植物細胞和組織培養史

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組織培養

組織培養是一種生物研究技術，將動物或植物的組織碎片移植到人工環境中，使其能夠繼續生長和發揮功能。培養的組織可以是一個細胞、一組細胞、整個器官或器官的一部分。在培養中，細胞可以分裂、改變形狀、大小或功能，參與專門活動或與其他細胞合作。

培養基介紹

細胞培養可以使用生物培養基（如血清或組織提取物）、化學定義的合成培養基或兩者的組合。培養基必須具有適當的酸鹼度，並具有被檢查細胞所需營養物質的正確比例。培養通常以液體或半固體培養基中的懸浮液形式製備，或者以玻璃或塑膠表面上的單細胞層形式製備。

培養的起始是將少量組織分散在培養基上或培養基中。然後將含有培養物的燒瓶、試管或平板進行培養，溫度通常接近組織的自然棲息地。

為了避免微生物汙染，需要保持無菌條件。有時使用單個細胞來建立培養物，從而產生克隆，即均勻的生物種群。對於單個細胞，通常在放入生長條件下 10 到 14 天內形成菌落。

組織培養史

這一切始於 1832 年，當時西奧多·施旺提出了一個大膽的主張：在合適的外部條件下，細胞可以在其原始宿主體外生長。為了使組織培養物生長，這些外部因素需要創造一個無菌環境。

三年後，即 1835 年，威廉·魯克斯證實了這一大膽的主張。魯克斯使用鹽溶液作為他的培養基，成功地培養了雞胚胎細胞。

四年後的 1839 年，另一位名叫賴興格的人為這項突破性技術設定了最初的引數。在此發展之後，組織培養方法在近 50 年內幾乎沒有得到任何顯著的引用。1885 年，一位科學家觀察到蠑螈白細胞在人工環境中生長。另一位學者在 1903 年也做了同樣的觀察。

您可能熟悉“組織培養之父”。一位名叫羅斯·格蘭維爾·哈里森的美國博物學家於 1907 年成功地在凝固的淋巴中培養了青蛙神經細胞。由於他對組織培養技術的貢獻，哈里森獲得了“之父”的稱號。

儘管組織培養自 18 世紀早期就已經開始實踐，但植物組織培養直到 1898 年才開始興起。德國植物學家戈特利布·哈伯蘭特率先使用體外方法培養植物組織。他使用了各種細胞，包括柵欄組織。

在 20 世紀 30 年代，人們發現 B 族維生素和生長素 (IAA) 對植物組織培養方法中根培養的產生至關重要。在接下來的一個世紀裡，進行了多次類似的實驗，科學家們開始確定應該支配我們當前組織培養程式的最關鍵因素。

組織培養細胞的處理

• 活體培養物可以直接在顯微鏡下觀察，或者透過顯微鏡拍攝的靜態和動態影像進行觀察。

• 為了進行更深入的分析，還可以破壞、固定（儲存）和染色細胞、組織和器官。

• 固定後，樣品還可以被包埋和薄切，以便在光學顯微鏡或電子顯微鏡下觀察時揭示更多資訊。

• 在組織培養中，細胞會接受各種實驗程式的處理。例如，培養物可以新增病毒、藥物、激素、維生素、致病菌或可疑致癌物質。

• 下一步是科學家研究細胞，尋找細胞功能或行為的廣泛變化以及特定組分的變化，例如特定基因或蛋白質表達的變化。

植物組織培養體外技術

植物組織在配備層流櫃提供的 HEPA 過濾空氣的無菌環境中進行組織培養準備。然後在具有受控溫度和光照強度的生長環境中，將組織在無菌容器（如培養皿或燒瓶）中培養。

活體植物材料會受到環境中微生物的自然汙染，因此在採集可接受的樣本（稱為外植體）之前，必須用化學溶液（通常是酒精和次氯酸鈉或次氯酸鈣）對其表面進行消毒。

當需要細胞懸浮培養時，通常將無菌外植體放置在無菌固體培養基上，但這並非總是如此。

從初始外植體發育而來的組織的形狀很大程度上取決於培養基的組成，特別是植物激素和氮的供應（硝酸鹽與銨鹽或氨基酸）。

例如，過量的生長素通常會導致根的生長，而過量的細胞分裂素可能會產生芽。當生長素和細胞分裂素水平平衡時，通常會形成愈傷組織，但愈傷組織的外觀將取決於所種植植物的型別以及培養基的組成。

隨著培養物的生長，通常會切下培養物的片段並將其繼代培養到新鮮的培養基中，以促進生長或改變培養物的形態。

當培養物中開始出現芽時，可以將其切下，用生長素生根，然後移植到盆栽土壤中，在溫室中作為普通植物繼續生長。

植物組織培養的應用

一些應用包括：

• 利用分生組織和芽培養大量種植植物用於商業目的，用於盆栽、景觀和花卉主題。

• 保護稀有或瀕危植物物種。

  植物育種者可以使用組織培養來檢查細胞的有益特性，例如除草劑耐受性或抗性，而不是使用整個植物。

• 在生物反應器中進行大規模液體培養植物細胞，以生產有用的物質，特別是用作生物製藥的重組蛋白和植物產生的次生代謝產物。

• 透過融合來自不同物種（並非密切相關）的原生質體來創造獨特的雜交體。

• 快速研究植物生理、生化和生殖機制的分子基礎，例如體外選擇耐逆境植物。