理論起源
19世紀30年代，德國植物學家施萊登和德國動物學家施旺創立了細胞學說，根據這一學說，如果給細胞提供和生物體内一樣的條件，每個細胞都應該能夠獨立生活；1902年，德國植物學家哈伯蘭特細胞全能性的理論是植物組培的理論基礎。
1958年，一個振奮人心的消息從美國傳向世界各地，美國植物學家斯蒂瓦特等人，用胡蘿蔔韌皮部的細胞進行培養，終于得到了完整植株，并且這一植株能夠開花結果，證實了哈伯蘭特在五十多年前關于細胞全能的預言。植物組培的簡單過程如下：剪接植物器官或組織——經過脫分化（也叫去分化）形成愈傷組織——再經過再分化形成組織或器官——經過培養發育成一顆完整的植株。
植物組培的大緻過程是：在無菌條件下，将植物器官或組織（如芽、莖尖、根尖或花藥）的一部分切下來，用纖維素酶與果膠酶處理用以去掉細胞壁，使之露出原生質體，然後放在适當的人工培養基上進行培養，這些器官或組織就會進行細胞分裂，形成新的組織。不過這種組織沒有發生分化，隻是一團薄壁細胞，叫做愈傷組織。在适合的光照、溫度和一定的營養物質與激素等條件下，愈傷組織便開始分化，産生出植物的各種器官和組織，進而發育成一棵完整的植株。
步驟
培養基配制
配制培養基有兩種方法可以選擇，一是購買培養基中所有化學藥品，按照需要自己配制；二是購買商品的混合好的培養基基本成分粉劑，如MS、B5等。
自己配制可以節約費用，但浪費時間、人力、且有時由于藥品的質量問題，給實驗帶來麻煩。就目前國内的情況看，大部分還是自己配制。為了方便起見，現以MS培養基為例介紹配置培養基的主要過程。
1．配制幾種母液
1．配制MS大量元素母液
一般将大量元素分别配制成100倍的母液，使用時再分别稀釋100倍。
分别稱取
NH4NO3 165g KH2PO4 17g
KNO3 190g CaCl2·2H2O 44g
MgSO4·7H2O 37g
各自配成1L的母液。倒入1L試劑瓶中，存放于冰箱中。
2．配制MS微量元素母液
一般将微量元素配制成100倍母液。
依次稱取
KI 0.083g Na2MoO4·2H2O 0.025g
H3BO3 0.62g CuSO4·5H2O 0.0025g
MnSO4·H2O 1.69g CoCl2·6H2O0 .0025g
ZnSO4·7H2O 0.86g
配成1L母液，倒入1L試劑瓶中，存放于冰箱中。
CuSO4·5H2O和CoCl2·6H2O 由于稱取量很小，如果天平精确度沒有達到萬分之一，可先配成調整液。
分别稱取
CuSO4·5H2O 0.05g CoCl2·6H2O 0.05g
各自配成100ml的調整液，然後取5ml就還有0。0025g的量。
3．配制MS有機母液
一般配制成100倍MS有機母液。
依次稱取
肌醇 10g 鹽酸硫胺素（VB1）0 .01g
煙酸 0.05g 甘氨酸 0.2g
鹽酸吡哆醇（VB6） 0.05g
配成1L母液，倒入1L試劑瓶中，存放于冰箱中。
4．配制MS鐵鹽母液
一般配制成100倍MS鐵鹽母液。
依次稱取
EDTA二鈉3.73g FeSO4·7H2O2.78g
配成1L母液，倒入1L試劑瓶中，存放于冰箱中。
所以MS母液有5種大量元素母液，加上MS微量元素母液、MS有機母液和MS鐵鹽母液，共8種母液。
激素母液的配制
各種生長素和細胞分裂素要單獨配制，不能混合在一起，生長素類一般要先用少量95%的酒精或1當量的NaOH溶解，細胞分裂素一般要先用1當量的鹽酸溶解，然後再加蒸餾水定容。一般取100mg配成100ml母液。
2．配制培養基
以配置1L MS培養基為例，按順序進行如下操作：
1．先在燒杯中放入一些蒸餾水。
2．分别取上面八種母液10ml倒入。
3．一般稱取30g蔗糖倒入，攪拌溶解。
4．加蒸餾水用量筒定溶至1L。
5．按設計好的方案添加各種激素，由于激素的用量很小，而且激素對組培植物的生長至關重要。所以有條件的話最好用微量可調移液器吸取，減少誤差。
6．用精密試紙或酸度計調整PH至5.7～5.8。（有條件的話使用酸度計，比較精确） 可配1當量的HCL和1當量的NaOH用來調溶液PH值。
1當量HCL配制：用量筒量取8.3ml配成100ml溶液。
1當量NaOH配制：稱取NaOH 4g 配成100ml溶液。
7．稱取5g左右瓊脂粉（質量好的瓊脂粉),倒入上面配好的溶液中，放在電爐上加熱至沸騰，直到瓊脂粉熔化。
8．稍微冷卻後，分裝入培養容器中。無蓋的培養容器要用封口膜或牛皮紙封口，用橡皮筋或繩子紮緊。
9．放入消毒滅菌鍋滅菌，滅菌20分鐘左右。
10．滅菌後從滅菌鍋中取出培養基，平放在實驗台上令其冷卻凝固。
滅菌
滅菌是組織培養重要的工作之一。初學者要清楚有菌和無菌的範疇。有菌的範疇是：凡是暴露在空氣中的物體，接觸自然水源的物體，至少它的表面都是有菌的。依此觀點，無菌室等未處理的地方、超淨台的表面、簡單煮沸的培養基、我們使用的刀、剪在未處理之前、我們身體的整個外表及與外界相連的内表，如整個消化道、呼吸道，即我們呼出的氣體、培養容器無論洗得多幹淨等等都是有菌的。
這裡所指的菌，包括細菌、真菌、放線菌、藻類及其他微生物。菌的特點是：極小，肉眼看不見。無處不在，無時不有，無孔不入。在自然條件下忍耐力強，生活條件要求簡單，繁殖力極強，條件适宜時便可大量滋生。
無菌的範疇是：經高溫灼燒或一定時間蒸煮過後的物體，經其他物理或化學的滅菌方法處理後的物體（當然這些方法必須已經證明是有效的），高層大氣、岩石内部、健康的動、植物的不與外部接觸的組織内部，強酸強堿，化學元素滅菌劑等表面和内部都是無菌的。從以上可以看出：在地球表面無菌世界要比有菌世界小的多。
滅菌是指用物理或化學的方法，殺死物體表面和孔隙内的一切微生物或生物體，即把所有生命的物質全部殺死。與此相關的一個概念是消毒，它指殺死、消除或充分抑制部分微生物，使之不再發生危害作用，顯然經過消毒，許多細菌芽孢、黴菌厚垣孢子等不會完全殺死，即由于在消毒後的環境裡和物品上還有活着的微生物，所以通過嚴格滅菌的操作空間（接種、超淨台等）和使用的器皿，以及操作者的衣着和手都不帶任何活着的微生物。在這樣的條件下進行的操作，就叫做無菌操作。
植物組織培養對無菌條件的要求是非常嚴格的，甚至超過微生物的培養要求，這是因為培養基含有豐富的營養，稍不小心就引起雜菌污染。要達到徹底滅菌的目的，必須根據不同的對象采取不同的切實有效的方法滅菌，才能保證培養時不受雜菌的影響，使試管苗能正常生長。
常用的滅菌方法可分為物理的和化學的兩類，即：物理方法如幹熱（烘燒和灼燒）、濕熱（常壓或高壓蒸煮）、射線處理（紫外線、超聲波、微波）、過濾、清洗和大量無菌水沖洗等措施；化學方法是使用升汞、甲醛、過氧化氫、高錳酸鉀、來蘇水、漂白粉、次氯酸鈉、抗菌素、酒精化學藥品處理。這些方法和藥劑要根據工作中的不同材料不同目的适當選用。
1．培養基用濕熱滅菌
培養基在制備後的24小時内完成滅菌工序。高壓滅菌的原理是：在密閉的蒸鍋内，其中的蒸汽不能外溢，壓力不斷上升，使水的沸點不斷提高，從而鍋内溫度也随之增加。在0.1MPa的壓力下，鍋内溫度達121℃。在此蒸汽溫度下，可以很快殺死各種細菌及其高度耐熱的芽孢。
注意完全排除鍋内空氣，使鍋内全部是水蒸氣，滅菌才能徹底。高壓滅菌放氣有幾種不同的做法，但目的都是要排淨空氣，使鍋内均勻升溫，保證滅菌徹底。常用方法是：關閉放氣閥，通電後，待壓力上升到0.05MPa時，打開放氣閥，放出空氣，待壓力表指針歸零後，再關閉放氣閥。
關閥再通電後，壓力表上升達到0.1MPa時，開始計時，維持壓力0.1～0.15MPa，20分鐘。
按容器大小不同，保壓時間有所不同，見表。該表所列數字是徹底滅菌很保險的數字，如果容器體積較大，但是放置的數量很少，也可以減少時間。
接種
接種時由于有一個敞口的過程，所以是極易引起污染的時期，這一時期主要由空氣中的細菌和工作人員本身引起，接種室要嚴格進行空間消毒。接種室内保持定期用1%～3%的高錳酸鉀溶液對設備、牆壁、地闆等進行搽洗。除了使用前用紫外線和甲醛滅菌外，還可在使用期間用70%的酒精或3%的來蘇兒噴霧，使空氣中灰塵顆粒沉降下來。無菌操作可按以下步驟進行：
1．在接種4小時前用甲醛熏蒸接種室，并打開其内紫外線燈進行殺菌；
2．在接種前20分鐘，打開超淨工作台的風機以及台上的紫外線燈；
3．接種員先洗淨雙手，在緩沖間換好專用實驗服，并換穿拖鞋等；
4．上工作台後，用酒精棉球搽拭雙手，特别是指甲處。然後搽拭工作台面；
5．先用酒精棉球搽拭接種工具，再将鑷子和剪刀從頭至尾過火一遍，然後反複過火尖端處，對培養皿要過火烤幹；
6．接種時，接種員雙手不能離開工作台，不能說話、走動和咳嗽等；
7．接種完畢後要清理幹淨工作台，可用紫外線燈滅菌30分鐘，若連續接種，每5天要大強度滅菌一次。
接種是将已消毒好的根、莖、葉等離體器官，經切割或剪裁成小段或小塊，放入培養基的過程。現将接種前後的程序連貫地介紹。
無菌接種步驟：
1．将初步洗滌及切割的材料放入燒杯，帶入超淨台上，用消毒劑滅菌，再用無菌水沖洗，最後瀝去水分，取出放置在滅過菌的紗布上或濾紙上。
2．材料吸幹後，一手拿鑷子、一手拿剪刀或解剖刀，對材料進行适當的切割。如葉片切成0。5cm平方的小塊；莖切成含有一個節的小段。微莖尖要剝成隻含1～2片幼葉的莖尖大小等。在接種過程中要經常灼燒接種器械，防止交叉污染。
3．用灼燒消毒過的器械将切割好的外植體插植或放置到培養基上。具體操作過程（以試管為例）是：先解開包口紙，将試管幾乎水平拿着，使試管口靠近酒精燈火焰，并将管口在火焰上方轉動，使管口裡外灼燒數秒鐘。
若用棉塞蓋口，可先在管口外面灼燒，去掉棉塞，再燒管口裡面。然後用鑷子夾取一塊切好的外植體送入試管内，輕輕插入培養基上。若是葉片直接附在培養基上，以放1～3塊為宜。至于材料放置方法除莖尖、莖段要正放（尖端向上）外，其他尚無統一要求。接種完後，将管口在火焰上再灼燒數秒種。并用棉塞，塞好後，包上包口紙，包口紙裡面也要過火。
培養
培養指把培養材料放在培養室（無光、适宜溫度、無菌）裡，使之生長，分裂和分化形成愈傷組織，光照條件下進一步分化成再生植株的過程。
1．培養方法
1．固體培養法
即用瓊脂固化培養基來培養植物材料的方法。是現在最常用的方法。雖然該方法設備簡單，易行，但養分分布不均，生長速度不均衡，并常有褐化中毒現象發生。
2．液體培養法
即用不加固化劑的液體培養基培養植物材料的方法。由于液體中氧氣含量較少，所以通常需要通過攪動或振動培養液的方法以确保氧氣的供給，采用往複式搖床或旋轉式搖床進行培養，其速度一般為50～100r/min，這種定期浸沒的方法，既能使培養基均一，又能保證氧氣的供給。
2．培養步驟
1．初代培養
初代培養旨在獲得無菌材料和無性繁殖系。即接種某些外植體後，最初的幾代培養。初代培養時，常用誘導或分化培養基，即培養基中含有較多的細胞分裂素和少量的生長素。初代培養建立的無性繁殖系包括：莖梢、芽叢、胚狀體和原球莖等。根據初代培養時發育的方向可分為：
1）頂芽和腋芽的發育
采用外源的細胞分裂素，可促進使具有頂芽或沒有腋芽的休眠側芽啟動生長，從而形成一個微型的多枝多芽的小灌木叢狀的結構。在幾個月内可以将這種叢生苗的一個枝條轉接繼代，重複芽苗增殖的培養，并且迅速獲得多數的嫩莖。然後将一部分嫩莖轉移到生根培養基上，就能得到可種植到土壤中去的完整小植株。
一些木本植物和少數草本植物也可以通過這種方式來進行再生繁殖，如月季、茶花、菊花、香石竹等等。這種繁殖方式也稱作微型繁殖，它不經過發生愈傷組織而再生，所以是最能使無性系後代保持原品種的一種繁殖方式。
适宜這種再生繁殖的植物，在采樣時，隻能采用頂芽、側芽或帶有芽的莖切段，其他如種子萌發後取枝條也可以。
莖尖培養可看作是這方面較為特殊的一種方式。它采用極其幼嫩的頂芽的莖尖分生組織作為外植體進行接種。在實際操作中，采用包括莖尖分生組織在内的一些組織來培養，這樣便保證了操作方便以及容易成活。
用靠培養定芽得到的培養物一般是莖節較長，有直立向上的莖梢，擴繁時主要用切割莖段法，如香石竹、矮牽牛、菊花等。但特殊情況下也會生出不定芽，形成芽叢。
2）不定芽的發育
在培養中由外植體産生不定芽，通常首先要經脫分化過程，形成愈傷組織的細胞。然後，經再分化，即由這些分生組織形成器官原基，它在構成器官的縱軸上表現出單向的極性（這與胚狀體不同）。多數情況下它形成芽，後形成根。
另一種方式是從器官中直接産生不定芽，有些植物具有從各個器官上長出不定芽的能力如矮牽牛、福祿考、懸鈎子等。當在試管培養的條件下，培養基中提供了營養，特别是提供了連續不斷植物激素的供應，使植物形成不定芽的能力被大大地激發起來。許多種類的外植體表面幾乎全部為不定芽所複蓋。
在許多常規方法中不能無性繁殖的種類，在試管條件下卻能較容易地産生不定芽而再生，如柏科，松科，銀杏等一些植物。許多單子葉植物儲藏器官能強烈地發生不定芽，用百合鱗片的切塊就可大量形成不定鱗莖。
在不定芽培養時，也常用誘導或分化培養基。用靠培養不定芽得到的培養物，一般采用芽叢進行繁殖，如非洲菊、草莓等。
3）體細胞胚狀體的發生與發育
體細胞胚狀體類似于合子胚但又有所不同，它也通過球形，心形，魚雷形和子葉形的胚胎發育時期，最終發育成小苗。但它是由體細胞發生的。胚狀體可以從愈傷組織表面産生，也可從外植體表面已分化的細胞中産生，或從懸浮培養的細胞中産生。
4）初代培養外植體的褐變
外植體褐變是指在接種後，其表面開始褐變，有時甚至會使整個培養基褐變的現象。它的出現是由于植物組織中的多酚氧化酶被激活，而使細胞的代謝發生變化所緻。在褐變過程中，會産生醌類物質，它們多呈棕褐色，當擴散到培養基後，就會抑制其他酶的活性，從而影響所接觸外植體的培養。
褐變的主要原因如下：
a、植物品種 研究表明，在不同品種間的褐變現象是不同的。由于多酚氧化酶活性上的差異，因此，有些花卉品種的外植體在接種後較容易褐變，而有些花卉品種的外植體在接種後不容易褐變。因此，在培養過程中應該有所選擇，對不同的品種分别進行處理。
b、生理狀态由于外植體的生理狀态不同，所以在接種後褐變程度也有所不同。一般說來，處于幼齡期的植物材料褐變程度較淺，而從已經成年的植株采收的外植體，由于含醌類物質較多，因此褐變較為嚴重。一般來說，幼嫩的組織在接種後褐變程度并不明顯，而老熟的組織在接種後褐變程度較為嚴重。
c、培養基成分 濃度過高的無機鹽會使某些觀賞植物的褐變程度增加，此外，細胞分裂素的水平過高也會刺激某些外植體的多酚氧化酶的活性，從而使褐變現象加深。
d、培養條件不當 如果光照過強、溫度過高、培養時間過長等，均可使多酚氧化酶的活性提高，從而加速被培養的外植體的褐變程度。
為了提高組織培養的成苗率，必須對外植體的褐變現象加以控制。可以采用以下措施防止、減輕褐變現象的發生。
1．選擇合适的外植體 一般來說，最好選擇生長處于旺盛的外植體，這樣可以使褐變現象明顯減輕。
2．合适的培養條件 無機鹽成分、植物生長物質水平、适宜溫度、及時繼代培養均可以減輕材料的褐變現象。
3．使用抗氧化劑 在培養基中，使用半胱氨酸、抗壞血酸等抗氧化劑能夠較為有效地避免或減輕很多外植體的褐變現象。另外，使用0.1%～0.5%的活性炭對防止褐變也有較為明顯的效果。
4．連續轉移 對容易褐變的材料可間隔2～24小時的培養後，再轉移到新的培養基上，這樣經過連續處理7～10天後，褐變現象便會得到控制或大為減輕。
(2)繼代培養
在初代培養的基礎上所獲得的芽、苗、胚狀體和原球莖等，數量都還不夠，它們需要進一步增殖，使之越來越多，從而發揮快速繁殖的優勢。
繼代培養是繼初代培養之後的連續數代的擴繁殖培養過程。旨在繁殖出相當數量的無根苗，最後能達到邊繁殖邊生根的目的。繼代培養的後代是按幾何級數增加的過程。如果以2株苗為基礎，那麼經10代将生成210株苗。
繼代培養中擴繁的方法包括：切割莖段、分離芽叢、分離胚狀體、分離原球莖等。切割莖段常用于有伸長的莖梢、莖節較明顯的培養物。這種方法簡便易行，能保持母種特性。培養基常是MS基本培養基；分離芽叢适于由愈傷組織生出的芽叢。培養基常是分化培養基。若芽叢的芽較小。可先切成芽叢小塊，放入MS培養基中，待到稍大時，再分離開來繼續培養。
增殖使用的培養基對于一種植物來說每次幾乎完全相同，由于培養物在接近最良好的環境條件，營養供應和激素調控下，排除了其他生物的競争，所以能夠按幾何級數增殖。
在快速繁殖中初代培養隻是一個必經的過程，而繼代培養則是經常性不停的進行過程。但在達到相當數量之後，則應考慮使其中一部分轉入生根階段。從某種意義上講，增殖隻是儲備母株，而生根才是增殖材料的分流，生産出成品。
3．繼代培養時材料的玻璃化
實踐表明，當植物材料不斷地進行離體繁殖時，有些培養物的嫩莖、葉片往往會呈半透明水迹狀，這種現象通常稱為玻璃化。它的出現會使試管苗生長緩慢、繁殖系數有所下降。玻璃化為試管苗的生理失調症。
因為出現玻璃化的嫩莖不宜誘導生根，因此，使繁殖系數大為降低。在不同的種類、品種間，試管苗的玻璃化程度也有所差異。當培養基上細胞分裂素水平較高時，也容易出現玻璃化現象。在培養基中添加少量聚乙烯醇、脫落酸等物質，能夠在一定程度上減輕玻璃化的現象發生。
呈現玻璃化的試管苗，其莖、葉表面無蠟質，體内的極性化合物水平較高，細胞持水力差，植株蒸騰作用強，無法進行正常移栽。這種情況主要是由于培養容器中空氣濕度過高，透氣性較差造成的，其具體解決的方法為：
a、增加培養基中的 溶質水平，以降低培養基的水勢；
b、減少培養基中含氮化合物的用量；
c、增加光照
d、增加容器通風，最好進行CO2施肥，這對減輕試管苗玻璃化的現象有明顯的作用；
e、降低培養溫度，進行變溫培養，有助于減輕試管苗玻璃化現象發生；
f、降低培養基中細胞分裂素含量，可以考慮加入适量脫落酸。
3．生根培養
當材料增殖到一定數量後，就要使部分培養物分流到生根培養階段。若不能及時将培養物轉到生根培養基上去，就會使久不轉移的苗子發黃老化，或因過分擁擠而使無效苗增多造成抛棄浪費。根培養是使無根苗生根的過程，這個過程目的是使生出的不定根濃密而粗壯。生根培養可采用1/2或者1/4MS培養基，全部去掉細胞分裂素，并加入适量的生長素（NAA、IBA等）。
誘導生根可以采用下列方法
a、将新梢基部浸入50或100*10-6IBA溶液中處理4～8小時；
b、在含有生長素的培養基中培養4～6天
c、直接移入含有生長素的生根培養基中。
上述三種方法均能誘導新梢生根，但前兩種方法對新生根的生長發育則更為有利。而第三種對幼根的生長有抑制作用。其原因是當根原始體形成後較高濃度生長素的繼續存在，則不利于幼根的生長發育。不過這種方法比較可行。
另外也可采用下列方法就可生根。1、延長在增殖培養基中的培養時間；2、有意降低一些增殖倍率，減少細胞分裂素的用量（即将增殖與生根合并為一步）；3、切割粗壯的嫩枝在營養缽中直接生根，此方法則沒有生根階段。可以省去一次培養基制作，切割下的插穗可用生長素溶液浸蘸處理，但這種方法隻适于一些容易生根的作物。
另外少數植物生根比較困難時，則需要在培養基中放置濾紙橋，使其略高于液面，靠濾紙的吸水性供應水和營養，從而誘發生根。
從胚狀體發育成的小苗，常常有原先已分化的根，這種根可以不經誘導生根階段而生長。但因經胚狀體發育的苗數特别多，并且個體較小，所以也常需要一個低濃度或沒有植物激素的培養基培養的階段，以便壯苗生根。
試管内生根壯苗的階段，為了成功地将移植到試管外的環境中，以使試管苗适應外界的環境條件。通常不同植物的适宜馴化溫度不同。如菊花，以18～20℃為宜。實踐證明植物生長的溫度過高不但會牽涉到蒸騰加強。而且還牽涉到菌類易滋生的問題。溫度過低使幼苗生長遲緩，或不易成活。春季低溫時苗床可加設電熱線，使基質溫度略高于氣溫2～3℃，這不但有利于生根和促進根系發達，而且有利于提前成活。
移植到試管外的植物苗光強度應比移植前培養有所提高，并可适應強度較高的漫射光，（約4000lx左右），以維持光合作用所需光照強度。但光線過強刺激蒸騰加強，會使水分平衡的矛盾更尖銳。
馴化移栽
試管苗移栽是組織培養過程的重要環節，這個工作環節做不好，就會造成前功盡棄。為了做好試管苗的移栽，應該選擇合适的基質，并配合以相應的管理措施，才能确保整個組織培養工作的順利完成。
試管苗由于是在無菌、有營養供給、适宜光照和溫度近100%的相對濕度環境條件下生長的，因此，在生理、形态等方面都與自然條件生長的小苗有着很大的差異。所以必須通過煉苗，例如通過控水、減肥、增光、降溫等措施，使她們逐漸地适應外界環境，從而使生理、形态、組織上發生相應的變化，使之更适合于自然環境，隻有這樣才能保證試管苗順利移栽成功。
從葉片上看，試管苗的角質層不發達，葉片通常沒有表皮毛，或僅有較少表皮毛，甚至葉片上出現了大量的水孔，而且，氣孔的數量、大小也往往超過普通苗。由此可知，試管苗更适合于高濕的環境生長，當将它們移栽到試管外環境時，試管苗失水率會很高，非常容易死亡。
因此，為了改善試管苗的上述不良生理、形态特點，則必須經過與外界相适應的馴化處理，通常采取的措施有：對外界要增加濕度、減弱光照；對試管内要通透氣體、增施二氧化碳肥料、逐步降低空氣濕度等。
另外，對栽培馴化基質要進行滅菌是因為試管苗在無菌的環境中生長，對外界細菌、真菌的抵禦能力極差。為了提高其成活率，在培養基質中可摻入75%的百菌清可濕性粉劑200～500倍液，以進行滅菌處理。
1．移栽用基質和容器
适合于栽種試管苗的基質要具備透氣性、保濕性和一定的肥力，容易滅菌處理，并不利于雜菌滋生的特點，一般可選用珍珠岩、蛭石、砂子等。為了增加粘着力和一定的肥力可配合草炭土或腐殖土。配時需按比例搭配，一般用珍珠岩、蛭石、草炭土或腐殖土比例為1：1：0.5。也可用砂子：草炭土或腐殖土為1：1。
這些介質在使用前應高壓滅菌。或用至少小時烘烤來消滅其中的微生物。要根據不同植物的栽培習性來進行配制，這樣才能獲得滿意的栽培效果。以下介紹幾種常見的試管苗栽培基質。
1．河砂
河砂分為粗砂、細砂兩種類型。粗砂即平常所說的河砂，其顆粒直徑為1～2mm。細砂即通常所說的面砂，其顆粒直徑為0.1～0.2nm。河砂的特點是排水性強，但保水蓄肥能力較差，一般不單獨用來直接栽種試管苗。
2．草炭土
草炭土是由沉積在沼澤中的植物殘骸經過長時間的腐爛所形成，其保水性好，蓄肥能力強，呈中性或微酸性反應，但通常不能單獨用來栽種試管苗，宜與河砂等種類相互混合配成盆土而加以使用。
3．腐殖土
腐殖土是由植物落葉經腐爛所形成。一種是自然形成，一種是人為造成，人工制造時可将秋季的落葉收集起來，然後埋入坑中，灌水保濕的條件下使其風化，然後過篩即可獲得。腐葉上含有大量的礦質營養、有機物質，它通常不能單獨使用。摻有腐殖土的栽培基質有助于植株發根。
4．容器
栽培容器可用6×6cm～10×10cm的軟塑料缽，也可用育苗盤。前者占地大，耗用大量基質，但幼苗不用移栽，後者需要二次移苗，但省空間、省基質。
2．移栽前的準備
移栽前可将培養物不開口移到自然光照下鍛煉2-3天，讓試管苗接受強光的照射，使其長得壯實起來，然後再開口練苗1-2天，經受較低濕度的處理，以适應将來自然濕度的條件。
3．移栽和幼苗的管理
從試管中取出發根的小苗，用自來水洗掉根部粘着的培養基，要全部除去，以防殘留培養基滋生雜菌。但要輕輕除去，應避免造成傷根。移植時用一個筷子粗的竹簽在基質中插一小孔，然後将小苗插入，注意幼苗較嫩，防止弄傷，栽後把苗周圍基質壓實，栽前基質要澆透水。栽後輕澆薄水。再将苗移入高濕度的環境中。保證空氣濕度達90%以上。
1．保持小苗的水分供需平衡。在移栽後5～7天内，應給予較高的空氣濕度條件，使葉面的水分蒸發減少，盡量接近培養瓶的條件，讓小苗始終保持挺拔的狀态。保持小苗水分供需平衡首先營養缽的培養基質要澆透水，所放置的床面也要澆濕，然後搭設小拱棚，以減少水分的餓蒸發，并且初期要常噴霧處理，保持拱棚薄膜上有水珠出現。
當5～7天後，發現小苗有生長趨勢，可逐漸降低濕度，減少噴水次數，将拱棚兩端打開通風，使小苗适應濕度較小的條件。約15天以後揭去拱棚的薄膜，并給予水分控制，逐漸減少澆水，促進小苗長得粗壯。
2．防止菌類滋生。由于試管苗原來的環境是無菌的，移出來以後難以保持完全無菌，因此，應盡量不使菌類大量滋生，以利成活。所以應對基質進行高壓滅菌或鴻烤滅菌。可以适當使用一定濃度的殺菌劑以便有效的保護幼苗，如多菌靈、托布津，濃度800～1000倍，噴藥宜7～10天一次。在移苗時盡量少傷苗，傷口過多，根損傷過多，都是造成死苗的原因。噴水時可加入0。1%的尿素，或用1/2MS大量元素的水溶液作追肥，可加快苗的生長與成活。
3．一定的溫、光條件。試管苗移栽以後要保持一定的溫光條件，适宜的生根溫度是18～20℃，冬春季地溫較低時，可用電熱線來加溫。溫度過低會使幼苗生長遲緩，或不易成活。溫度過高會使水分蒸發，從而使水分平衡受到破壞，并會促使菌類滋生。
另外在光照管理的初期可用較弱的光照，如在小拱棚上加蓋遮陽網或報紙等，以防陽光灼傷小苗和增加水分的蒸發。當小植株有了新的生長時，逐漸加強光照，後期可直接利用自然光照。促進光合産物的積累，增強抗性，促其成活。
4．保持基質适當的通氣性。要選擇适當的顆粒狀基質，保證良好的通氣作用。在管理過程中不要澆水過多，過多的水應迅速瀝除，以利根系呼吸。
綜上所述，試管苗在移栽的過程中，隻要把水分平衡、适宜的介質、控制雜菌和适宜的光、溫條件控制好，試管苗是很容易移栽的。
優點
可以在不受植物體其它部分幹擾下研究被培養部分的生長和分化的規律，并且可以利用各種培養條件影響它們的生長和分化，以解決理論上和生産上的問題。
有力地推動了生物科學中植物生理學、生物化學、遺傳學、細胞學、形态學以及農、林、醫、藥等各門學科的發展和相互滲透，促進了營養生理、細胞生理和代謝、生物合成、基因轉移、基因重組的研究。
當前組織培養作為生物工程的一項重要技術，在基礎理論研究和生産實踐中發揮的作用與日俱增，可望為造福人類作出貢獻。
植物組織培養應用
自哈布蘭特( G。 Haberlandt ) 提出細胞全能性理論在無數科學家的努力下以及進行離體培養以來, 經過80多年的曆程,才使這項技術趨于完善,趨于成熟。近40 年來,植物組織培養技術得到了迅速發展,已滲透到植物生理學、病理學、藥學、遺傳學、育種以及生物化學等各個研究領域, 成為生物學科中的重要研究技術和手段之一。 并廣泛應用于農業、林業、工業、醫藥業等多種行業, 産生了巨大的經濟效益和社會效益, 已成為當代生物科學中最有生命力的一門學科。
基本概念
植物組織培養是指在無菌條件下, 将離體的植物器官( 如根尖、莖尖、葉、花、未成熟的果實、種子等)、組織( 如形成層、花藥組織、胚乳、皮層等)、細胞( 如體細胞、生殖細胞等)、胚胎( 如成熟和未成熟的胚)、原生質體( 如脫壁後仍具有生活力的原生質體),培養在人工配制的培養基上, 給予适宜的培養條件, 誘發産生愈傷組織, 或潛伏芽等, 或長成完整的植株, 統稱為植物組織培養。
由于是在試管内培養, 而且培養的是脫離植株母體的培養物, 因此也稱離體培養或試管培養。 根據外植體來源和培養對象的不同, 又分為植株培養、胚胎培養、器官培養、組織培養、原生質體培養等。
應用現狀
2.1在植物育種上的應用
目前, 國内外把植物組織培養已普遍應用于作物育種, 并在以下幾個方面取得了較大進展:
( 1) 單倍體育種 單倍體植株往往不能結實, 在培養中用秋水仙素處理, 可使染色體加倍, 成為純合二倍體植株, 這種培養技術在育種上的應用稱為單倍體育種。 單倍體育種具有高速、高效率、基因型一次純合等優點, 因此, 通過花藥或花粉培養的單倍體育種, 已經作為一種嶄新的育種手段問世, 并已開始育成大面積種植的作物新品種。
在單倍體育種方面, 我國科學家做出了突出貢獻。 1974 年就育成了世界上第一個作物新品種——單育1 号煙草品種。 随後又育成了中花8号水稻和京花1号、京單92 - 2097 小麥等面積栽培的作物新品種, 還獲得了多種作物的大量花培新品系。 河南省在花培育種方面卓有成效, 培育出了花培28、花配2321、峽麥1号、豫麥37号、花9、花特早、豫麥60 号等優良品種( 系) , 已累計推廣700 多萬畝,在全國名列前茅。
( 2) 胚胎培養 在植物種間雜交或遠緣雜交中, 雜交不孕給遠緣雜交帶來了許多困難。 而采用胚的早期離體培養可以使胚正常發育并成功地培養出雜交後代, 可以通過無性系繁殖獲得數量較多、性狀一緻的群體, 胚培養已在50多個科屬中獲得成功。 遠緣雜交中, 可把未受精的胚珠分離出來, 在試管内用異種花
粉在胚珠上萌發受精, 産生的雜種胚在試管中發育成完整植株, 此法稱為“試管受精”。用胚乳培養可以獲得三倍體植株, 為誘導形成三倍體植物開辟了一條新途徑。 三倍體加倍後可得到六倍體, 可育成多倍體新品種。
( 3) 細胞融合 通過原生質體融合, 可部分克服有性雜交不親和性, 而獲得體細胞雜種, 從而創造新種或育成優良品種, 這是組織培養應用最誘人的一個方面。 目前已獲得40 餘個種間、屬間、甚至科間的體細胞雜種、愈傷組織, 有些還進而分化成苗。
目前, 采用原生質體融合技術已經能從不雜交的植物中如番茄和馬鈴薯、煙草和龍葵、芥菜和油菜等獲得屬間雜種, 但這些雜種尚無實際應用價值。 随着原生質體融合、選擇、培養技術的不斷成熟和發展, 今後可望獲得更多有一定應用價值的經濟作物體細胞雜種及新品種。
( 4) 基因工程 用基因工程的方法, 把目标基因切割下來并通過載體使外來基因整合進植物的基因組是完全有可能的, 這項研究如果獲得成功, 将克服作物育種中的盲目性, 而變成按人們的需要操縱作物的遺傳變異, 育成優良品種。 目前這項研究剛剛起步, 加上植物的遺傳背景比原核生物更為複雜, 因此, 要
用基因工程實現作物改良, 以增加産量和改善品質, 将是21 世紀需要解決一個問題。
( 5) 培養細胞突變體 無論是愈傷組織培養還是細胞培養, 培養細胞均處在不斷分生狀态, 容易受培養條件和外界壓力( 如射線、化學物質等) 的影響而産生誘變, 從中可以篩選出對人們有用的突變體, 從而育成新品種。 尤其對原來誘發突變較為困難、突變率較低的一些性狀, 用細胞培養進行誘發、篩選和鑒定
時, 處理細胞數遠遠多于處理個體數, 因此一些突變率極低的性狀有可能從中選擇出來。 例如植物抗病蟲性、抗寒、耐鹽、抗除草劑毒性、生理生化變異株等的誘發, 為進一步篩選和選育提供了豐富的變異材料。 目前, 用這種方法已篩選到抗病、抗鹽、高賴氨酸、高蛋白、矮稈高産的突變體, 有些已用于生産。
2. 2在植物脫毒和快速繁殖上的應用
植物脫毒和離體快速繁殖是目前植物組織培養應用最多、最有效的一個方面。 很多農用物都帶有病毒, 特别是無性繁殖植物, 如馬鈴薯、甘薯、草莓、大蒜等。 但是, 感病植株并非每個部位都帶有病毒, White早在1943 年就發現植物生長點附近的病毒濃度很低甚至無病毒。 如果利用組織培養方法, 取一定大小的莖尖進行培養, 再生的植株有可能不帶病毒, 從而獲得脫病毒苗, 再用脫毒苗進行繁殖, 則種植的作物就不會或極少發生病毒。
目前組織培養在甘蔗、菠蘿、香蕉、草莓等主要經濟作物上已成功應用。 取用的外植體已不僅限莖尖, 其他如側芽、鱗片、葉片、球莖、根等都可以應用。由于組織培養法繁殖作物的突出特點是快速, 因此, 對一些繁殖系數低、不能用種子繁殖的“名、優、特、新、奇”作物品種的繁殖, 意義更大。
對于脫毒苗、新育成、新引進、稀缺育種、優良單株、瀕危植物和基因工程植株等可通過離體快速繁殖, 同時可不受地區、氣候的影響, 比常規方法快數萬倍到數百萬倍的速度擴大繁殖, 及時提供大量優質種薯和種苗。 馬鈴薯莖類脫毒、無毒種苗和微型脫毒種薯已在馬鈴薯生産上廣泛應用, 從根本上解決了馬鈴薯的退化問題。 目前, 觀賞植物、園藝作物、經濟林木、無性繁殖作物等部分或大部分都用離體快繁提供苗木, 試管苗已出現在國際市場上并形成産業化。
2.3在植物有用産物生産上的應用
利用組織或細胞的大規模培養, 有可能生産出人類所需要的一切天然有機化合物, 如蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生物緘及其他活性化合物。 因此, 近年來這一領域已引起人們的極大興趣, 許多産業部門紛紛投資進行研究。 目前, 大約已有20 多種植物的培養組織中有效物質高于原植物, 國際上已獲得這方面專利100 多項。
近年來, 用單細胞培養生産蛋白質, 将給飼料和食品工業提供廣闊的原料生産前途; 用組織培養方法生産微生物以及人工不能合成的藥物或有效成分的研究, 正在不斷深入, 有些已投入工業化生産,預計今後将有更大發展。
2.4在植物種質資源保存和交換上的應用
農業生産是在現有種質資源的基礎上進行的, 由于自然災害和生物之間的競争以及人類活動對大自然的影響, 已有相當數量的植物物種在地球上消失或正在消失。 具有獨特遺傳性狀的生物物種的絕迹是一種不可挽回的損失。 利用植物組織和細胞法低溫保存種質, 可大大節約人力、物力和土地, 同時也便于種質
資源的交換和轉移, 防止有害病蟲的人為傳播, 給保存和搶救有用基因帶來了希望。 例如胡蘿蔔和煙草等植物的細胞懸浮物, 在- 20℃至-196℃ 的低溫下貯藏數月, 尚能恢複生長, 再生成植株。
2.5在遺傳、生理、生化和病理研究上的應用
組織培養推動了植物遺傳、生理、生化和病理學的研究, 已成為植物科學研究中的常規方法。 花藥和花粉培養獲得的單倍體和純合二倍體植株, 是研究細胞遺傳的極好材料。 在細胞培養中很容易引起變異和染色體變化, 從而可得到作物的附加系、代換系和易位系等新類型, 為研究染色工程開辟了新途徑。
細胞培養和組織培養為研究植物生理活動提供了一種極有力的手段。 植物組織培養工作曾在礦質營養、有機營養、生長活性物質等方面開展了很多研究, 有益于了解植物的營養問題。 用單細胞培養研究植物的光合代謝是非常理想的, 近年來, 光自養培養研究也是十分有效的。
在細胞的生物合成研究中, 細胞組織培養也極為有用, 如查明了尼古丁在煙草中的部位等。 細胞培養為研究病理學提供了方便, 如植物的抗病性就可以單細胞或原生質體培養進行鑒定, 幾天之内就可以得到結果。
2. 6開放式組織培養技術研究破解世界性難題
以一次性塑料飲水杯和食品保鮮膜作為培養容器和封口材料，添加抑菌劑抑制培養基污染，在自然光的溫室裡就可以快速繁育出合格、健壯的植物組培苗。該課題日前在北京通過了由我國著名工程院資深院士陳俊愉等9位專家學者的鑒定審核。
專家認為，此項研究針對植物組織培養必須在嚴格的無菌環境下操作的限制，研制出了高效抑菌劑，抑菌劑加入培養基後，使培養基具有了抑制真菌和細菌生長的功能，并在有限抑菌濃度範圍内，對植物生長無不良影響。
因此，在植物組織培養過程中，可以省去培養基高壓滅菌程序，不需應用超淨工作台即可接種，這在植物組織培養技術史上是一項重大突破，在國内外尚屬首創；由普通的聚乙烯塑料水杯代替傳統的耐高溫高壓的玻璃和聚丙烯塑料制品、由食品保鮮膜代替封口膜這項技術也是國内外首例。
該研究所提出的完善的植物開放式組織培養規程，開發的中藥抑菌劑生産性商品培養基，大幅度降低了植物組織培養的成本，使植物組織培養這個高精技術走向了普通大衆，必将加快我國組織培養産業化發展步伐，推動組培事業的發展。
