현탁 배양

질병을 예방하고 치료하는 데 사용되는 식물 2 차 대사 산물은 식물 캘러스 또는 세포의 현탁 배양을 통해 생산될 수 있다. 최근 몇 년 동안이 분야는 매우 빠르게 발전했습니다. 400 여 종의 식물을 연구하여 배양세포에서 600 여 종의 이차 대사 산물을 분리해 냈는데, 그 중 60 여 종은 함량이 원식물보다 크거나 같고, 20 여 종은 원식물의 건중량에서19,6 보다 크다. 예를 들어, 고구마의 캘러스 및 현탁 세포에서 생성되는 diosgenin 은 스테로이드 합성 약물에 사용됩니다. 최근 항암제 파클리탁셀-팥나무의 세포 배양은 75t 발효통에서 배양될 수 있어 상업화 생산 수준에 이르렀다. 또한, 보라색 잔디, 인삼, coptis chinensis, 제라늄 등. 이미 상업화 수준에 이르렀다. Catharanthus roseus, rehmannia glutinosa 및 담배가 산업화되었습니다. 이쑤시개 풀 잇꽃 등 20 여 종의 식물이 상업화로 전환하고 있다.

2.5 세포 융합 및 원형질체 배양

1960 부터 영국 학자인 Cocking 이 처음으로 토마토 모종 뿌리에서 원형질체를 분리하는 데 성공했다. 1990 년까지 이미 100 여종의 식물 원형질체 재생 식물이 있었다. 우리나라는 콩, 벼, 옥수수, 밀, 곡식, 수수, 면화와 같은 중요한 식량 작물과 경제 작물을 포함한 30 여 종의 원생체 재생 식물을 이미 얻었다. 목본식물, 약용 식물, 채소, 곰팡이의 원형질체 배양도 빠르게 진행되고 있다. 외국에서는 이미 종내와 종간체세포 잡종 식물을 얻었다. 식물 원형질체 배양은 외원 유전자 이동, 무성계 변이, 돌연변이 선별 연구에도 적용될 수 있어 관심이 높아지고 있다.

2.6 식물 세포 돌연변이 체의 스크리닝

식물 세포 돌연변이의 선별은 1959 부터 시작되며, G. Melchers 는 금붕어초 공중부양세포 배양에서 온도 돌연변이를 얻었다. 1970 에서 P.S.Carlson, H.Binding 및 Y.M. Heimer 는 각각 담배 영양 결함형 세포, 피튜니아 스트렙토 마이신 내성 세포주 및 담배 트레오닌 내성 세포주를 분리했다. 지금까지 15 개 과보다 적은 45 종의 식물 세포 배양물에서 100 여 개의 식물 세포 돌연변이나 돌연변이를 선별했다. 여기에는 항엽반병에 대한 옥수수 돌연변이와 흑성병 및 뿌리 부패에 대한 밀 돌연변이와 같은 항병 세포 돌연변이가 포함됩니다. 아미노산 및 그 유사체에 내성이 있는 세포 돌연변이 (예: 케일형 유채의 HYP 항성 돌연변이 [263; 벼의 내염성 돌연변이와 밀의 내염성 돌연변이와 같은 역경 협박에 저항하는 세포 돌연변이들; 제초제 저항성 세포 돌연변이와 옥수수 제초제 저항성 돌연변이와 같은 영양 결함 세포 돌연변이 체; 벼 드워프 돌연변이와 같은 식물 높이 돌연변이를 선별하다.

2.7 식물 체세포 배아 및 인공 종자

1958 년 Reinert 는 먼저 당근의 조직 배양에서 체세포 배아 (배아체) 를 발견했다. 불완전한 통계에 따르면 배아를 대량으로 생산할 수 있는 식물은 100 여 종으로 43 과 92 속에 소속되어 있다. 벼, 밀, 옥수수, 진주곡과 같은 중요한 작물도 이온 배양을 통해 배아를 생산할 수 있다. 이 배아들은 알긴산 나트륨 등에 묻혀 있다. 인공종피를 첨가하여 인공종자를 형성하다. 인공 씨앗의 장점은 번식이 빠르고 모종 발생률이 높다는 것이다. 기후의 영향을 받지 않고 일년 사계절 모두 산업화할 수 있다. 1980 년대 초 미국 일본 프랑스 등은 인공종자 연구를 잇달아 실시했고, 우리 나라도 75 기간 동안 이 연구를 실시하여 국가' 863' 하이테크놀로지 연구 개발 계획 1987 에 포함됐다.

2.8 식물 조직 세포 배양물의 극저온 보존과 종질고의 설립

식물 세포 만능성의 발견과 증명은 식물 종질 자원의 장기 보존을 위한 새로운 길을 열었다. 액체 질소 초저온 보존 기술을 이용하여 높은 생존율을 유지하고, 새로운 식물을 재생하고, 원래의 유전적 특성을 유지할 수 있다. 줄기끝 분생 조직 배양의 극저온 보존종질고를 건립하면 종질의 유전적 변이와 퇴화를 막을 수 있을 뿐만 아니라 무바이러스 원종을 장기간 보존할 수 있다.

2.9 식물 조직 배양 및 형질 전환 기술의 응용

우리나라 최초의 T-DNA 삽입 돌연변이 라이브러리의 건설과 연구는 우리나라 벼 기능 유전체학 연구에 좋은 기술과 물질적 토대를 마련하여 우리나라가 자주지적 재산권을 가진 유전자 자원을 확보하는데 적극적인 공헌을 하였다. 중국벼연구소 농업부벼생물학중점개방연구소, 중과원 상해식물생리연구소와 합작하여 대규모의 효율적인 농균매개 유전자 변형 기술체계를 건립하여 옥수수 트랜스포존 AC-DS 등 외원유전자를 벼 미성숙 배아와 씨앗유도치유조직에 도입해10/2 만개의 독립T-DNA 를 식물계에 삽입해 벼돌연변이를 구축했다.

3 전망

식물 조직 배양의 연구와 응용은 20 세기 과학 기술 진보의 중대한 업적 중 하나로, 식물 성장 발육, 항성생리학, 호르몬, 장기 발생, 배아 발생을 연구하는 데 많은 좋은 실험 재료와 효과적인 방법을 제공한다. 식물 조직 배양 방법이 지속적으로 개선됨에 따라 적용 범위도 그에 따라 넓어졌다. 조직 배양은 인공 통제하에 이루어지기 때문에 꽃 봉오리 분화와 개화의 원인을 쉽게 파악할 수 있다. 배아 배양을 통해 하이브리드 화 또는 근친 교배 종을 얻을 수 있습니다. 단배체 세포를 분리하면 순합된 이배체 균주를 배양할 수 있다. 육종의 다양성을 높이고 육종 시간을 단축하십시오. 돌연변이 선별을 통해 식물의 품질을 높이고, 저항과 저항력을 강화하고, 식물의 성장 범위를 넓히다. 저온냉동 보존체세포, 유전자 은행 설립, 보존종의 목적을 달성하다. 높은 약용 가치와 공업화 생산을 갖춘 2 차 제품을 획득하여 의약품 생산 시간을 단축하고 단순히 천연식물에 의존하는 수동성을 줄인다. 식물 조직 배양 기술은 이미 과학 연구, 생산, 생활의 각 분야에 스며들어 나날이 완벽해질 것이다.

흑룡강 농업과학 2006, (3)