【文章內(nèi)容簡介】 是該受精卵具有該物種全部遺傳信息的表現(xiàn)。同樣，植物的體細胞也是從合子的有絲分裂產(chǎn)生的，也具有全能性，即具備著遺傳信息的傳遞、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯的能力。在一個完整植株上，某部分的體細胞只表現(xiàn)一定形態(tài)、行使一定的功能，這是由于它受到具體器官或組織所在環(huán)境的束縛，但其遺傳潛力并沒有喪失；一旦脫離其原來的器官或組織影響，如處于離體狀態(tài)，在一定的培養(yǎng)條件下，就可能表現(xiàn)出全能性，并發(fā)育成完整植株。經(jīng)過科學家的數(shù)十年不斷努力，現(xiàn)在已經(jīng)完全證實了植物細胞的全能性。其中 50 年代，F(xiàn). Skoog，F(xiàn). C. Steward 及其他的一些學者確定了植物組織生長所必須的營養(yǎng)成分，設計了許多適合各種植物組織培養(yǎng)的有效配方，如 MS、 B5 、N 6 、 SH 等，使植物的外植體培養(yǎng)在適宜的培養(yǎng)基上形成脫分化而待分化的細胞團—愈傷組織，Skoog 等人又證實了改變培養(yǎng)3基中的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)（生長素和分裂素）相對濃度可使煙草愈傷組織分化出苗或根。Steward 等人發(fā)現(xiàn)了胡蘿卜愈傷組織在液體懸浮培養(yǎng)下會形成體細胞胚，其發(fā)育階段與合子胚相似，最后形成小植株。此后又證實了胡蘿卜單一的細胞亦具有這種能力。這些研究結(jié)果都是細胞全能性經(jīng)典例證 [13,14]。 植物組織培養(yǎng)再生植株途徑及方式盡管已確立了植物細胞全能性的理論，但實踐上，全能性表達的難易程度在各種植物，甚至在同一植物，同一組織的不同細胞之中都有很大的差別。一般來說，較易表達全能性的細胞可有 3 類：受精卵、發(fā)育中的分生組織細胞和雌雄配子體及單倍體細胞。在絕大多數(shù)的情況下，植物細胞全能性的表達要經(jīng)過一個從分化狀態(tài)到脫分化的愈傷組織的中間形式，然后進入再分化和再生的階段，但也有的在植物組織中直接發(fā)生脫分化和再分化的過程，而不需經(jīng)歷愈傷組織的中間形式。所謂脫分化就是指使已分化的組織（細胞分裂已停止）在適當?shù)呐囵B(yǎng)條件下恢復細胞分裂活性，從已分化的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成未分生狀態(tài)。愈傷組織即為典型的脫分化的組織。脫分化的組織或細胞在一定的條件下有可轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N不同細胞類型的能力，這一過程即稱為再分化。因此，培養(yǎng)的植物組織或細胞可以通過誘導根、芽等器官形成，或通過體細胞胚發(fā)生途徑，兩條途徑經(jīng)歷或不經(jīng)歷愈傷組織中間形式而實現(xiàn)植株再生 [1518]。由此植物組織培養(yǎng)再生植株的過程可概括為： ① 體細胞胚發(fā)生植株再生途徑：通過體細胞胚發(fā)生再生完整植株?！?直接體細胞胚發(fā)生再生植株方式（不經(jīng)歷愈傷組織階段）： 外植體 體細胞胚 完整植株 ● 間接體細胞胚發(fā)生再生植株方式（經(jīng)歷愈傷組織階段）： 脫分化 再分化 外植體 愈傷組織 胚性愈傷組織 體細胞胚 完整植株② 器官發(fā)生植株植株再生途徑：培養(yǎng)的植物組織或細胞通過誘導形成根、芽等器官再生成完整植株?！?直接器官發(fā)生再生植株方式（不經(jīng)歷愈傷組織階段）：外植體 芽或根 誘導芽生根或根長芽 完整植株● 間接器官發(fā)生再生植株方式（經(jīng)歷愈傷組織階段）：新疆棉花高效再生體系建立及其遺傳轉(zhuǎn)化影響因素的研究4脫分化 再分化外植體 愈傷組織 芽或根 誘導芽生根或根長芽 完整植株 直接分化形成器官再生系統(tǒng)具有如下特點：獲得再生植株的周期短，操作簡單，因為外植體直接分化出再生植株，省略了愈傷組織誘導培養(yǎng)過程；由于未經(jīng)脫分化的細胞直接分化芽，因此體細胞無性系變異小，能較好地保持受體植物的遺傳穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)化的外源基因也能實現(xiàn)穩(wěn)定地遺傳。 植物組織培養(yǎng)技術(shù)的影響因素理論上每一個植物細胞都具有再生成完整植株的能力，即細胞全能性。但在實際應用中組織的再生受植株基因型、組織來源、生理狀態(tài)等多種因素的影響。植株的基因型起決定性作用，不同基因型的植株其再生能力有很大差別，通常幼嫩植株的芽比成熟植株的再生能力強，這可能是幼嫩植株分生能力旺盛的結(jié)果 [19]。外部環(huán)境因素：如培養(yǎng)基種類、鹽濃度、瓊脂、pH值、生長調(diào)節(jié)物質(zhì)、碳水化合物、光照和溫度及繼代培養(yǎng)次數(shù)等對植株的再生也有很大影響?！?，瓊脂本身不提供任何營養(yǎng)，僅起到支持培養(yǎng)物的作用，但瓊脂的用量需適當，瓊脂濃度過高會使培養(yǎng)物不能與培養(yǎng)基緊密接觸，不能很好的吸收養(yǎng)分而變黃，濃度過低試管苗水勢高，玻璃化現(xiàn)象嚴重。 ，適當?shù)慕档蚿H 值可以降低多酚氧化酶的活性和底物利用率，從而抑制褐變。培養(yǎng)基的pH 值還可以通過影響培養(yǎng)物的營養(yǎng)元素的吸收過程來影響呼吸代謝、多胺代謝與脫氧核糖核酸合成、植物激素進出細胞等作用，進而直接或間接的影響愈傷組織的形成及形態(tài)建成 [20]。組織培養(yǎng)中常用的有生長素和細胞分裂素兩大類。生長素主要促進細胞分裂、誘導愈傷組織產(chǎn)生和促進生根等，常用的有NAA、IBA和2,4D。細胞分裂素主要促進細胞分裂、改變頂端優(yōu)勢和促進芽的分化等，常用的有KT、6BA、ZT和2ip等。光周期由植株的生理特性決定，以16h光照居多，24h或12h光照也有報道。一般來說，光照過強可使多酚氧化酶活性提高，褐化程度加強；光強低不利于外植體分化；弱光或全黑會促進愈傷組織分化和根的再生。溫度對植株的生長也有一定的影響。溫度過高會導致分化芽出現(xiàn)玻璃化苗及褐化程度嚴重；低則苗生長緩慢。繼代次數(shù)對組培苗的生根、外植體褐變和試管苗褐化等都有一定的影響。處于幼年期的組培苗生根較成年期的組培苗生根容易的多。繼代有利于減輕褐化情況，但繼代次數(shù)過多玻璃化頻率提高 [21,22]。5 植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應用及發(fā)展趨勢隨著對植物組織培養(yǎng)技術(shù)的深入研究和廣泛應用，現(xiàn)在又發(fā)展了更多的、更實用的技術(shù)，這類應用技術(shù)主要包括植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)、原生質(zhì)體融合技術(shù)、植物體外受精技術(shù)、植物快速繁殖技術(shù)等。這些技術(shù)的建立不論是在植物的品種改良、植物種質(zhì)保存、植物突變體的篩選、植物快速繁殖、植株脫毒及植物產(chǎn)品的生產(chǎn)方面，還是在為植物基因工程創(chuàng)造前提條件等方面都發(fā)揮著重要作用 [20]。植物組織培養(yǎng)技術(shù)的研究與應用是生命科學的主要組成部分之一，但是由于植物本身的生長發(fā)育機理比較復雜，再 加 上 植 物 組 織 培 養(yǎng) 技 術(shù) 的影響因子較多，以及在 植物組織培養(yǎng)過程中出現(xiàn)的感 受 態(tài) 、決 定 作 用 、 外 遺 傳 變 化 、 馴 化 作 用 等 現(xiàn) 象 的 機理有待探索研究，還有污染、玻璃化、褐化和衰敗等許多問題沒有解決，人們對組織培養(yǎng)的認識還只能算是初步的 [21,22]。 植物基因工程概述、應用及發(fā)展概況 植物基因工程概述植物基因工程是有目的地將外源 DNA 導入植物，使之整合、表達并能穩(wěn)定遺傳的技術(shù)。具體操作步驟為：通過提取并在生物體外對 DNA 分子進行剪切、拼接、修飾等獲得需要的 DNA 特定片段（目的基因） ；選擇基因的合適運載體，使目的基因和運載體結(jié)合得到重組 DNA；將重組 DNA 引入植物細胞并使其增殖；創(chuàng)造條件，使整合目的基因的植物細胞生長為植物體，進而育成植物優(yōu)良新種（或新品種） [23]。用于定向創(chuàng)造植物新類型的基因工程技術(shù)稱為植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)，這一技術(shù)打破了生物的種間隔離，大大擴大了物種之間的基因交流范圍，所產(chǎn)生的植物新類型稱為轉(zhuǎn)基因植物，這種遺傳物質(zhì)經(jīng)過改造的植物在性狀、營養(yǎng)和消費品質(zhì)等方面可以向人類需要的目標轉(zhuǎn)變。而且，用轉(zhuǎn)基因的方法比常規(guī)的雜交育種方法，在育種周期上要縮短 3～4 年，展示了植物基因工程在育種上的應用前景 [24]。大量轉(zhuǎn)基因植株的研究表明其在作物育種上具有以下特點：①植物基因工程是在基因水平上來改造植物的遺傳物質(zhì)，更具有科學性和精確性；②定向改造植物遺傳性狀，提高了育種的目的性和可操作性；③大大地擴展了育種范圍，打破了物種之間地生殖隔離障礙，實現(xiàn)了基因在生物界地共用性，豐富了基因資源；④集現(xiàn)代新技術(shù)為一體，如 DNA 重組技術(shù)、分子雜交技術(shù)、細胞培養(yǎng)技術(shù)、基因轉(zhuǎn)化技術(shù)、及基因表達調(diào)控技術(shù)等等，使育種途徑進入一個高新技術(shù)時新疆棉花高效再生體系建立及其遺傳轉(zhuǎn)化影響因素的研究6代 [25]。 轉(zhuǎn)基因植物應用和發(fā)展趨勢目前植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)主要在以下方面得到應用：①抗性基因工程，也被稱為第一代植物基因工程。該工程是一項研究最早，技術(shù)最為成熟，而且應用規(guī)模最大的植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)。主要包括抗蟲基因工程、抗病基因工程、抗除草劑基因工程以及抗逆（鹽堿、寒、凍、旱）基因工程。如已進入商業(yè)化生產(chǎn)的 Bt 轉(zhuǎn)基因抗蟲棉、抗草甘膦大豆、抗蟲轉(zhuǎn)基因玉米等等。②植物品質(zhì)改良基因工程。該工程是目前植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究的一項熱點，主要包括植物蛋白品質(zhì)改良、碳水化合物（如淀粉、糖等）品質(zhì)改良；脂肪、維生素品質(zhì)改良以及后熟品質(zhì)改良等。③有特殊療效的保健食品、功能性食品以及治療性食品。其他方面的應用還有雜種優(yōu)勢新品種的培育、生物反應器生產(chǎn)藥物等 [26,27]。轉(zhuǎn)基因植物就是人們利用生物技術(shù)為了解決人類的糧食短缺、生態(tài)環(huán)境破壞等問題對現(xiàn)有生物體進行改造而產(chǎn)生的。與現(xiàn)有的植物物種相比，轉(zhuǎn)基因植物具有更強的抗病蟲能力和抗逆境脅迫能力、更高的產(chǎn)量、更優(yōu)的營養(yǎng)等優(yōu)點。自從 1983 年首次獲得轉(zhuǎn)基因煙草以來，至今已有 35 科 200 多種植物轉(zhuǎn)基因獲得成功，涉及糧食作物（水稻、小麥、玉米等）、經(jīng)濟作物（棉花、大豆、油菜等）、蔬菜（番茄、黃瓜、胡蘿卜等）、瓜果（蘋果、核桃、甜瓜、等）、牧草（苜蓿、白三葉草等）、花卉（矮牽牛、菊花、香石竹等）和林木（泡桐、楊樹等） [28]。轉(zhuǎn)基因植物技術(shù)及其產(chǎn)品是當今世界農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的重點和熱點，是我國農(nóng)業(yè)科技革命的核心內(nèi)容之一，對我國農(nóng)業(yè)科技手段的更新?lián)Q代以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有重要的戰(zhàn)略意義 [29]。目前，一些重要有經(jīng)濟價值的轉(zhuǎn)基因植物已陸續(xù)進入大田，并取得了較好的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，在解決人類所面臨的資源短缺、環(huán)境惡化和效益衰退三大難題中顯示出越來越重要的作用，為農(nóng)業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展提供了強有力的保障 [30]。 棉花組織培養(yǎng)植株再生研究進展 體細胞培養(yǎng)及其應用70 年代末，Price 和 Smith[31]首次報道從克勞茨基棉細胞懸浮培養(yǎng)中得到胚狀體，7雖一直未培養(yǎng)成苗，但這一研究為獲得再生棉花植株奠定了基礎。Finer [32]利用克勞茨基棉做進一步的研究，從莖、葉柄和葉等器官的培養(yǎng)中得到了大量的體細胞胚，還是沒能得到再生植株。不久，Davidonis 等 [33]（1965 ）報道陸地棉品種珂字 310 的子葉愈傷組織在改良 Linsmaier 和 Skoog 培養(yǎng)基上繼代培養(yǎng) 2 年后得到再生植株，但實驗周期長，可重復性差。Shoemaker [34]（1986）報道從陸地棉品種珂字 201 和 315 得到再生植株。Gawel N J 等 [35,36]也從陸地棉的葉、葉柄等成熟器官愈傷組織得到了再生植株。此后，Trolinder [3740]等通過技術(shù)改進，尤其是采用培養(yǎng)基 KNO3 加倍技術(shù)、懸浮培養(yǎng)技術(shù)和珂字棉系統(tǒng)高頻胚胎發(fā)生能力材料的發(fā)現(xiàn)，使棉花細胞再生植株技術(shù)大大向前推動了一步。張獻龍等 [41]（1991）以陸地棉品種珂字 201 為材料，研究了基本培養(yǎng)基中添加多種激素對體細胞胚胎發(fā)生的影響。研究發(fā)現(xiàn)：IAA、2,4D 與 KT 并用時，IAA最易誘導胚胎發(fā)生，2,4D 最差。新型植物激素 BR 與 2,4D 并用時，可使難以誘導胚胎發(fā)生的品種“河南 79” 胚胎發(fā)生。同一激素用量不同，效果不同，以 102ppm 2,4D、101ppm KT、102ppm BR 最適胚胎發(fā)生。棉花體細胞胚發(fā)生植株再生技術(shù)是進行其原生質(zhì)體融合、創(chuàng)造雜種植株的必要條件，同時是進行其抗性研究、遺傳變異篩選、基因轉(zhuǎn)化、棉纖維發(fā)育研究的良好實驗系統(tǒng)?，F(xiàn)已從幾個棉種十幾個品種的胚軸、子葉、葉片、葉柄、幼胚等器官誘導出體細胞胚，并再生出植株，建立了棉花體細胞胚發(fā)生植株再生的研究實驗體系 [4247]。從上述可知，棉花體細胞胚發(fā)生植株再生研究報道的很多，發(fā)展迅速。其主要是利用下胚軸外植體通過先誘導愈傷組織產(chǎn)生，再誘導分化出體細胞胚，然后通過促進體細胞胚的萌發(fā)、成熟形成完整植株，屬于間接體細胞胚發(fā)生植株再生方式。該植株再生方式嚴重依賴于基因型，并且周期長、畸形率高，影響因素較多。國內(nèi)外當前生產(chǎn)上栽培的棉花品種體細胞胚胎發(fā)生能力一般均很弱或沒有，這極大限制了棉花體細胞培養(yǎng)在品種改良中的應用。截止目前，在棉花體細胞培養(yǎng)再生植株的研究中應用的外植體主要是：胚珠、原生質(zhì)體和花藥三種。 棉花胚珠培養(yǎng)及其應用棉花胚珠培養(yǎng)是獲得棉屬雜種植株的一個很有價值的工具。1971年Beasley [48]首次報道從陸地棉（Gossypium hirsutum L.）胚珠的珠孔端誘導出愈傷組織。胚珠培養(yǎng)在棉花育種中的應用已經(jīng)歷了半個多世紀的歷史，其研究成果主要有如下幾個方面：①研新疆棉花高效再生體系建立及其遺傳轉(zhuǎn)化影響因素的研究8究纖維發(fā)育及其生理特征。楊佑明等 [49]（2022）針對傳統(tǒng)的棉胚珠培養(yǎng)方法因纖維在發(fā)育中途夭亡而不能用于研究次生壁增厚和強度形成的機理，建立了棉胚珠繼代培養(yǎng)纖維體系，即根據(jù)花鈴的形態(tài)特征選?、蝾惏l(fā)育狀態(tài)的胚珠作外植體，14天為周期連續(xù)3次繼代，在繼代培養(yǎng)基中添加 5g/L 活性碳，并根據(jù)纖維發(fā)育不同階段的特點，調(diào)整植物生長物質(zhì)的種類和濃度。結(jié)果使纖維重現(xiàn)了植株條件下的發(fā)育歷程，其比強度、長度和細胞壁厚度等品質(zhì)指標達到或接近植株條件下發(fā)育的纖維，為研究棉纖維發(fā)育和品質(zhì)形成的機理提供了一個新的實驗體系。②研究