5月31日，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與來自4個(gè)省的12家苗木企業(yè)、科研單位聯(lián)合成立植物干細(xì)胞與生物技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，通過此舉加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，用最新的科研成果推動(dòng)植物組織培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。
前景廣闊的組織培養(yǎng)技術(shù)
組織培養(yǎng)是通過將植物活的離體器官、組織或細(xì)胞置于培養(yǎng)基內(nèi)，并放在適宜的環(huán)境中進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)以獲得細(xì)胞、組織或個(gè)體的技術(shù)。植物的繁殖包括有性生殖和營(yíng)養(yǎng)繁殖兩種方式。有性生殖后代遺傳物質(zhì)來自于父母雙方，由于遺傳物質(zhì)的重組、花粉的混雜等因素，有性生殖獲得的后代往往性狀雜亂不一。而營(yíng)養(yǎng)繁殖是對(duì)親本的“克隆”，使得優(yōu)良性狀得以完全保留，并且讓獲得的后代植株長(zhǎng)勢(shì)整齊；與扦插、壓條等其他營(yíng)養(yǎng)繁殖方式相比，組培苗有生長(zhǎng)勢(shì)更好、更加整齊、生產(chǎn)過程更容易控制、占地面積小、速度快、不受季節(jié)限制、適合工廠化大規(guī)模高效生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。組培還是植物基因工程操作和分子設(shè)計(jì)育種的必要步驟，是發(fā)展生物育種的重要前提。因此，組織培養(yǎng)已成為農(nóng)業(yè)科學(xué)研究和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的手段和重要途徑。目前蘋果、櫻桃和一些花卉、林木可以通過組織培養(yǎng)來進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)快速繁殖。但是由于對(duì)組織培養(yǎng)的一些問題還缺乏更深入的研究，目前僅有較少物種或一個(gè)物種的少數(shù)品種能建立組培再生體系，還有許多經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的物種或性狀更優(yōu)異的品種無(wú)法實(shí)現(xiàn)組織培養(yǎng)。
由于組織培養(yǎng)技術(shù)對(duì)提高農(nóng)業(yè)科研和生產(chǎn)水平有重要意義，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)這方面研究高度重視。作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)張憲省教授率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)從上世紀(jì)九十年代開始就從事植物組織培養(yǎng)研究，取得多項(xiàng)重要研究成果。該團(tuán)隊(duì)在研究中通過組織培養(yǎng)不僅可以產(chǎn)生常見植物的根、葉、芽，還可以在培養(yǎng)基上單獨(dú)長(zhǎng)出一朵花；也能夠單獨(dú)培養(yǎng)出一個(gè)植物的花藥，花藥是花的雄蕊產(chǎn)生花粉的重要組織。他們還可以從培養(yǎng)材料上面直接誘導(dǎo)產(chǎn)生胚珠，胚珠授粉后就能長(zhǎng)出種子；也能夠單獨(dú)誘導(dǎo)出植物子房，這對(duì)有性生殖研究非常重要。科研人員介紹說，隨著研究的進(jìn)一步深入、拓展，將來就有可能直接利用組培體系離體產(chǎn)生器官，比如花瓣、心皮、雄蕊，甚至果實(shí)，這樣就可以產(chǎn)生真正的“植物工廠”，在車間中生產(chǎn)花瓣，用作花店銷售或提取精油；生產(chǎn)心皮和雄蕊，從而直接在培養(yǎng)基上結(jié)出大米；生產(chǎn)果實(shí)，甚至可以讓宇航員只帶接種了植物組織的培養(yǎng)基上飛船，便可以在太空中吃到新鮮的番茄……可以說，組織培養(yǎng)將為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)帶來更美好的前景。
揭示激素調(diào)控植物干細(xì)胞的分子機(jī)理
1957年，德國(guó)科學(xué)家Skoog和Miller發(fā)現(xiàn)，外源施加細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素能夠在體外培養(yǎng)條件下誘導(dǎo)莖端干細(xì)胞重新形成，進(jìn)而再生出完整植株。這一發(fā)現(xiàn)是植物組織培養(yǎng)技術(shù)的源頭，基于這一發(fā)現(xiàn)而建立的植物組織培養(yǎng)技術(shù)成為上世紀(jì)末、本世紀(jì)初國(guó)際植物生物技術(shù)的“主角”，為植物離體快繁和基因工程的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。然而為什么外源細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素能夠誘導(dǎo)莖端干細(xì)胞再生？這兩種植物激素作用的機(jī)制是什么？這些問題始終沒有得到細(xì)致完備的回答，這也是為什么很多物種，或某一物種的部分品種難以建立組培體系，人們又對(duì)此束手無(wú)策的原因。
植物生長(zhǎng)和組織培養(yǎng)都離不開干細(xì)胞。干細(xì)胞是一類具有自我更新能力和多項(xiàng)分化潛能的細(xì)胞，干細(xì)胞是生物體所有細(xì)胞的來源。植物的根、莖、葉、花、果、種都是由干細(xì)胞產(chǎn)生的。相對(duì)于動(dòng)物干細(xì)胞研究，植物干細(xì)胞研究起步較晚，難度也較大。近十幾年來，張憲省團(tuán)隊(duì)圍繞激素對(duì)植物干細(xì)胞的調(diào)控機(jī)理開展了深入研究，發(fā)現(xiàn)了生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素調(diào)控干細(xì)胞的機(jī)理。根據(jù)他們的研究結(jié)果，生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的響應(yīng)信號(hào)在莖端分生組織重塑呈現(xiàn)出十分有規(guī)律的變化過程，逐漸從相互重疊的均勻分布變成相互拮抗的分布模式，最終細(xì)胞分裂素分布在原分生組織的中心，生長(zhǎng)素在細(xì)胞分裂素的上方周圍區(qū)域呈環(huán)狀分布。這一特定模式是誘導(dǎo)干細(xì)胞產(chǎn)生的必要條件。他們經(jīng)過進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn)，這一特定模式是生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和合成途徑中的基因相互抑制造成的，而其中細(xì)胞分裂素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的B類響應(yīng)因子直接啟動(dòng)干細(xì)胞調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。這些結(jié)果為我們進(jìn)一步提高難再生物種和品種的再生能力，進(jìn)而建立組培體系奠定了基礎(chǔ)。張憲省介紹說，從理論上講，植物的所有器官都可以誘導(dǎo)產(chǎn)生，這與我們用的培養(yǎng)材料，以及激素的種類、激素的水平等都有密切的關(guān)系。過去利用莖、葉來進(jìn)行組織培養(yǎng)，而該團(tuán)隊(duì)最近的研究還發(fā)現(xiàn)，用根培養(yǎng)產(chǎn)生的芽不僅數(shù)量多、而且時(shí)間短，他們正準(zhǔn)備將這個(gè)新發(fā)現(xiàn)申報(bào)專利。
產(chǎn)學(xué)研合作提高創(chuàng)新水平
