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第一章　药用植物组织培养

　　　　的基本知识与操作

第一节　药用植物组织培养的定义和相关概念及优越性

一、药用植物组织培养的定义

１９０３年，美国农业部的Ｗｅｂｂｅｒ提出“克隆”（来自希腊语，意指适用于植物繁殖的插条或

枝条）术语，源于“Ｃｌｏｎｅ”的音译，用以称呼通过无性繁殖得到的植株，是一种重要的生物技术。

它既可作名词也可做动词用。当作名词用时，克隆是指一个无性繁殖系；当作动词用时，克隆

则是指利用不同方法产生无性繁殖系所进行的工作。简而言之，克隆作动词用时是指研究或

操作过程，作名词用时是指产生的结果。

克隆可根据其研究或操作的对象分为基因克隆、细胞克隆和个体克隆三大类。在植物克

隆中，应用最多的是个体克隆，即以原有的细胞或组织或生物个体作为模板，复制出多个与原

来模板完全相同的基因或细胞或生物个体来。这就有点像利用复印机复印资料一样，将母本

植物放在“复印机”中进行了“复印”。

在长期的生产实践和科学研究中，人们已经掌握了许多克隆技术。“有心栽花花不成，无

心插柳柳成荫”诗句中的“插柳”实际上就是一个“克隆”过程，即很早以前人们就知道把柳枝切

成小段，插入土中，一段时间后，它就可以长出根来，并逐渐长成一棵与原来柳树一样的小柳

树。农民种红薯时，先将一根红薯藤剪成若干小段，然后将每一小段栽插在土里，几天以后，红

薯藤就会长出根来，然后逐渐长成一株完整的红薯植株，正常的生长，开花，结实。目前人类利

用组织培养技术也能使许多植物的不同组织、细胞器官等再生成一棵完整的植株，其遗传性状

与母株一样，这种组织培养技术实际上就是一种克隆技术。

药用植物组织培养（ｐｌａｎｔｔｉｓｓｕｅｃｕｌｔｕｒｅ）即药用植物的无菌培养技术或药用植物的克隆

技术，是根据植物细胞具有全能性（ｔｏｔｉｐｏｔｅｎｃｙ）的理论，利用药用植物体的离体器官、组织或

细胞，如根、茎、叶、花、果实、种子、胚、胚珠、子房、花药、花粉以及贮藏器官的薄壁组织、维管束

组织等，在无菌和适宜的人工培养基及光照、温度等条件下，能诱导出愈伤组织、不定芽、不定

根，最后分化、生长形成完整植株的过程。简言之，即将植物体的一部分，从母体分离出来，在

无菌的适宜条件下培养而使之发育成与母体植株相同的新的植物体的技术。由于培养的是脱

离植物母体的培养物，在试管内培养，也叫离体培养（ｉｎｖｉｔｒｏｃｕｌｔｕｒｅ）或试管培养。根据培养

过程，先是初代培养，再是继代培养。根据培养基的状态，分为固体培养、液体培养，液体培养

又有振荡培养、旋转培养和静止培养等。Ｇａｍｂｏｒｇ根据培养对象（外植体）的不同，分为器官

培养（胚、花药、子房、根和茎的培养等）、分生组织培养、愈伤组织培养、悬浮细胞培养、原生质

体培养等。其中愈伤组织培养是最常见的一种培养方式，除茎尖分生组织培养和一部分器官

培养以外，其他几种培养形式最终都要经历愈伤组织才能产生再生植株，此外，愈伤组织还常

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常是悬浮培养的细胞和原生质体的来源。

中国野生药用植物种质资源非常丰富，目前已知我国药用植物种类涉及３８３科，２３０９属，

１１１４６种（含亚种、变种）。已成为中药材的植物有１０００余种，如人参、天麻、黄连、黄芪、杜仲、

厚朴、巴戟天、平贝母、肉苁蓉等。各种药材的数量资源丰富，仅对我国３２０种常用植物类药材

的统计，总蕴藏量就达８５０万吨左右。目前全国药材种植面积超过５８０万亩，药材生产基地

６００多个，常年栽培的药材达２００余种，药用植物资源的开发利用获得了高额利润。如从猪苓

中提取的猪苓多糖制成注射剂，用于抗癌辅助治疗，已有一个药厂年产值超过１亿元；丹参注

射液、复方丹参滴丸、得乐冲剂等也都是高产值、好疗效的产品（胡之璧和刘涤，１９９９）。

有些从中药中研制出来的药物，其化学结构比较简单，可以用化学合成方法大量生产，如

麻黄素、阿托品、天麻素等药物。同科属的植物往往含有化学结构相似的化学成分，因此往往

可以按植物的亲缘关系寻找代用品。如紫杉醇（ｔａｘｏｌ）是２０世纪７０年代从短叶红豆杉的树

皮中发现的，含量为０．０１％～０．０６％。通过研究，在东北红豆杉、浆果红豆杉、云南红豆杉等

几种红豆杉属植物中也寻找到紫杉醇，可作为生产紫杉醇的原料。但生产１ｋｇ紫杉醇要１０００

～２０００棵树的树皮为原料，对生态环境破坏严重。为了解决这一问题，目前除了进行大量人

工繁殖栽培外，正在探讨用化学合成法、真菌法、组织培养和细胞培养法等生产紫杉醇的可能

性，其中植物细胞培养法已取得了明显的进展（梁光义和贺祝英，１９９９）。

有“活化石”之称的杜仲，其树皮要生长１５年以上才能剥取，一直是紧缺统管的药材。研

究发现，杜仲各部位的化学成分类别基本相同，其中松脂醇二葡萄糖甙为治疗高血压等疾病有

效成分；杜仲胶为反式异戊二烯的聚合物，是制造海底电缆和航空航天器轮带的优良材料。

１９８６年以来，中日两国已发表有关杜仲的专利至少１０项，如提高杜仲叶得胶率３％的涡流压

碎机，制造天然杜仲流化橡胶工艺，生产低胆固醇和高密度脂蛋白的鹅饲料添加剂，组织培养

产生松脂醇二葡萄糖甙和丁香脂醇二葡萄糖甙技术等，现实的和潜在的经济效益显而易见。

但药用植物的蕴藏量是有限的。盲目挖掘，不仅使野生资源日益减少，造成全国经常使用

的４００余种药材每年有２０％的短缺，而且严重破坏了生态环境，使人类遭受到巨大的生命财

产损失。迄今，为了解决药用植物的供需矛盾，人们多采用人工栽培的方法扩大药源。但在人

工栽培的药用植物中，有不少名贵药材如人参、黄连等生产周期很长，如果以常规方法育种或

育苗，需要花费很长时间。另有一些药用植物如贝母（犉狉犻狋犻犾犾犪狉犻犪ｓｐｐ．）、番红花（犆狉狅犮狌狊狊犪狋犻

狏狌狊）等，因繁殖系数小、耗种量大，导致发展速度很慢且生产成本增加。还有一些药用植物，如

地黄（犚犲犺犿犪狀狀犻犪犵犾狌狋犻狀狅狊犪）、太子参（犘狊犲狌犱狅狊狋犲犾犾狅狉犻犪犺犲狋犲狉狅狆犺狔犾犾犪）等，则因病毒危害导致退

化，严重影响了产量和品质。因此人工栽培品种面临的品质退化、农药污染和种子、种苗带病

毒等问题，严重影响了对药材品质的保证和控制（于文明和陈明，１９９８）。

中药的“古老性”和“复杂性”使得我国中药生产加工总体上仍处于与现代科学技术严重脱

节状态。因此除了制定有关政策法律，保护占我国药材市场８０％供应量的野生资源以外，还

必须找到切实可行的新技术途径彻底改变我国中药生产的落后面貌。通过生物技术中的植物

组织培养技术进行药用植物的快速繁殖和生产，具有不受地区、季节与气候限制，便于工厂化

生产等优势，同时组织培养中的细胞生长速度要比植物正常生长速度快，接近于分生组织的生

长速度，因此利用组织培养手段快速繁殖药用植物种苗，或者利用组织培养或细胞培养手段直

接生产药物，对发展我国中医药事业具有十分重要的现实意义。

我国的药用植物组织培养研究，可以追溯到２０世纪５０年代。１９６４年，罗士韦教授等首

先报道了人参组织培养获得成功的研究成果。１９８３年，全国第一届药用植物组织培养讨论会

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召开，那时全国已有３０多个单位、１００余人从事药用植物的组织培养研究。１９８６年，由我国科

学工作者编写的有关专著《药用植物组织培养》问世……到目前为止，我国的科技工作者在药

用植物组织培养方面已取得了巨大的成绩，组织培养技术水平也不断提高：如培养方法已从固

体、液体、悬浮培养，深层大罐发酵发展到液体连续培养；培养材料日益丰富，从药用植物的根、

茎、叶、花、胚、果实、种子等组织或器官，诱导出愈伤组织或冠瘿组织或细胞。

目前药用植物组织培养在中草药中的应用主要有两个方面：一是利用试管微繁生产大量

无病毒种苗以满足药用植物人工栽培的需要。二是通过愈伤组织或悬浮细胞的大量培养，从

细胞或培养基中直接提取药物，或通过生物转化、酶促反应生产药物。从２０世纪９０年代以来

的植物药用有效成分国际专利就达５０多项，其中多为抗病毒、抗癌化合物。近４０年来我国经

离体培养获得试管植株的药用植物至少有２００种（徐忠东，２００１）。从常见的到珍稀濒危植物、

民族植物，如云南黑节草、延龄草、高山红景天，藏药———川西漳芽菜、莪术、水母雪莲、星花绣

线菊、溪黄草、玉叶金花、辽东葱木、金线莲（犃狀狅犲犮狋狅犮犺犻犾狌狊犳狅狉犿狅狊犪狀狌狊）、白芨（犅犾犲狋犻犾犾犪狊狋狉犻犪

狋犪）、番红花（犆狉狅犮狌狊狊犪狋犻狏狌狊）、铁皮石斛（犇犲狀犱狉狅犫犻狌犿犮犪狀犱犻犱狌犿）等。从生产常用药的植物到

具有抗癌、抗病毒等有效成分的植物，如红豆杉、艾、黄杨、狼毒、大戟属、长春花、米仔兰、狗牙

花、香榧、绞股蓝（犌狔狀狅狊狋犲犿犿犪狆犲狀狋狅狆犺狔犾犾狌犿）、苦丁茶（犅犲狓犽狌犱犻狀犵犮犺犪）、南洋金花（犇犪狋狌狉狀

犿犲狋犲犾）、海巴戟（犕狅狉犻狀犱犪犮犻狋狉犻犳狅犾犻犪）等。

我国在利用植物组织或细胞的大量培养直接生产药物的研究方面也取得了很大进展。目

前从各种培养物中产生的药用成分已有约２００余种。其中药用成分含量超过或等于原植物的

有３０余种，包括人参皂苷、人参皂苷元、三七皂苷、甘草甜苷、甜叶菊甙、柴胡皂苷、薯蓣皂苷、

川芎嘹、地奥配质、地高辛、β甲基地高辛、熊果苷、茛菪碱、东茛菪碱、烟碱、小砨碱、阿吗碱、蛇

根碱、萝芙木总碱、总异黄酮化合物、呋喃色酮、哈尔明、蒽醌、柴草宁、迷迭香酸、胰岛素、左旋

四氢巴马亭、辅酶Ｑ１０、Ｌ谷氨酰胺、Ｌ色氨酸、蛋白酶抑制剂（蛋白质）等等。这些药物中有

的包括了许多种，例如甾醇就有油菜甾醇、谷甾醇、豆甾醇等三种；有的从几种植物组织培养物

中可得到同一种高含量的化合物，例如蒽醌就可从狭叶番泻（犆犪狊狊犻犪犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪）、尖叶番泻

（犆．狊犲狀狀犪）、决明（犆．狋狅狉犪）、海巴戟（犕狅狉犻狀犱犪犮犻狋狉犻犳狅犾犻犪）、掌叶大黄（犚犺犲狌犿狆犪犾犿犪狋狌狉狀）和猪

殃殃（犌犪犾犻狌犿狊狆狆．）等多种（类）药用植物中得到。研究表明，以干重为基础的粗人参皂苷，在

愈伤组织中的含量（２１．１％）显著高于天然根（４．１％）。在用作清泻剂的药用植物决明的愈伤

组织中所含的蒽醌类，如大黄素、大黄酸、大黄甲醚的产量，比整个植株要高１０倍以上。紫草

中的有效成分萘醌类化合物———紫草宁及其衍生物在我国被用来治疗烧伤、皮肤病和痔疮，并

具抗肿瘤活性，对获得的高产细胞系进行悬浮培养和发酵培养后发现：其细胞生长的最高月产

率达２２ｇ·干重／Ｌ，色素含量为培养物干重的１７．５％；应用１０Ｌ搅拌式反应器发酵培养，月产

率达９．４７ｇ·干重／Ｌ，色素含量达干重的１４．２６％，而通常在完整植株中仅含１．５％左右。

我国以组织培养技术为基础的毛状根的培养和增殖技术也在迅速发展，目前已在甘草、丹

参、黄芪等多种植物建立了农杆菌转化器官培养系统。在３、５、１０Ｌ容器中培养黄芪毛状根，

经２１天培养产量就可达１０ｇ·干重／Ｌ。黄芪毛状根中皂甙、黄酮、多糖、氨基酸等含量类似于

药用黄芪，而且粗皂甙和可溶性多糖的含量还稍高于药用黄芪。另外，以组织培养技术为基础

的基因工程的研究，如黄芪毛状根基因工程的研究，也取得了很大进展。

二、药用植物组织培养的相关概念

１．外植体（ｅｘｐｌａｎｔ）：从植物体上分离下来的用于离体培养活的材料。

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２．植物细胞全能性（ｔｏｔｉｐｏｔｅｎｃｙ）：指细胞携带着一套完整的基因组并具有产生完整植株

的潜在能力。植物细胞全能性为药用植物组织培养的理论基础。

３．植株再生（ｐｌａｎｔｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）：指通过组织培养技术将植物的细胞、组织、器官等培养

成完整植株的过程。

４．无性克隆植株：从愈伤组织、细胞或原生质体再生的植株及其继代繁殖新产生的植株。

５．初代培养（ｐｒｉｍａｒｙｃｕｌｔｕｒｅ）：从植物体上分离外植体进行的第一次培养。

６．继代培养（ｓｕｂｃｕｌｔｕｒｅ）：将初代培养的培养物（愈伤组织．芽等）重新切割转移到新的培

养基中继续扩大培养的过程。

７．固体培养（ｓｏｌｉｄｃｕｌｔｕｒｅ）：加入琼脂使培养基呈固体状态的培养。

８．液体培养（ｌｉｑｕｉｄｃｕｌｔｕｒｅ）：不加入琼脂而培养基呈液体状态的培养。

９．悬浮培养（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｃｕｌｔｕｒｅｏｆｐｌａｎｔｃｅｌｌ）：亦称植物细胞悬浮培养。使植物细胞或细

胞团悬浮在液体培养基中进行培养的一种方法。通常可以分为成批培养和连续培养两种类

型。

１０．薄层培养（ｔｉｎｙｃｅｌｌｌａｙｅｒｃｕｌｔｕｒｅ）：缩写为ＴＣＬＣ。亦称薄细胞层培养、薄细胞层组织

培养。它是用植物表皮与皮层的几层细胞作为外植体进行培养的一种组织培养方法。通过薄

层培养能够比较理想地将离体细胞培养成花芽，故该种培养方式一直为离体成花的研究者所

重视。

１１．茎尖培养（ｓｈｏｏｔｔｉｐｃｕｌｔｕｒｅ）：将植物的茎尖接种在培养基上进行快速繁殖的组织培

养过程。

１２．原生质体培养（ｐｒｏｔｏｐｌａｓｔｃｕｌｔｕｒｅ）：指采用去掉细胞壁，仅由质膜所包被的裸露细胞

进行组织培养获得再生植株的方法。

１３．决定（ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）：该概念的提出始于２０世纪初，最早用于动物发育领域，后来借

代于植物发育领域。它是指胚胎细胞所具有的多种发育潜能，随着发育的过程逐渐受到限制，

从而使胚胎细胞表现出不可逆的特化现象。例如，当将某些发育到一定程度的细胞从某个地

方移到另一地方时，则这些细胞继续形成其在原来位置上所应该产生的器官。这些细胞此时

的发育取向被认为是“决定了的”，其特征不为环境所改变。在整体植物中，细胞的发育途径已

被决定，通常不容易改变，而在离体植物中，细胞的发育状态却是相对不稳定，因此能够表现出

植物细胞的全能性。

１４．极性（ｐｏｌａｒｉｔｙ）：高等植物均具一主轴，各个器官沿此主轴有顺序地进行生长、分化。

其主轴的首尾两端在生理、形态上都有着明显的差异，通常是首端生芽而尾端长根，此种现象

叫极性。

１５．分化（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）：细胞在分裂过程中发生结构和功能上的改变，从而在个发育中

形成各类组织和器官完成整个生活周期。

１６．器官分化（ｏｒｇａｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）：是从外植体直接产生不定芽或不定根。

１７．脱分化（ｄｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）：已分化好的细胞在人工诱导条件下，恢复分生能力，回复

到分生组织状态的过程。

１８．再分化（ｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）：脱分化后具有分生能力的细胞再经过与原来相同的分化

过程，重新形成各类组织和器官的过程。

１９．愈伤组织（ｃａｌｌｕｓ）：原指植物在受伤后，于伤口表面形成的一团薄壁细胞。现指在离

体培养过程中形成的具有分生能力的一团无序生长的薄壁细胞，多在外植体切面上产生。常

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见的愈伤组织类型有：（１）结构致密型：表面光滑有光泽，结构致密，多为淡黄色或白色，易于再

生芽；（２）结构松散型：多为白色，可以用于悬浮系建立。（３）胚性愈伤组织：具有产生胚状体能

力。

２０．胚状体（ｅｍｂｒｏｉｄ）：亦称体细胞胚。离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发

育过程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚

状体。

２１．花药培养（ａｎｔｈｅｒｃｕｌｔｕｒｅ）：属器官培养的范畴，一定发育时期的花药在适当条件下，

采用离体花药培养通过胚发生途径和器官发生途径形成单倍体植株。

２２．花粉培养（ｐｏｌｌｅｎｃｕｌｔｕｒｅ）及游离小孢子培养（ｉｓｏｌａｔｅｄｍｉｃｒｏｓｐｏｒｅｃｕｌｔｕｒｅ）：属细胞培

养的范畴，通过人工培养离体花粉或小孢子，改变其形成花粉管和精子的发育途径，诱导形成

单倍体植株。

２３．合子胚：高等植物的卵细胞在受精后发育而成的胚。

２４．原球茎（ｇｒｅｅｎｇｌｏｂｌａｒｂｏｄｙ）：原球茎最初是兰花种子发芽过程中的一种形态学结构。

种子萌发初期不出现胚根，只是胚逐渐膨大，以后种皮的一端破裂，膨胀的胚呈小圆锥状，即原

球茎。因此原球茎可理解为缩短的、呈珠粒状的、由胚性细胞组成的、类似嫩茎的器官。

２５．体细胞胚胎发生（体胚发生）（ｓｏｍａｔｉｃｅｍｂｒｙｏｇｅｎｅｓｉｓ）：指双或单倍体的体细胞在特

定条件下，未经性细胞融合而通过与合子胚胎发生类型的途径发育出新个体的形态发生过程。

２６．玻璃化（ｖｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）：当植物材料不断进行离体培养时，有些嫩茎、叶片呈现的半透

明的水渍状态。

２７．玻璃苗 （ｖｉｔｒｅｏｕｓｓｈｏｏｔｓ）：指外表呈玻璃状，茎叶透明的畸形试管植物。

２８．大量元素（ｍａｃｒｏｅｌｅｍｅｎｔ）：指浓度大于０．５ｍｍｏｌ／Ｌ的元素，如Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓ等。

２９．微量元素（ｍｉｃｒｏｅｌｅｍｅｎｔ）：指浓度小于０．５ｍｍｏｌ／Ｌ的元素，如Ｆｅ、Ｂ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｏ

等。

３０．琼脂（ａｇａｒ）：指培养基中的固化剂。它是从海藻中提取的高分子碳水化合物，本身不

提供任何营养。

３１．植物激素（ｐｈｙｔｏｈｏｒｍｏｎｅ）：是植物新陈代谢产生的天然化合物，能以极微小的量影响

到植物的细胞分化、分裂、发育等生理生化活动。

３２．植物生长调节剂（ｐｌａｎｔｇｒｏｗｔｈｒｅｇｕｌａｔｏｒ）：指由人工合成的，能够调控植物生长发育

的化学物质。它们在植物生产中可以起到促进扦插生根、调控开花时间、塑造理想株型的作

用。

３３．植物生长物质（ｐｌａｎｔｇｒｏｗｔｈｓｕｂｓｔａｎｃｅ）：指在较低浓度的情况下能对植物产生明显

生理作用的化学物质，主要包括内源的植物激素与人工合成的植物生长调节剂。

３４．细胞分裂素（ｃｙｔｏｋｉｎｉｎ）：缩写为ＣＴＫ。是一类腺嘌呤衍生物的激素，包括６ＢＡ（６苄

基腺嘌呤）、ＫＴ（激动素）、ＺＴ（玉米素）等，其主要的生理作用是促进细胞分裂、抑制器官衰老、

诱导芽分化、延缓叶片衰老等。

３５．生长素（ａｕｘｉｎ）：在组织培养中，用于诱导愈伤组织的形成，诱导根的分化和促进细胞

分裂、伸长生长的物质，包括ＮＡＡ、ＩＡＡ、ＩＢＡ等。

３６．抗氧化物（ａｎｔｉｏｘｉｄｅ）：植物组织在切割时会分泌出一些酚类物质，接触空气中的氧气

后，自动氧化或由酶类催化氧化为相应的醌类，产生可见的茶色、褐色以致黑色，这就是酚污

染。减少或去掉酚污染的物质叫抗氧化物。

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３７．活性炭（ａｃｔｉｖｅｃａｒｂｏｎ）：为木炭粉碎经加工形成的粉末结构，具有很强的吸水力和吸

附作用。

３８．培养基（ｍｅｄｉｕｍ）：用于满足植物正常生长发育需要的各种营养物质的总和。

３９．繁殖系数（ｂｒｅｅｄｉｎｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）：也叫增殖率。指每块外植体在一个培养周期内增殖

的倍数。

４０．试管苗（ｔｅｓｔｔｕｂｅｐｌａｎｔｌｅｔ）：指在无菌离体条件下的人工培养基上，对植物细胞、组织

或器官进行培养所获得的再生植株。

４１．锻炼（ｄａｒｄｅｎｉｎｇ）：通过人为改善植物的抗性，使其提高对不利环境适应性的过程叫锻

炼。植物的抗性是通过其体内的生理生化变化逐渐形成的，最终表现为对不利环境的适应性。

４２．后生（外）遗传变化（ｅｐｉｇｅｎｅｔｉｃｖａｒｉａｔｉｏｎ）：是指那些不是由于细胞基因组的固定变化

所引起，但又可遗传的细胞水平的变化。这个概念源于动物学实验。果蝇的器官芽（ｄｒｏｓｏｐｈ

ｉｌａｉｍａｇｉｎａｌｄｉｓｃ）、哺乳动物细胞培养及原生动物的发育学实验表明，细胞的某些决定状态可

以在单个细胞水平遗传。外遗传变化与传统的遗传变异的差异是：（１）外遗传变化常常是对专

一性诱导物的一种直接反应；（２）外遗传变化可直接被逆转；（３）外遗传变化的表现型的范围是

受细胞遗传潜力所限制；（４）外遗传变化是不能通过细胞减数分裂而传递的。后生遗传变异在

取消诱发条件后，还能通过细胞分裂在一定时间内继续存在。

４３．嵌合体（ｃｈｉｍｅｒａ）：亦称异源嵌镶体。植物体的突变往往只影响分生组织的一部分，

使突变的组织呈扇状或层状。用这种分生组织所繁殖的植物，因同时具有两个或多个遗传性

状不同的组织，而表现出不同的性状和特点，这种植物就叫嵌合体。

４４．接种（ｉｎｏｃｕｌａｂｉｌｉｔｙ）：是将已消毒好的根、茎、叶等离体器官，经切割或剪裁成小段或

小块，放入培养基的过程。

４５．人工种子（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓｅｅｄ）：亦称人造种子或体细胞种子。它是指任何一种经涂膜囊包

裹的、裸露的、经过干燥的人工繁殖体。

４６．兰花工业（ｏｒｃｈｉｄｉｎｄｕｓｔｒｙ）：１９６０年，法国人Ｍｏｒｅｌ发明了一个用组织培养技术繁殖

兰花的新方法。由于其繁殖系数极高，因此有着巨大的实用价值，从而很快为兰花生产者所接

受。由于利用这一技术，使兰花的生产可以像其他工业产品那样进行工厂化生产，故将这种生

产兰花的方式称为兰花试管苗“工业”，简称“兰花工业”。

４７．试管受精（ｃｕｖｅｔｔｅｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ）：利用胚珠和子房培养，克服柱头或花柱对受精的障

碍，使花粉管直接进入胚珠而受精。用于解决远缘杂交的不亲和性和克服自交不亲和问题。

４８．工厂化育苗（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚｉｎｇｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）：按一定工艺流程和规范化程序生产的，不

但具有繁殖速度快、整齐、一致、无虫少病、生长周期短、遗传性稳定的特点，而且还可以加快产

品的发展，获得繁殖无性系。特别对一些繁殖系数低、杂合的材料有性繁殖优良性状易分离、

或从杂合的遗传群体中筛选出表现型优异的植株，需要保持其优良遗传性，有更重要的作用。

（朱建华和彭士勇，２００２）

４９．体细胞无性系（ｓｏｍａｃｌｏｎｅ）：来自细胞培养物产生的植株。

５０．体细胞无性系变异（ｓｏｍａｃｌｏｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎ）：由体细胞无性系所发生的遗传变异。

５１．原生质体无性系（ｐｒｏｔｏｃｌｏｎｅ）：来自原生质体的植株。

５２．愈伤组织无性系（ｃａｌｌｉｃｌｏｎｅ）：来自愈伤组织的植株。

５３．胚培养（ｅｍｂｒｙｏｃｕｌｔｕｒｅ）：在植物种间杂交或远缘杂交中，有时虽然能正常受精，但胚

往往发育不完全或胚与胚乳间不亲和，不能得到种子，将胚早期离体培养促使胚正常发育，从

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而培养出杂交后代。如百合采用幼胚培养，成功地收到了杂交种子。同时，在杂交中如受精困

难，也可把未受精的胚珠分离出来，在试管内用花粉受精来解决。

５４．单倍体育种（ｈａｐｌｏｉｄｂｒｅｅｄｉｎｇ）：利用花药培养诱导花粉形成单倍体，在试管培养中通

过秋水仙素处理，使染色体加倍，成为纯合二倍体，从而缩短新品种育种的时间。还有利于突

变体中隐性突变的分离。

５５．基因型（ｇｅｎｏｔｙｐｅ）：亦称遗传型。指生物体的遗传组成，是生物体所有遗传基础的总

和。它不会因表现型的改变而发生变化。

５６．表现型（ｐｈｅｎｏｔｙｐｅ）：亦称现象型。为生物个体所有性状的总和，是可以观察到的。

它是基因型与环境相互作用的结果，因此遗传型相同的个体，在不同的环境中可以表现出不同

的表现型。

三、药用植物组织培养的优越性

药用植物组织培养作为一种重要的生物技术，同常规的无性繁殖方法相比以及和其他繁

殖方法相比，其优越性有以下几个方面。

（１）繁殖速度快，繁殖系数高

采用常规的无性繁殖方法如分株法，一棵药用植物植株一年一般只能繁殖几株或几十株，

但用组织培养的方法在人工控制的环境里，可以周年不断地缩短植物形态建成和个体发育的

周期，每年繁殖出几万甚至数百万的小植株。故组织培养技术对于按照植物在自然状态下的

生命周期和繁殖系数进行的常规的生产来说是一种革命性的突破。工厂化试管苗快繁技术将

成为２ｌ世纪农业和中草药产业的重要的技术之一。

组织培养快速繁殖的商业性应用始于２０世纪７０年代美国的“兰花工业”。兰花是世界名

花，以其高雅、美丽，带有神秘色彩而深受世界人民的喜爱。兰花的常规繁殖方法有分株法和

播种法。在兰花的常规繁殖中，有三个难以解决的问题：第一，用分株繁殖方法增殖缓慢，不利

于新品种的推广；第二，种子繁殖困难，因兰花种子十分微小，胚很细弱，种子中几乎没有贮藏

营养物，在自然条件下，绝大多数种子会在发芽过程中夭折，只有少数种子遇到菌根才能萌芽；

第三，病毒感染严重，降低种性，目前至少在兰花上鉴定出七种病毒。采用组织培养的方法进

行兰花的无性系繁殖，可以在一定程度上解决上述三个问题。１９６０年法国的Ｍｏｒｅｌ观察到虎

头兰的茎尖在无菌的培养基上能够形成扁圆形的小球体，这些小球体与幼胚发育成的原球体

非常相似，故称为原球茎，在一定条件下，这些原球茎通过切割能够快速增殖，并能够再生成完

整植株。Ｍｏｒｅｌ的这一发现很快被从事兰花的研究者和生产经营者应用到兰花新品种的快速

繁殖中去，使优良品种在短短数年内可由一株繁殖到几十万株甚至更多，从根本上改变了兰花

生产的面貌。由于利用这一技术，使兰花的生产可以像其他工业产品那样进行工厂化生产，故

将这种生产兰花的方式称为兰花试管苗“工业”，简称“兰花工业”。目前应用兰花试管苗生产

技术已能够对近７０属数百种兰科植物进行工厂化试管苗生产，这些兰花包括具有重要商业价

值的各种兰花，如卡特兰、蝴蝶兰、石斛兰、大花蕙兰等，通过茎顶培养还可以对感染病毒的品

种生产“脱毒苗”，“兰花工业”已成为许多国家花卉生产的重要行业。据统计在世界范围内，兰

花组培苗的数量占植物组培苗总量的比例几乎达到４０％（熊丽和吴丽芳，２００２）。

（２）不受季节限制，可周年大规模工厂化生产

药用植物组织培养快速繁殖是在实验室中进行，在严格控制下完成繁殖，条件可控，所以

不受季节限制，可以全年进行连续生产。而常规的无性繁殖则受季节限制，只能在药用植物生

７

长季节进行繁殖。植物细胞的全能性证明，在营养成分适当的培养基中，来自植物分生组织的

细胞几乎可以无限制地分裂、生长下去；同时，它们都具有分化形成和母体植物一样的植株的

潜力。利用这一特点，我们可以把植物分生组织切碎、分散成许多单个细胞，待这些细胞通过

组织培养大量克隆之后，再诱导其分别分化为单个植株。或者，我们也可以使植物的成熟组

织，例如根、茎和叶等脱分化，变成具有和分生细胞一样发育潜力的细胞。这些过程就是典型

的植物快速繁殖。通过制备培养基、切割和分散细胞、接种细胞以及诱导细胞分化等基本操

作，可以在空间有限的实验室中进行大规模的工厂化生产。

（３）经济效益高

药用植物组织培养快速繁殖所需要的空间小，在一个２００ｍ２的培养室内一年可生产试管

苗上百万株，如按每株１元计算，每年产值上百万元。且降低了劳动强度和劳动力成本。

（４）所用繁殖材料少，特别是繁殖材料较少的情况下。

（５）种苗去除病毒、真菌、细菌等病害

针对病毒对药用植物造成的严重危害，通过组织培养可以有效地培育出大量的无病毒种

苗。已经取得成功的有（药用）菊花、百合、地黄等。

（６）能够获得具有高度一致而同时具有优良表型的组培苗无性系

由于组培材料均来自单一的个体，遗传性非常一致，将它们用于快繁，可避免许多误差，从

而保证组培苗无性系性状的均一性。

（７）生长快，周期短，重复性强

由于组织培养条件优越，且建立在植物正常生长发育的基础上，故分化、成苗快，节约了时

间。对有的野生药用植物变种，在应用组织培养繁殖时其驯化过程也可大为缩短。同时组织

培养过程是按标准化程序进行，因此提高了结果的可信度，重复性强。

（８）药用植物生理活性物质的生产和次生代谢产物的生产

许多常见药物如生物碱、强心甙、薄荷油等是从药用植物中获得的，但产量、质量等难免要

受到植物的遗传性、生长状况、生态环境、收获季节、储藏运输等因素的制约，而运用组织培养

方法生产这些药物，则可克服上述缺点。对那些生态条件要求严格、生长缓慢、产量有限、价值

贵重的中草药植物来讲，组织培养方法的优越性就更显得突出。

利用组织和细胞培养生产重要的次生代谢产物具有巨大的潜在经济价值。目前主要是针

对一些经济价值高的药用植物进行研究，如人参、三七、红豆杉、薯蓣、烟草等。在红豆杉中含

抗癌首选药物———紫杉醇等，就可以用大规模培养植物细胞来直接生产，近年国内在红豆杉组

织培养中每升细胞培养物中紫杉醇的产量可达０．２５ｍｇ；在薯蓣愈伤组织的细胞悬浮培养中

可产生１％～１．６％（干重）的薯蓣皂苷素；利用烟草根尖进行细胞悬浮培养，可生产２．９％（干

重）的尼古丁；另外在烟草细胞培养中，每克（干重）快速生长的烟草细胞可产生３６０μｇ的辅酶

Ｑ，这是在所有活细胞中发现的最高含量水平，辅酶Ｑ被用作治疗某些心脏病的药物。除提取

药物外，还从葡萄细胞培养中提出一种带有水果香味的萜类化合物，而这种萜类化合物的化学

合成往往很困难或很不经济。表１１（ＡｌｂｅｒｔＳａｓｓｏｎ，１９８６；王蜀秀等，１９９５；徐忠东，２００１）列

举了药用植物组织培养中可能获得的次生代谢物。但在应用上存在的问题是如何提高培养物

中的有效成分的含量和降低生产成本。

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表１１　药用植物组织培养产生的次生代谢物

次生代谢物名称

生物碱 酶抑制剂 挥发油

氨基酸 乙烯 麻醉剂

蒽酮 类黄酮 有机酸

抗白血病剂 调味料 香料

抗菌剂 呋喃色酮 酚类

抗肿瘤剂 呋喃香豆素 色素

苯甲酸衍生物 植物生长调节剂 多糖

苯基吡喃酮 激素 蛋白质

苯醌 免疫化学因子 类固醇、固醇

生物转化素 杀虫药剂 皂角素、皂角

碳水化合物 类胰岛素成分 甜味素

强心苷 胶乳 单宁

苯基苯乙烯酮 类脂化合物 萜烯、类萜

二蒽酮 萘醌 植物病毒抑制剂

食品乳化物 核酸及其衍生物 维生素

第二节　植物组织培养的历史

植物组织培养是２０世纪以植物生理学为基础发展起来的，并且在生产中广泛应用后获得

了巨大经济效益的一种生物技术。

一、理论准备和早期实验时期（１９０２年～１９２９年）

１８３８～１８３９年，德国科学家Ｓｃｈｌｅｉｄｅｎ和Ｓｃｈｗａｎｎ发表了细胞学说，奠定了组织培养的理

论基础。

１９０２年，德国植物学家Ｈａｂｅｒｌａｎｄｔ根据细胞学说，提出单个细胞的植物细胞全能性理

论。

１９０４年，Ｈａｎｎｉｎｇ最先成功地培养了萝卜和辣根菜属的近成熟胚。

１９０８年，Ｓｉｍｏｎ研究了白杨嫩茎在培养中的发育，观察了愈伤组织的发生和根、茎的形

成。

１９２２年，Ｋｎｕｄｓｏｎ采用胚培养法获得大量兰花幼苗。克服了其种子发芽困难的问题。

１９２２年，Ｋｏｔｔ用稀释的Ｋｎｏｐ溶液加入复杂的有机物质，培养豌豆和玉米的根尖获得成

功。

１９２５年：Ｌａｉｂａｃｈ通过亚麻种间杂交幼胚培养得到杂种。

总结：未发现细胞有形态发生的能力；未使用激素。

二、技术和方法的建立时期（１９３０年～１９３９年）

１９３３年，中国的李继侗和沈同将银杏胚乳的提取物加入培养基，研究银杏的胚培养获得

成功，这是利用天然提取物研究植物组织培养获得成功的首次报道。

１９３４年，荷兰植物学家Ｗｅｎｔ发现生长素，即吲哚乙酸。

１９３４年，美国的Ｗｈｉｔｅ用番茄根尖建立起第一个活跃生长的无性繁殖系，从而使非胚器

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官的培养首先获得成功。

１９３４年，法国的Ｇａｕｔｈｅｒｅｔｅ培养山毛杨、黑杨形成层组织产生了愈伤组织。

１９３７年，美国的Ｗｈｉｔｅ首先建立了人工合成的综合培养基，发现３种Ｂ族维生素和ＩＡＡ

对植物生长有作用。

１９３９年，法国的Ｇａｕｔｈｅｒｅｔｅ培养胡萝卜根毛外植体成功。

１９３９年，美国的Ｗｈｉｔｅ培养烟草种间杂种幼茎切段原形成层成功。

１９３９年，Ｎｏｂｅｃｏｕｒｔ培养胡萝卜根薄壁组织成功。

总结：（１）生长素在组织培养中的应用；（２）认识Ｂ族维生素对植物细胞生长的重要性，并

在组织培养中广泛采用；（３）Ｗｈｉｔｅ和Ｇａｕｔｈｅｒｅｔｅ建立了植物组织培养的基本方法；（４）中国学

者在银杏胚培养和玉米根尖培养方面获得成功。

三、技术和方法的发展时期（１９４０年～１９５９年）

１９４０年，Ｊ．ｖａｎＯｖｅｒｂｅｅｋ将椰子的液体胚乳加入培养基中，使心形期曼佗罗杂种幼胚培

养成功。

１９４３年，Ｗｈｉｔｅ出版了第一部植物组织培养专著———《ＡＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＰｌａｎｔＴｉｓｓｕｅＣｕｌ

ｔｕｒｅ》，标志组织培养成为一门新兴学科。

１９４６年，罗士韦首次报道利用菟丝子茎尖培养物在试管内成花，开创了用组织培养方法

研究植物成花生理学的先例。

１９４８年，Ｓｋｏｏｇ和崔贗培养烟草茎髓愈伤组织形成芽时，发现腺嘌呤可解除生长素对芽

生长的抑制作用，促进细胞分裂。

１９５２年，法国的Ｍｏｒｅｌ和Ｍａｒｔｉｎ首次报道茎尖分生组织的离体培养，获得去病毒大丽花

植株。

１９５３年，Ｍｕｉｒ等首次用摇床振荡的液体培养，使烟草愈伤组织分散为单细胞或小的细胞

聚集体，即通过振荡培养，单细胞培养成功，这就是细胞悬浮培养技术；以后发展成为用于植物

次生代谢产物大规模发酵生产的方法，如药物中的人参皂苷，毛地黄、甜菊甘等。

１９５６年，Ｍｉｌｌｅｒ等从鲱鱼精子ＤＮＡ热压水解产物中，分离出激动素（Ｋｉｎｅｔｉｎ），能促进细

胞分裂和芽形成。随后又发现一系列类似化合物，叫细胞分裂素。

１９５８年，美国科学家Ｓｔｅｗａｒｄ等和德国Ｒｅｉｎｅｒｔ等分别用胡萝卜根的愈伤组织细胞进行

悬浮培养，成功诱导出胚状体并分化为完整的小植株，不但使细胞全能性理论得到证实，而且

为组织培养的技术程序奠定了基础。

１９５８年，Ｗｉｃｋｓｏｎ和Ｔｈｉｍａｎｎ利用外源的细胞分裂素，促使休眠的侧芽启动生长，创造了

“无菌短枝扦插”或“微型扦插”繁殖方法。

总结：（１）出现了植物组织培养专著；（２）细胞分裂素在组织培养中的应用；（３）茎尖培养获

得脱毒苗；（４）产生了细胞悬浮培养技术这种新型培养方式；（５）利用胚状体途径再生植株，证

实了植物细胞的全能性；（６）对培养基的组成进行了改进，如在培养基中添加椰子乳。

四、技术和方法的深化和广泛应用时期（１９６０年～现在）

１９６０年，法国的Ｍｏｒｅｌ采用兰属（犆狔犿犫犻犱犻狌犿）的茎尖培养，经过茎尖—原球茎—再生植

株的方式，实现了去病毒和快速繁殖的目的。

１９６０年，Ｃｏｃｋｉｎｇ采用纤维素酶、果胶酶等分离番茄幼根，获得原生质体。

０１

１９６２年，Ｋａｎｔａ完善了试管内传粉受精技术，克服了花粉和柱头间的两性不亲和现象。

１９６２年，Ｍｕｒａｓｈｉｎｇｅ和Ｓｋｏｏｇ在烟草培养中筛选出至今仍被广泛使用的ＭＳ培养基。

１９６４年，印度科学家Ｇｕｈａ和Ｍａｈｅｓｗａｒｉ在毛叶曼陀罗（犇犪狋狌狉犪犻狀狀狅狓犻犪）花药培养中获

得许多胚状体，并从胚状体进一步发育得到了单倍体植株。

１９７１年，Ｔａｋｅｂｅ等首次由烟草叶肉原生质体再生出完整植株，证实了原生质体的全能

性。

１９７２年，Ｃａｒｌｓｏｎ等通过两个种的烟草原生质体融合培养，获得了第一个体细胞杂交的杂

种植株。

总结：（１）组织培养理论、实践、技术和方法不断完善和发展，形成独具特色的专业技术和

产业，并于２０世纪７０年代在美国实现了组织培养的商业性应用———兰花工业，于８０年代被

认为是能够带来全球经济利益的产业，全世界组培苗的年产量从１９８５年的１．３亿株猛增到

１９９１年的５．１３亿株，现在已超过１０亿株，植物组培苗的贸易额为约１５０亿美元，并以每年

１５％的速度递增（熊丽和吴丽芳，２００２）；（２）在实验技术上建立了较完整的实验程序，已成为一

种重要的生物技术；（３）组织培养已广泛应用于生物学的许多分支学科，并取得丰硕的成果。

第三节　药用植物组织培养的原理

一、植物细胞全能性

１．植物细胞全能性的概念

药用植物组织培养的理论依据是植物细胞具有全能性。所谓全能性，是指任何具有完整

的细胞核的植物细胞，都拥有形成一个完整植株所必需的全部遗传信息。高等植物的器官和

组织可以不断分割直至单个细胞，每个细胞都具有进一步分裂和发育的能力，并设想从一个体

细胞可以得到人工培养的胚。２０世纪５０年代末由Ｓｔｗａｒｄ等人从胡萝卜的韧皮部取下的组

织经过液体培养成功获得了完整的植株，证实了植物细胞具有“全能性”的观点。

具有全能性的细胞有：（１）受精卵（即合子）；（２）发育中的分生组织细胞（包括幼嫩器官的

细胞）；（３）雌雄配子及单倍体细胞。

细胞全能性的实现可以用图１１简单表示。在图中有３个循环，其中Ａ循环表示生命周

期，它包括了孢子体和配子体的世代交替。Ｂ循环表示细胞所决定的核质周期，由于核质的互

作、ＤＮＡ进行复制、转录ＲＮＡ并翻译为蛋白质，使全能性形成和保持。Ｃ循环是组织培养周

期，组织或细胞与供体失去联系，处于无菌的条件下，靠人工的营养及激素条件进行代谢，使细

胞处于异养状态，在这种条件下一个分生组织可通过三个途径实现细胞的全能性，一是由分生

组织直接分生芽而达到快速繁殖的目的，此时极少发生体细胞无性系变异；二是由分生组织形

成愈伤组织，经过分化实现细胞的全能性；三是游离细胞或原生质体形成胚状体，由胚状体直

接重建完整植株，或制成人工种子后再重建植株，此阶段自养性明显加强。Ｂ循环也可与Ｃ循

环相结合，繁殖具有特殊有益遗传性状的个体，然后进入生命周期（Ａ）。还可以设想，用重组

ＤＮＡ技术可直接将异种ＤＮＡ引入培养中的细胞或原生质体，并在整体植株中表达。

１１

２．基因表达

根据植物细胞全能性理论，植物体任何一个细胞都携带着一套发育成完整植株的全部遗

传信息，不管是性细胞如花粉，还是体细胞如叶肉细胞，在离体培养条件下，这些信息可以表

达，分化形成与以往植物体一样的完整植株。许多研究表明，只有被培养外植体的细胞处于某

种生理状态，才可能出现某种外在形态反应（韦三立，２０００），如只有把处于能分化芽状态的外

图１１　细胞全能性的实现和利用

植体接种在适宜培养基上，才能分化出丛芽；把处于能分化根状态的外植体接种在适宜培养基

上，才能分化出根系；只有把处于能分化花状态的外植体接种在适宜培养基上，才能分化出花

芽。而试图在诱导花蕾上分化出根，或试图在诱导根上分化出花蕾，对许多植物而言，是可望

而不可及的。通过对细胞分化的进一步研究，发现基因所起的作用是提供表达模板，细胞所起

的作用是有序聚集，即基因是信息载体，细胞是表达载体，植物的分化发生、发育状况、形态建

成是二者结合的产物。故除了要强调基因的表达作用外，还应强调基因的表达载体———细胞

的作用（熊丽和吴丽芳，２００２）。因为细胞本身对周围环境的反应能够促进或抑制基因的表达，

这种信息反馈差异造成的结果可能是导致植物生长、发育、分化状态不同的本质所在。在上述

过程中，起着能够发送信息，并使其他细胞聚集起来，导致分化发生的细胞称为指令细胞。指

令细胞的生理状态在一定程度上决定植物体的生长、分化、发育的方向，再经过分化、脱分化、

再分化等过程，形成完整的植株体。

３．位置效应

植物组织培养过程中，常常会发现即使是采用同一母株上的同类外植体进行离体培养，且

采用相同的方法和控制相同的环境条件，但这些外植体的分化状态还是存在较大差异，这就是

植物组织培养的位置效应。一般认为，位置效应现象与植物激素的分布梯度有关。由于植物

体的内源激素分布不均，导致基因表达不一致。位置效应现象与细胞本身生理状态有着重要

联系。处于某种特定发育水平的指令细胞在短期内无法进行信息反馈，从而影响着其他细胞

朝着另外方向生长、发育、分化。因此在进行药用植物的组织培养时，要注意不同部位所取的

外植体的培养结果存在差异，从而保证达到更好的组织培养预期效果。

４．感受态和决定作用

“感受态（ｃｏｍｐｅｔｅｎｃｅ）”的早期概念是指表达固有的全能性或形态建成的能力。但是这种

２１

能力包括什么？为什么有些细胞或组织具有或将有这种感受态，而其他细胞或组织却无？均

无从解释。近期认为感受态实际上是一个接受某一发育信号或对某一信号反应的效应能力。

因此可将它理解为一种进行下一步特定的形态建成途径所必须的生理性的，细胞或分子水平

上的准备状态（黄学林和李筱菊，１９９５）。

“决定作用（ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）”这一术语来自动物胚胎发育生物学，意指胚胎某一区域的组

织或细胞只能向某一特定方向分化的发育状态。Ｓｕｓｓｅｘ认为决定作用有４个特点：（１）高频

率存在；（２）是直接性的；（３）是相对稳定的；（４）可以通过无性（有丝分裂）传递下来。感受态和

决定作用的关系为：（１）感受态和决定作用所要求的条件可以相似，也可不同；（２）获得感受态

和决定作用的时间可以从数天到许多天之间变化，这主要取决于植物的基因型；（３）决定作用

一旦开始可能就难改变或逆转；（４）诱导决定作用所要求的条件与器官发生的实际过程所要求

的条件不相同；（５）愈伤组织中器官发生的决定需要最低限度细胞数目所构成的细胞团（黄学

林和李筱菊，１９９５）。

在植物中是否存在着“决定作用”，人们一直给予极大的兴趣。植物全能性的证实，使植物

“决定作用”的概念面临着极大的挑战。一般认为植物的“决定作用”不像动物中那样明显，但

也有很多事实证明植物器官发育显示决定作用，如有的愈伤组织可以保持外植体细胞原有特

性，即多少表示出有某种程度的决定作用，对于紫杉（犜犪狓狌狊犮狌狊狆犻犱犪狋犪）花粉得到的愈伤组织，

其细胞以花粉管特有的伸长方式生长，这也就是决定作用。植物的“决定作用”具有不稳定的

特点，植物顶端分生组织发育途径决定后，并不是所有衍生的细胞都表现出相同的决定命运，

如成花决定，并非所有衍生的细胞都能形成花，有一部分细胞只能形成营养叶、营养茎相似的

花序叶、花序轴、花柄等，这些细胞的成花决定只有在离体培养条件下才能表达出来。在组织

培养中，这种差别必然反映在外植体细胞对培养基成分及培养条件的应答上。有些学者把外

植体细胞发育状态影响器官的分化现象归结为外遗传（ｅｐｉｇｅｎｅｔｉｃ）。

二、快速繁殖的途径与特点

利用植物组织培养技术进行快速繁殖时，植物的根、茎、叶、叶柄、花器官、孢子等均可作为

外植体进行离体培养，通过下列１０种途径诱导分化产生小植株（李文安，１９９２）。

１．器官型（ｏｒｇａｎｔｙｐｅ）

植物的茎尖部分是分生组织区，即产生植物地上与地下部分的全能性区域。存在于叶腋

间的腋芽在正常情况下均能发育成枝条，但由于受到顶端优势的抑制，这些腋芽会在一定时间

内处于休眠状态。研究表明，顶端优势的现象可以被细胞分裂素抑制，即在茎尖培养时调整培

养基中细胞分裂素的浓度，除茎尖长出芽以外，在芽的叶腋内已有的芽原基再陆续长出小芽，

腋芽不断形成又继续萌发从而形成丛生芽，见图１２。

自然界中许多植物的器官，如根、茎、叶、花茎、花器官等常常可以产生不定芽，由这些不定

芽产生的小植株又可继代培养，再产生不定芽以扩大繁殖系数，这一增殖过程所获得的小苗数

远远超过扦插繁殖方法中一芽长出一苗的方式。从细胞学上来说，以增殖芽进行繁殖，其遗传

性质十分稳定。由于腋芽的细胞为二倍体，因此在组织培养过程中不容易出现基因型的改变。

故此种途径适宜于药用植物的快速繁殖。

对于某些嵌合体而言，它们的特异性状通常不会在培养过程中丧失，故该快速繁殖途径对

于药用植物，特别是嵌合体状态存在的药用植物来说也具有实用价值。

２．器官发生型（ｏｒｇａｎｏｇｅｎｅｓｉｓｔｙｐｅ）

３１

器官发生型诱导途径即外植体脱分化形成愈伤组织再分化出器官的方式。将离体组织或

器官在培养基上进行培养时，这些外植体就会进行细胞分裂，形成高度液泡化的呈无定形态的

薄壁细胞，叫愈伤组织。由高度分化的植物组织或器官产生愈伤组织的过程，叫植物细胞的脱

分化。将脱分化形成的愈伤组织转移到适宜的培养基上继续培养，这些愈伤组织细胞将发生

生理代谢上的改变，促使细胞分裂部位和方向的改变，先出现分生细胞，经分裂逐步产生分生

细胞团和分生组织，再进一步分化出具有根、茎、叶的完整植株，这种从愈伤组织再生出小植株

的过程叫再分化。见图１２和图１３。从单个细胞或一块外植体形成典型的愈伤组织，大致要

经历诱导（启动）期（ｉｎｄｕｃｅｐｈａｓｅ）、分裂期（ｄｉｖｉｓｉｏｎｐｈａｓｅ）、分化期（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎｐｈａｓｅ）、形

态发生期等４个时期（朱建华和彭士勇，２００２）。愈伤组织的形态发生方式有不定芽方式（ｕｎ

ｆｉｘｅｄｂｕｄ）和胚状体方式（ｓｏｍａｔｉｃｅｍｂｒｙｏ）。

图１２　植物离体组织或器官分化成植株途径

图１３　植物通过愈伤组织阶段分化成植株途径

通过愈伤组织途径，可以使被培养材料的繁殖系数迅速增加，但通过愈伤组织来产生种苗

的方法并不完全适合药用植物，因为一是愈伤组织的细胞在遗传上具有不稳定性；二是随着愈

伤组织继代培养时间的延长，它们最初所表现的植株再生能力多会逐渐下降，甚至最后完全消

失。

在器官发生型途径中通过形成不定芽、根而形成再生植株的方式有三种，一为在芽产生

后，于形成芽的茎的基部长出不定根而形成小植株；二是在根上长出不定芽；三是在愈伤组织

的不同部位分别形成不定芽和根，然后再结合起来形成一株植株。

根形成与有用的次生代谢产物的产生有关。在颠茄中，由根组织诱导形成的愈伤组织，当

进行悬浮培养时，其主要的颠茄生物碱仅能在形成根的培养物中发现。人们还利用发根土壤

杆菌诱导外植体形成发状根，再在组织培养中大量繁殖这种发状根，获得有用的次生代谢产物

（许智宏，１９９７），如包括青蒿素的供体植物青蒿（犃狉狋犲犿犻狊犻犪犪狀狀狌犪）的发根培养已获得成功（余

４１

叔文和汤章城，１９９８）。这将给利用组织培养方法获得药用植物的有用的次生代谢产物提供新

的思路。

３．胚状体发生型（ｅｍｂｒｙｏｉｄｔｙｐｅ）

证实高等植物细胞存在全能性的最惊人事实是由培养的植物体细胞可以诱导分化形成胚

状体，并随后经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚、子叶胚共５个时期的类胚途径，发育成完整的

植株。这一现象最早是由Ｒｅｉｎｅｒｔ和Ｓｔｅｗａｒｄ等人各自于１９５８年发现的，Ｒｅｉｎｅｒｔ是在固体培

养基上从胡萝卜愈伤组织上获得体胚，而Ｓｔｅｗａｒｄ则是从胡萝卜悬浮培养细胞体系中获得体

胚。

胚状体途径是指外植体按胚胎发生方式形成再生植株的过程。通常将高等植物的卵细胞

在受精后所发育成的胚叫合子胚；将高等植物的体细胞在一定条件下所诱导形成的胚叫体细

胞胚，即胚状体或体细胞胚（简称体胚）。胚状体特点有：（１）有分化明显的生物两端，即根端和

芽端；（２）单细胞起源；（３）发育程序同合子胚相似，也经过球形胚、心形胚、鱼雷胚、子叶胚阶

段；（４）和周围细胞之间有隔离；（５）和培养物质没有维管束联系，所以容易从培养物质上剥离；

（６）可以在不附加任何激素的培养基上萌发。通常产生胚状体的途径有：（１）直接胚状体发生；

（２）间接胚状体发生（愈伤组织分化出胚状体）；（３）从悬浮培养的细胞中诱导；（４）由花粉产生

的单倍体胚状体；（５）由原生质体产生胚状体。

依诱导时对生长调节剂要求的不同，体胚诱导有４种方法：（１）不需加任何激素；（２）需加

入２，４Ｄ，适用于禾本科植物的体胚诱导；（３）只需要加入细胞分裂素；（４）要求细胞分裂素和

生长素相互配合（黄学林和李筱菊，１９９５）。

合子胚和体细胞胚均具有形成完整植株的能力，它们的起源、发育过程相似，产生的后代

均能很好地表现出原有母株的特性。近年来除伞形科植物外，在４３科２００余种植物中观察到

胚状体的存在（莽克强等，２００１）。这也在花粉培养中诱导形成花粉胚状体以及原生质体培养

中的体细胞胚胎发生所证实。

通过胚状体途径繁殖是药用植物组织培养的一条快捷途径，能利用有限的外植体大大提

高繁殖系数。但对有些药用植物，其胚状体的诱导结果尚不能令人满意，故限制了在实际生产

中的应用，还必须对胚状体形成的生理生化及分子生物学等方面进行进一步的研究。

４．原球茎型（ｐｒｏｔｏｃｏｍｂｔｙｐｅ）

由茎尖或腋芽培养分化成原球茎，最早是１９６０年法国的Ｍｏｒｅｌ发现虎头兰（犆狔犿犫犻犱犻狌犿

犵狉犪狀犱犻犳犾狅狉狌犿）的茎尖培养中形成扁平的小球体与其种子胚发育的原球茎非常相似，叫原球

茎。后人在建兰（犆．犲狀狊犻犳狅犾犻狌犿）的茎尖或侧芽培养中发现其上长出白色的圆球突起，将它切

成小块又会长出绿色莲座叶状的原球茎，再切割这种原球茎成为一个无性繁殖系，将它置入无

植物激素仅加１０％椰乳的培养基中，即可分化出茎、叶和根。兰花独特的原球茎发生途径被

广泛应用于兰花的快速繁殖中，目前已在７０属、数百种兰科植物的组织培养中获得成功（卢思

聪，１９９０），见图１４。

５．球茎芽型（ｇｌｏｂｏｓｅｓｔｅｍｂｕｄｔｙｐｅ）

不同发育阶段的球茎都是茎或枝条的变态形式。由非茎尖或侧芽的外植体不经脱分化的

愈伤组织，直接从圆球茎分化出芽和根器官的方式叫球茎芽型。如海棠（犅犲犵狅狀犻犪犪狉犵犲狌狋犲狅～

犵狌狋狋犪狔犪）的叶柄接种在培养基上，不接触培养基的叶柄表面产生一个个圆球形突起，首先发生

５１

在叶柄切口两端，随后在中部表层逐渐发生，球形茎的一端产生芽和叶片，另一端长出根，最后

形成完整小植株。

图１４　植物组织培养快速繁殖的途径

６．块茎型（ｔｕｂｅｒｔｙｐｅ）

块茎是膨大的地下茎，其表面有芽眼。当花叶芋（犆犪犾犪犱犻狌犿狆犻犮狋狌狉犪狋狌犿）的叶片或叶柄接

种在培养基上，先形成类似愈伤组织的小硬突起，并逐渐形成粒状的芋块。随着小芋块的增

大，分化出的芽也越密集并形成许多小苗，在小苗基部与芋块交接处分化出白色的根，与正常

块茎切块繁殖的幼苗相同，即首先形成有分化能力的块茎（芋块），然后在块茎上分化出小芋

块，再在其上分化出芽和根，最后生长发育成小植株。

马铃薯在离体条件下，将茎段接种在含有高浓度蔗糖的固体培养基上时，随着侧芽的生

长，叶腋处可抽生匍匐茎。不仅匍匐茎可膨大形成块茎，腋芽也可直接发育成块茎。现在马铃

薯组织培养产生微薯的特性已大规模地应用于脱毒试管种薯的生产（许智宏，１９９７）。

７．鳞茎型（ｂｕｌｂｔｙｐｅ）

百合（犔犻犾犻狌犿犫狉狅狑犻犻狏犪狉．狏犻狉犻犱狌犾狌犿）、兰州百合（犔犻犾犻狌犿犱犪狏犻犱犻犻狏犪狉．狌狀犻犮狅犾狅狉）的鳞茎切

块接种在不同激素配比的修改的ＭＳ培养基上，鳞片基部近轴面或在边缘直接形成带根的小

鳞茎。而卷丹（犔．狋犻犵狉犻狀狌犿）鳞片的顶部、中部和基部均能诱导分化出小鳞茎。华西贝母

（犉狉犻狋犻犾犾犪狉犻犪狊犻犮犺狌犪狀犻犮犪）的两三年生幼嫩鳞片，可不经过愈伤组织直接形成小瘤状或叶状体，

再将其切块及时移入修改的ＥＲ培养基上，两三个月后诱导出与自然界条件下生长相同的贝

母鳞茎。

８．根茎型（ｒｈｉｚｏｍｅｔｙｐｅ）

６１

该途径主要应用于蕨类植物中。蕨类具有横向的茎及直立的短根茎，为组织培养的最佳

外植体，通过根状茎上产生的蕨叶及根，迅速发育形成再生植株。

９．微小短枝扦插型（ｍｉｎｉｃｕｌｔｔｉｎｇｔｙｐｅ）

用微小短枝扦插在培养基上，添加外源的细胞分裂素，促使具有顶芽的或没有顶芽的休眠

芽启动生长，形成微型的多枝多芽的丛状结构。经几个月，将丛生芽的一个枝条转接继代，重

复芽－苗的增殖培养，从而迅速获得无数的嫩枝。将这些嫩枝转移到生根培养基上，获得生根

苗后种植到基质中，即获得完整的克隆植株。由于该途径不经过愈伤组织阶段，是使无性系后

代保持原品种特性的最好繁殖方式。目前该途径在木本和部分草本中草药植物的快速繁殖中

广泛应用。

１０．孢子型（ｓｐｏｒｅｔｙｐｅ）

用成熟或未成熟的孢子进行培养。它包括花药培养和花粉培养。花药培养（ａｎｔｈｅｒｃｕｌ

ｔｕｒｅ）属器官培养的范畴，一定发育时期的花药在适当条件下，通过胚发生途径和器官发生途

径形成单倍体植株。花粉培养（ｐｏｌｌｅｎｃｕｌｔｕｒｅ）及游离小孢子培养（ｉｓｏｌａｔｅｄｍｉｃｒｏｓｐｏｒｅｃｕｌ

ｔｕｒｅ）属细胞培养的范畴，通过人工培养离体花粉或小孢子，改变其形成花粉管和精子的发育

途径，诱导形成单倍体植株。由于通过孢子培养可以从品种间杂种迅速获得单倍体纯系，并且

通过染色体加倍的方法可很快得到纯合二倍体，缩短了育种年限，加快了育种进程。此外单倍

体植株还是研究染色体行为、创造非整倍体和进行基因分析以及外源基因导入的理想材料。

故该途径已在１７０多种植物中得以应用并成功获得再生植株（王得元等，２００２）。

现将植物组织培养快速繁殖的途径总结为图１４。

第四节　药用植物组织培养的应用

药用植物是整个中药事业的一个领域，引进当今高科技的生物技术，必将导致我国中草药

研究和发展的重大变革。组织培养是药用植物生物技术的重要部分之一，在理论上和实践上

均是研究中草药细胞学、遗传学、育种学、药物学的重要手段。故加强药用植物组织培养这一

常规生物技术的研究和应用，将对我国的中药现代化事业带来巨大的影响。

一、药用植物的快速繁殖

利用组织培养技术是快速繁殖植物的最重要方法，特别是对那些繁殖系数低，或者很难用

种子繁殖的药用植物的繁殖实用意义更大，利于工厂化操作。如贝母繁殖率非常低，而用组织

培养分化出的三个月左右的鳞茎，其大小就相当于用种子繁殖二年生的鳞茎。

１９８２年我国的罗士韦教授在第５届国际植物组织和细胞培养会议上报告全世界通过无

性系快速繁殖的植物达５００种以上，见表１２。陈维伦在１９９０年收集了有关资料统计我国的

快速繁殖植物达４４３种，其中中草药植物５２种，见表１３（陈维伦，１９９０）。

表１２　全世界无性系快速繁殖的植物种类（罗士韦，１９８２）

植物种类 科、属、种数 植物种类 科、属、种数

兰花

蕨类植物

观赏植物

果树植物

６６属

９科，１７种

５１科，２０８种

２８科

农作物

森林植物

蔬菜植物

４６种

２８科，９９种

３９种

７１

表１３　我国快速繁殖的植物种类

植物

种类

木本

植物

花卉及　园艺植物

禾本科

植物　

豆科

植物

蔬菜

植物

草本

水果中草药

其他经

济植物总计

物种数 １５５ １３８ ２９ １６ ２８ ９ ５２ １６ ４４３

从２０世纪６０年代开始的我国药用植物离体培养和试管繁殖研究，取得了极其显著的成

绩。当归、紫背天葵（犅犲犵狅狀犻犪犳犻犿犫狉犻狊狋犻狆狌犾犪）、白芨、菊花、党参、延胡索、山楂、番红花、浙贝

母、条叶龙胆、龙胆、绞股蓝、川芎、枸杞、厚朴、罗汉果、人参、三七、西洋参、半夏、桔梗、怀地黄、

云南萝芙木、玄参、景天等药用植物的组织培养都取得了成功。目前全世界用组织培养方法繁

殖的药用植物，据统计约为１２２种，见表１４。

我国科学工作者还进行了药用植物的液体培养和大规模生产，已经建立了三七、三分三、

人参、西洋参、三尖杉、紫草、洋地黄、长春花、丹参、红豆杉等十几种药用植物的液体培养系统，

经过对培养基和培养条件的操作已使有效成分达到或超过原植株。在此基础上，并对长春花、

三七、三分三、人参、紫草、红豆杉等进行大规模培养的探索。中国药科大学组培室进行了人参

的１０Ｌ体积的大规模培养并对其培养细胞进行化学成分（皂甙，灰分，金属离子，氨基酸）和药

理活性（急性毒性，镇静作用，抗疲劳作用，抗高温作用，吞噬机能）比较分析，结果与种植人参

无明显差异，目前已作为美容保健品投放市场，这是我国药用植物生物技术产物第一个商品化

的例子。

表１４　组织培养成功的药用植物的种类

种　　类 外植体类型 继代繁殖材料 文　献

人参犘犪狀犪狓犵犻狀狊犲狀犵 单核中期花药 由愈伤组织成芽 王小菁等，２００３

三裂野葛犘狌犲狉犪狉犻犪狆犺犪狊犲狅犾狅犻犱犲狊 幼叶或子叶 由愈伤组织成芽 王小菁等，２００３

三尖杉犆犲狆犺犪犾狅狋犪狓狌狊犳狅狉狋狌狀犲犻 茎尖、叶片 愈伤组织 惠月明等，１９８９

山药（薯蓣）犇犻狅狊犮狅狉犲犪狅狆狆狅狊犻狋犪 叶片、茎段、茎尖 由愈伤组织成芽 李明军等，２０００

广藿香犘狅犵狅狊狋犲犿狅狀犮犪犫犾犻狀 幼嫩叶片 丛生芽 杜勤等，２００２

干层塔犎狌狆犲狉狕犻狌狊犲狉狉犪狋犪 茎尖、茎段 由愈伤组织成芽 沈晓霞等，２００２

大蒜犃犾犾犻狌犿狊犪狋犻狏狌犿 茎尖 不定芽Ｎａｇａｋｕｂｏ等，

１９９３

川西獐牙菜犛狑犲狉狋犻犪犿狌狊狊狅狋犻犻 胚轴、未熟种子 由愈伤组织成芽 向凤宁等，１９９６

川穹犔犻犵狌狊狋犻犮狌犿狀犪犾犾犻犮犺犻 茎、叶、叶柄由愈伤组织成芽、

不定芽王小菁等，２００３

川白芷犃狀犵犲犾犻犮犪犱犪犺狌狉犻犮犪 叶轴切段由愈伤组织成芽、

丛生苗彭菲等，２０００

川贝母犉狉犻狋犻犾犾犪狉犻犪犲犮犻狉狉犺狅狊犪 鳞茎 小鳞茎 陈敏等，１９９５

车前犘犾犪狀狋犪犵狅犪狊犻犪狋犻犮犪 下胚轴、茎尖 由愈伤组织成芽 涂艺声，１９９６

天麻犌犪狊狋狉狅犱犻犪犲犾犪狋犪 块茎或茎尖 原球茎 蔡永萍等，２００１

五味子犛犮犺犻狊犪狀犱狉犪犮犺犻狀犲狀狊犻狊 带腋芽嫩茎段 腋芽 周鑫，２００１

牛蒡犃狉犮狋犻狌犿犾犪狆狆犪 子叶及胚轴 由愈伤组织成芽 梁玉玲等，１９９３

天师栗犃犲狊犮狌犾狌狊狑犻犾狊狅狀犻犻 带幼芽茎节 由愈伤组织成茎芽 郑小江等，２００１

手掌参犌狔犿狀犪犱犲狀犻犪犮狅～狀狅狆狊犲犪 顶芽和短茎 腋芽 金洪等，１９９５

丹参犛犪犾狏犻犪犿犻犾狋犻狅狉狉犺犻狕犪 嫩叶切片 由愈伤组织成芽 王康才等，１９９８

８１

续表１４　　

种　　类 外植体类型 继代繁殖材料 文　献

内蒙黄芪犃．犿狅狀犵犺狅犾犻犮狌狊 茎段、叶片 由愈伤组织成芽 张爱娟等，１９９１

太白贝母犉狉犻狋犻犾犾犪狉犻犪狋犪犻狆犪犻犲狀狊犻狊 鳞茎切片 小鳞茎 刘玉红等，１９９６

中国芦荟犃犾犲狅狏犲狉犪狏犪狉．犮犺犻狀犲狀狊犻狊 茎段和叶 侧芽丛 唐玉明等，２００２

木立芦荟犃犾狅犲犪狉犫狅狉犲狊犮犲狀狊 茎段和叶 侧芽丛 唐玉明等，２００２

木锉芦荟犃．犺狌犿犻犾犻狊 叶片、叶鞘 由愈伤组织成芽 纪萍等，２００２

长春花犆犪狋犺犪狉犪狀狋犺狌狊狉狅狊犲狌狊 种子由愈伤组织成芽、

不定芽黄勇等，２０００

水母雪莲犛犪狌狊狊狌狉犲犪犿犲犱狌狊犪 叶片切片 由愈伤组织成芽 陈玉珍等，２０００

云南红豆杉犜．狔狌狀狀犪狀犲狀狊犻狊 茎段 愈伤组织 陈永勤等，２０００

白术犃狋狉犪犮狋狔犾狅犱犲狊犿犪犮狉狅犮犲狆犺犪犾犪 种胚 丛生芽 宋佩伦等，１９８９

白蕊草犜犺犲狊犻狌犿犮犺犻狀犲狀狊犲 嫩芽、茎、叶由愈伤组织成芽、

不定芽袁艺等，２００２

白花蛇舌草犎犲犱狔狅狋犻狊犱犻犳犳狌狊犪带顶芽或腋芽的

茎段

由愈伤组织成芽、

丛生苗李国平等，２００２

白花假龙胆犌犲狀狋犻犪狀犲犾犾犪犪犾犫犻犳狆狉犪 胚轴、未熟种子 由愈伤组织成芽 霍丽云等，２００２

半夏犘犻狀犲犾犾犻犪狋犲狉狀犪狋犪 幼叶柄、叶片 由愈伤组织成芽 王小菁等，２００３

兰州百合犔犻犾犻狌犿犱犪狏犻犱犻犻狏犪狉．狌狀犻犮狅犾狅狉 鳞茎切片 小鳞芽 王刚等，２００２

甘草犌犾狔犮狔狉狉犺犻狕犪犲狌狉犪犾犲狀狊犻狊 子叶、胚轴 由愈伤组织成芽 芮和恺等，１９８６

甘薯（药用）犐狆狅犿狅犲犪犫犪狋犪狋犪狊 叶片切片 胚状体 尤勇等，１９９９

东北红豆杉犜犪狓狌狊犮狌狊狆犻犱犪狋犪 幼茎段 由愈伤组织成芽 刘铁燕等，２００２

东北矮紫杉犜犪狓狌狊犮狌狊狆犻犱犪狋犪狏犪狉． 带腋芽茎段 腋芽 王关林等，２００１

百部犛狋犲犿狅狀犪犼犪狆狅狀犻犮犪 带侧芽茎段 丛生芽 杨振德等，２００２

百合犔犻犾犻狌犿犫狉狅狑狀犻犻狏犪狉．狏犻狉犻犱狌犾狌犿 鳞茎切片 愈伤组织、小鳞茎 罗丽萍等，２００１

西洋参犘犪狀犪狓狇狌犻狀狇狌犲犳犻犾犻狌狊 种胚、须根 由胚状体成芽 王小菁等，２００３

曲茎石斜犇犲狀犱狉狅犫犻狌犿犳犾犲狓犻犮犪狌犾犲 种子、带节茎段 腋芽 杨联河等，１９９８

红豆杉犜犪狓狌狊犫狉犲狏犻犳狅犾犻犪 幼茎（１!

长） 愈伤组织 王小菁等，２００３

红景天犚犺狅犱犻狅犾犪狊犪犮犮犺犪狉犻狀犲狀狊犻狊 叶片由愈伤组织成芽、

丛生芽王小菁等，２００３

红树莓犚狌犫狌狊犻犱犪犲狌狊 茎尖和茎段由愈伤组织成芽、

不定芽肖娅萍等，２００１

决明犆犪狊狊犻犪狅犫狋狌狊犻犳狅犾犻犪 胚轴、子叶 由愈伤组织成芽 王错等，１９９７

肉苁蓉犆犻狊狋犪狀犮犺犲犱犲狊犲狉狋犻犮狅犪犾 子房、茎块 愈伤组织 朱咏华等，２００１

杜仲犈狌犮狅犿犿犻犪狌犾犿狅犻犱犲狊 茎尖、茎段由愈伤组织成芽、

腋芽弓弼等，２００２

怀地黄犚犲犺犿犪狀狀犻犪犵犾狌狋犻狀狅狊犪 茎尖 丛生芽 薛建平等，２０００

皂质芦荟犃犾狅犲狊犪狆狅狀犪狉犻犪 茎段、幼苗由愈伤组织成芽、

不定芽张秀坤等，２００２

何首乌犘狅犾狔犵狅狀狌犿犿狌犾狋犻犳犾狅狉狌犿 茎尖、茎段 丛生芽 王小菁等，２００３

鸡屎藤犘犪犲犱犲狉犻犪狊犮犪狀犱犲狀狊 茎节、嫩叶由愈伤组织成芽、

不定芽李任珠等，２０００

延胡索犆狅狉狔犱犪犾犻狊狔犪狀犺狌狊狌狅 球茎 愈伤组织 张荫麟等，１９９１

延龄草犜狉犻犾犾犻狌犿狋狊犲犺狅狊犽犻犻 根茎由愈伤组织形成

根茎柳俊，１９９８

９１

续表１４　　

种　　类 外植体类型 继代繁殖材料 文　献

板蓝根犐狊犪狋犻狊狋犻狀犮狋犪狉犻犪 幼胚 由愈伤组织成芽 吴沿友等，１９９６

罗汉果犛犻狉犪犻狋犻犪犵狉狅狊狏犲狀狅狉犻犻 茎段、叶片切块 不定芽 王小菁等，２００３

罗布麻犃狆狅犮狔狀狌犿狏犲狀犲犾狌犿 带芽茎段 侧芽 马森等，２００１

卷丹犔犻犺狌犿犾犪狀犮犻犳狅犾犻狌犿 鳞茎盘由愈伤组织成芽、

丛生芽李保军等，２００１

厚朴犕犪犵狀狅犾犻犪狅犳犳犻犮犻狀犪犾犻狊 茎尖 愈伤组织 童再康等，２００２

细辛犃狊犪狉狌犿狊犻犲犫狅犾犱犻犻 带芽的根状茎由愈伤组织成芽、

不定芽段曼娇，２００１

青蒿犃狉狋犲犿犻狊犻犪犪狀狀狌犪 茎段 由愈伤组织成芽 耿飒等，２００２

杭白菊犆．犿狅狉犻犳狅犾犻狌犿犮狏犎犪狀犵犫犪犻犼狌 露白花蕾花瓣由愈伤组织成芽、

不定芽王康才等，２０００

金荞麦犉犪犵狅狆狔狉狌犿犮狔犿狅狊狌犿 腋芽及顶芽 由愈伤组织成芽 吴清等，２００１

金钱莲犃狀狅犲犮狋狅犮犺犻犾狌狊狉狅狓犫狌狉犵犺犻犻 茎段 不定芽 范子南等，１９９７

金银花犔狅狀犻犮犪狉犪犼犪狆狅狀犻犮犪 幼嫩顶芽、茎段 丛生芽 李军等，２０００

枸杞犔狔犮犻狌犿犫犪狉犫犪狉狌犿 茎段髓组织 由胚状体成芽 魏等琴，２０００

茜草犚狌犫犻狀犮狅狉犱犻犳狅犾犻犪 茎段、叶片、根 由愈伤组织成芽 薛建平等，２００２

食用仙人掌犗狆狌狀狋犻犪犳犻犮狌狊～犻狀犱犻犮犪 幼嫩变态茎幼嫩掌片切块、

丛生芽柳建军等，２００２

贯叶连翘犎狔狆犲狉犻犮狌犿狆犲狉犳狅狉犪狋狌犿 茎节、叶片 丛生芽 李会宁等，２００２

贯叶金丝桃犎狔狆犲狉犻犮狌犿狆犲狉犳狅狉犪狋狌犿 叶腋 愈伤组织 许明淑等，２００１

盾叶薯蓣（黄姜）犇犻狅狊犮狅狉犲犪狕犻狀犵犻犫犲

狉犲狀狊犻狊茎、叶 由愈伤组织成芽 任建伟等，１９９４

洋桔梗犈狌狊狋狅犿犪犵狉犪狀犱犻犳犾狅狉狌犿 叶片切片 不定芽 周根余等，２０００

桔梗犘犾犪狋狔犮狅犱狅狀犵狉犪狀犱犻犳犾狅狉狌犿下胚轴、茎尖、茎段

和根尖由愈伤组织成芽 向邓云，２００１

党参犆狅犱狅狀狅狆狊犻狊狆犻犾狅狊狌犾犪 幼叶、下胚轴由愈伤组织成芽、

不定芽王小菁等，２００３

粉花绣线菊犛狆犻狉犪犲犪犼犪狆狅狀犻犮犪 茎尖、嫩叶、叶柄由愈伤组织成芽、

不定芽胡益明等，２００１

粗茎秦艽犌犲狀狋犻犪狀犪犮狉犪狊狊犻犮犪狌犾犻狊 子叶和下胚轴 体细胞胚 孟玉玲等，１９９５

栝楼犜狉犻犮犺狅狊犪狀狋犺犲狊犽犻狉犻犾狅狌狑犻犻 腋芽 丛生芽 佟宏霞等，１９９６

铁皮石斛犇犲狀犱狉狅犫犻狌犿狅犳犳犻犮犻狀犪犾犲 种子 丛生芽 王小菁等，２００３

雪兔子犛犪狌狊狊狌狉犲犪犵狅狊狊狔狆犻狆犺狅狉犪 叶片切片由愈伤组织成芽、

不定芽王小飞等，２０００

黄芩犛犮狌狋犲犾犾犪狉犻犪犫犪犻犮犪犾犲狀狊犻狊 带节茎段由愈伤组织成芽、

丛生芽丁如贤等，１９９８

黄山贡菊犆犺狉狔狊犪狀狋犺犲犿狌犮犿犿狅狉犻犳狅犾犻

狌犿犮狏犌狅狀犵犼狌茎尖

由愈伤组织成芽、

丛定芽刘丽辉等，２００１

银杏犌犻狀犽犵狅犫犻犾狅犾犪 带腋芽茎段由愈伤组织成芽、

不定芽胡蕙露等，２００２

菊三七犌狔狀狌狉犪狊犲犵犲狋狌犿 根、茎、叶 由愈伤组织成芽 黄慧莲等，２００２

菊花犆犺狉狔狊犪狀狋犺犲犿狌犮犿犿狅狉犻犳狅犾犻狌犿 叶片、节间茎段 腋芽、不定芽 蒋细旺等，２００３

野薄荷犕犲狀狋犺犪犺犪狆犾狅犮犪犾狔狓 带腋芽茎段 由愈伤组织成芽 赖家业等，２０００

０２

续表１４　　

种　　类 外植体类型 继代繁殖材料 文　献

款冬犜狌狊狊犻犾犪犵狅犳犪狉犳犪狉犪根状茎、带节根状

茎段

由愈伤组织成芽、

丛定苗梁文裕等，２０００

紫草犔犻狋犺狅狊狆犲狉犿狌犿犲狉狔狋犺狉狅狉犺犻狕狅狀 茎尖 愈伤组织 严海燕等，２００１

番红花犆狉狅犮狌狊狊犪狋犻狏狌狊 小球茎及切块由愈伤组织成芽、

小球茎刘咏梅等，１９９５

番荔枝犃狀狀狅狀犪狊狇狌犪犿狅狊犪 种子 丛生芽 王小菁等，２００３

溪黄草犚犪犫犱狅狊犻犪狊犲狉狉犪 幼叶、带芽茎段 由愈伤组织成芽 王小菁等，２００３

膜荚黄芪犃狊狋狉犪犵犪犾狌狊犿犲犿犫狉犪狀犪犮犲狌狊叶片、叶柄、未成熟

种子、子叶由愈伤组织成芽 李香串等，１９９２

在药用植物的毛状根培养和增殖技术研究方面，我国对黄芪毛状根的大规模培养技术和

化学成分与药理活性进行了深入的研究并获得可喜成绩。在３Ｌ、５Ｌ和１０Ｌ培养容器中成功

地培养了黄芪毛状根，经过２１天培养产量可达１０ｇ干重／Ｌ，并证实黄芪毛状根具有增强动物

免疫功能、促进骨髓造血、抗自由基、改善记忆和抗衰老、保护肾功能等作用，其作用的效价基

本上与药用黄芪类似。黄芪毛状根中皂甙、黄酮、多糖、氨基酸等含量类似于药用黄芪，而且粗

皂甙和可溶性多糖含量稍高于药用黄芪。丹参毛状根的研究也证实七种丹参酮化合物不仅存

在于毛状根组织中，约４０％分泌到培养基中，而且丹参毛状根也具有形成水溶性酚酸类化合

物的能力，其中丹酚酸Ａ的含量是原植物的２．７倍。

近年更有采用发根农杆菌感染植物组织，形成毛状根，扩增速度十分快速，已发展一种新

的培养系统，如用２０吨发酵罐生产的人参毛状根已可商品化生产；还可用根瘤农杆菌感染植

物组织形成畸形芽，并已在薄荷、颠茄、烟草等药用植物上取得成功（肖培根，１９９９）。

二、去除病毒

在生产中药用植物进行长期的无性繁殖时，体内会积累多种病毒，导致产量降低，品种退

化，病虫害严重，甚至中草药中的一些有效成分也会受到影响。利用生物工程中的组培技术，

可将药用植物体内的病毒去除，获得快速繁殖的无病毒苗，从而降低生产成本，减少化学农药

的用量，取得良好的经济和社会效益。

三、药用植物育种

在栽培的药用植物中，利用组织培养技术直接培育或参与辅助培育药用植物新品种是一

种非常重要的手段，包括以下几个方面。

１．获得单倍体植株

单倍体只有正常孢子体染色体数目的一半，故可以不考虑等位基因的影响，一旦出现变

异，可立即显现出来，特别有利于隐性突变的发现和分离；同时通过染色体的加倍，可获得纯合

的二倍体植株，取代常规育种中自交系的建立，达到亲本提早纯化的效果，利用纯化亲本进行

杂交，能迅速克服杂种分离，缩短育种年限，提高杂交后代的可预见性、准确性和选择效率。常

用的方法有：

（１）花粉培养

采用压挤、过筛、清洗等方法获得花粉粒，再进行离体培养得到单倍体植株。

１２

（２）花药培养

取幼年植株的适宜发育时期的花蕾，经灭菌和预处理，剥离花药进行培养，通过胚状体发

生途径和器官发生途径形成单倍体植株。

（３）胚珠培养

培养受精或未受精的胚珠，可获得杂种胚，也可诱导分化产生单倍体植株，缩短从授粉到

种子成熟的时间，加快幼苗的产生和生长；对于种子休眠期长的中草药植物，还可将胚取出来

进行离体培养获得植株，从而缩短育种周期。在中草药植物种间杂交或远缘杂交中，有时虽然

能正常受精，但胚往往发育不完全或胚与胚乳间不亲和，不能得到种子，可采用胚的早期离体

培养促使胚正常发育，培养出杂交后代。同时，在杂交中受精困难，也可把未受精的胚珠分离

出来，再在试管内进行花粉受精。

（４）子房培养

对于诱导花粉植株频率低或不能诱导出花粉植株的种类，可通过培养未传粉的子房诱导

分化获得单倍体植株。

２．获得多倍体植株

多倍体培养通常是以人工诱导植物染色体数目加倍，得到多倍体的优良植株。多倍体中

草药通常具有植株高大，光合速率增加，适应性强等优点。它也是克服远缘杂交不孕的重要技

术之一。通过组织培养方法诱导多倍体的途径有两种：

（１）物理方法

将组培苗进行适量的射线（如钴６０）辐射，筛选变异植株，再进行染色体变异分析，快速扩

繁后，在田间进一步试验获得符合某些经济性状要求的多倍体无性系。

（２）化学方法

将无菌苗的茎段或鳞片等外植体切下直接浸泡在适当浓度的秋水仙碱或其他化学诱变剂

中，然后在离体条件下分化、萌发，再结合染色体检查和植株的形态变异分析、观察，筛选出多

倍体植株，并进行人工田间的栽培。如用该法获得了提早开花、花径增大的多倍体百合。

３．体细胞杂交和植物基因工程

利用原生质体操作技术，可以从原来不可能进行杂交的不同属植物间获得体细胞杂种或

核质杂种。也可以在建立高效稳定再生体系的基础上，通过导入外源目的基因，定向改造中草

药植物的某些重要性状，从而提高它们的抗逆性、有效药物成分含量等。如Ｋ．Ｓ．Ｋｏ等人利

用发根农杆菌感染乌拉尔甘草的试管苗获得了甘草毛状根，其甘草酸含量高达４．７％，远远超

过甘草悬浮培养细胞中甘草酸的０．１％含量（徐良等，２０００）。

４．试管受精

利用胚珠和子房培养，克服柱头或花柱对受精的障碍，使花粉管直接进入胚珠而受精。用

于解决远缘杂交的不亲和性和克服自交不亲和问题。

四、药用植物有效成分的形成和生产

运用组织培养方法还可以在比较简单易观察的条件下研究药用植物细胞、组织或器官的

繁殖、生长和分化，以及各种外界因素对它们的影响，从而为药物生产中的某些问题开辟广阔

的前景，如近年来已大量培养人参、灵芝、猴头菇细胞、组织，并提取有效成分。因此利用组织

培养生产药用成分，探索天然药物生产工业化的途径是当前药物生产的一个新方向。随着大

规模人工培养技术的成功，也有可能用组织培养法来代替全植物提取有效成分。另外从组织

２２

培养的定性分析中还能发现新化合物。例如在芸香组织培养中，合成和积累了芸香素（Ｒｕｔａｃ

ｕｌｔｉｎ），它是一个至今尚未能从原植物或其他植物的呋喃香豆精中检测到的化合物。因而，组

织培养将是获得新的生物活性化合物的一个来源。

２０世纪６０年代以来，人类已经开展了薯蓣及其他药用植物的组织培养。通过研究薯蓣

皂甙元的形成和探讨其生物合成机制，已知有７种薯蓣属植物经组织培养后，可获得薯蓣皂甙

元或其他甾体化合物。其中三角叶薯蓣（犇犻狅狊犮狅狉犲犪犱犲犾狋狅犻犱犲狊）经组织培养得到薯蓣皂甙元的

含量为０．３％～２．５％。此外尚有鱼藤酮、甘草甜素，菸碱等，如从烟草根尖细胞悬浮培养可产

生２．９％（干重）菸碱。在培养基中适当添加生长激素、维生素或其他化学药品有时能使代谢物

增加，如白花曼陀罗组织培养时，在培养基中加进０．１％酪氨酸可使阿托品的产量增加７倍

多；芸香组织培养时在培养基中添加４羟基２喹啉酚，可促进白藓碱的合成和积累。又如培

养三分三愈伤组织时，在生长后期供给１ｍｇ／Ｌ激动素，可使东莨菪碱的含量达到０．４９５％，比

原植物中的含量提高很多；毛花洋地黄（犇犻犵犻狋犪犾犻狊犾犪狀犪狋犪）组织培养中添加２，４Ｄ，其蒽醌和色

素含量远远低于添加ＩＡＡ后所得的量；人参组织培养中，添加２，４Ｄ后所得人参皂苷量显著

提高（徐良等，２０００）。除了培养基的组成外，环境因素也影响次生物质的产生。例如欧芹

（犘犲狋狉狅狊犲犾犻狀狌犿犺狅狉狋犲狀狊犲）的组织培养在黑暗中虽也增殖，但不形成黄酮类，而当暴露于光线中

时，就能测出芹菜甙。Ｎｅｇｅｌ和Ｒｅｉｎｈａｒｄ（１９７６）还证明蓝光或强烈白光抑制愈伤组织的萜烯

类的合成，而这些物质在红光与暗培养中均能合成（徐良等，２０００）。

在培养药用植物选材时，还应考虑到所需要的次生物质在植物体中的合成部位，如果选材

和培养方法适当，可使原植物内所产生的代谢物通过细胞或组织培养发生生化转变而获得。

通过组织培养可获得有效成分，但实际上只有大量培养成功才有经济价值。因此在生产上常

采用悬浮培养法来代替含有琼脂的固体培养基。愈伤组织悬浮培养的生长通常比静止培养

快，这是由于悬浮培养时营养成分可较快地渗入细胞，抑制生长的代谢废物可较快地除去，同

时供氧情况也较好，在进行这种培养时要注意通气与定期更新营养液，这是保证生长稳定，次

生物质产量高的关键之一。

五、种质资源的保存

药用植物的离体保存（犻狀狏犻狋狉狅ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｃｈｉｎｅｓｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｄｉｃｉｎｅｇｅｒｍｐｌａｓｍ）是

指在离体条件下，保存药用植物的种源，使之在任何时候都具有生命力，并在保存后仍能稳定

地保持其遗传性状的技术。对于无性繁殖的中草药植物，因没有种子，只能在圃地内长期栽培

保存，耗费大量的土地和劳力。种质材料还易受自然环境的变化和病虫危害而流失。若用组

织培养方法，保存愈伤组织、胚状体、茎尖等组织，可节省大量人力和物力。

１．药用植物资源保护的种类

药用植物资源的保护重点首先应当是那些具有重要医疗作用和经济价值的珍贵、稀有和

濒危的药用植物种类。《中国珍稀濒危保护植物名录》第一册将濒危植物分为三个保护等级，

即国家环保局公布的：一级保护植物，指具有极为重要的科研、经济和文化价值的稀有濒危种

类；二级重点保护植物，是指在科研或经济上有重要意义的稀有或濒危的种类；三级重点保护

植物，是指在科研或经济上有一定意义的濒危或稀有种类。濒危种类分为濒危、稀有和渐危三

级。濒危（即临危）种是指在植物整个分布区或分布区的重要部分，处于有绝灭危险中的分类

单位。这些植物通常稀少，地理分布有很大的局限性，仅仅存在于典型地方和常常出现在有限

的、脆弱的生境中。它们走向绝灭的危险，可能是由于生殖能力弱，数量减少到快要绝灭的临

３２

界水平；或是它们要求的生境被破坏、改变已退化到不能适宜它们的生长；或由于过度开发等

原因所致。稀有种是指不是立即有绝灭危险的，我国特有的单型科、单型属或少种属的代表种

类，它们在分布区内有很少群体，或存在于非常有限的空间，或者虽有较大分布范围，但只有零

星存在，可能很快消失的种类。渐危（即脆弱或受威胁）种是指那些因人为或自然原因所致，在

可预见的将来，在它们整个分布区或分布区的重要部分很可能成为濒危的种类。在《中国珍稀

濒危保护植物名录》一书中，收载濒危植物３９８种，包括药用植物１６８种，其中稀有种３８种，渐

危种８４种，濒危种４６种。

国务院颁布的《野生药材资源保护管理条例》，将保护等级分为三级。一级：濒临绝灭状态

的稀有珍贵野生药材物种；二级：分布区域缩小、资源处于衰竭状态的重要野生药材物种；三

级：资源严重减少和主要常用野生药材物种。根据这一规定，国家医药管理局等单位制定出第

一批国家重点保护野生药材物种名录，确认了人参、鹿茸等４２种药材原动、植物的保护级别。

《野生药材资源保护条例》规定的国家重点保护的药材物种的名录，收载种类７６种，其中有植

物药材２９种，包括药用植物５８种，分属２２科２８属；属二级保护的有人参、甘草等７种药材，

１３种药用植物；属三级保护的有川贝母、石斛等２２种药材，４５种药用植物。动物药材１３种，

包括药用动物１８种，分属１１科，１３属。

２．药用植物资源的保护方法

中药资源的保护方法一般分为就地保护、异地保护和离体保护三种方法。

在就地保护和异地保护方面，国家采取了许多措施，获得了一些卓有成效的成绩。离体保

护就是利用先进技术，保存并研究携带全部遗传信息的物质片段，即保存药用动、植物的某一

部分器官、组织、细胞或原生质体等，以达到长期保留药用动、植物的种质基因，巩固和发展中

药资源的目的。当前，采用离体保护的主要方法有：建立药用植物资源种质基因库和组织培养

等。对于前者，建立药用植物资源基因库有利于保持优良药用种性和培育适合各种条件的优

良品种，提供丰富的遗传资源和研究材料，目前，我国的药用植物种质保存工作已经广泛开展。

对于后者，就是将药用植物体的某一部分器官、组织、细胞或原生质体，通过人工无菌离体培

养，并能诱导分化获得植株的一种保存技术。应用组织培养技术不仅使繁殖种群的速度加快，

尽快实现野生中草药植物的栽培养殖和人工育种，同时还可以消除中草药植株的病毒感染，培

养无病毒植株。

药用植物离体保存的程序为见图１５。

图１５　药用植物离体保存的基本程序

总之，以药用植物组培技术为基础，与脱毒、快繁和工厂化生产设施相配套将组成用于众

多药用植物无性繁殖的现代化生产技术体系。

４２

第六节　药用植物组织培养设施

一、实验室的组成

１．洗涤室（ｃｌｅａｎｉｎｇｒｏｏｍ）：培养器皿的洗涤、干燥，其组成如下。

（１）器皿柜：２～３个

（２）数显不锈钢鼓风干燥箱：１台

（３）洗涤用水槽：１～２个

（４）搁架：２～３个

（５）玻璃器皿：包括各种烧杯、容量瓶、试剂瓶、滴瓶、三角瓶、培养皿等若干

２．准备室（ｒｅｐａｉｒｉｎｇｒｏｏｍ）：进行药品的保存，及培养基的配制、分装、包扎等，其组成如

下。

（１）电子分析天平：读数精度为１ｍｇ和读数精度为０．１ｍｇ各１台

（２）不锈钢电热蒸馏水器：１台

（３）冷藏冰箱：２００升，１台

（４）酸度计：１台

（５）微量可调移液器：１～１０００μｍ

（６）磁力搅拌器：１台

（７）微波炉：１台

（８）ｐＨ试纸：若干

（９）试剂柜：２～３个

（１０）中央实验台：２张

（１１）放药品的玻璃橱：１个

（１２）组培专用推车：２～３台

（１３）封口膜、皮筋等：若干

（１４）细菌过滤器、注射器等：若干

３．灭菌室：培养基的高温高压灭菌在这里完成。其组成如下。

（１）手提式消毒灭菌锅：２０Ｌ，１个

（２）立式方形消毒灭菌锅：５０Ｌ，１个

４．接种室（无菌操作室）（ｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｇｒｏｏｍ）：是进行无菌操作的场所，培养材料的消毒、接

种、无菌材料的继代、丛生苗的增殖或切割、嫩茎扦插生根等都在无菌操作室完成。在无菌操

作室需要安装紫外灯１～２盏用以经常照射灭菌。无菌室外应留有缓冲间，面积约２ｍ２，最好

安装１盏紫外灯。缓冲间放置拖鞋、工作服、工作帽等。其组成如下。

（１）超净工作台（ｃｌｅａｎｉｎｇｔａｂｌｅ）：有单人水平、双人水平、单人垂直、双人垂直出风的类型，

最好其上加设紫外灯

（２）接种器具杀菌器：１台

（３）紫外线杀菌灯：１个

（４）医用小推车：１个

（５）剪刀类：若干

５２

（６）镊子类：若干

（７）手术刀：若干

（８）记号笔：若干

（９）接种棒：若干

（１０）实验衣（白大褂）：若干

（１１）手术手套：若干

（１２）无菌培养瓶：若干

（１３）无菌封口膜：若干

５．培养室（ｃｕｌｔｕｒｉｎｇｒｏｏｍ）：接种好的材料要放入培养室进行培养。培养室的温度常年

保持２５℃或略高１～２℃。培养室要求清洁干燥，也要安装紫外灯，还要定期用福尔马林加上

高锰酸钾蒸气熏蒸。主要设备和用具有：培养架与灯光、空调机、温度湿度计、温度自动记录

仪、最高最低温度计等。其组成如下。

（１）高效节能培养架：２～６个

（２）紫外线杀菌灯：１～２个

（３）调速多用振荡器：１个

（４）数显振荡培养箱：１个

（５）数字式照度计：１个

（６）温湿度计：２个

（７）空调（冷暖双制）：１～台

６．实验仪器和观察室：进行培养材料的组织学、细胞学研究和生理生化指标的测定以及

观察照相等。其组成如下。

（１）高速台式离心机：１台

（２）生化培养箱：２台

（３）光照培养箱：１～２台

（４）人工气候箱：１～２台

（５）连续变倍体视显微镜：１～２台

（６）生物显微镜：１～２台

（７）倒置显微镜：１～２台

第七节　药用植物组织培养培养基及其配制

一、培养基的成分

培养基应含有植物生长所必需的各种营养成分，以满足植物正常生长发育的需要。在完

整的全营养培养基中应包括无机元素、有机物质、植物生长调节物质、琼脂、蔗糖等物质。

１．水

配制培养基要用蒸馏水，大规模生产时可用纯净水。尽量不用自来水，万一要用，要煮沸，

并滤去杂质。

２．无机元素（ｉｎｏｒｇａｎｉｃｅｌｅｍｅｎｔ）

组织培养中的无机营养物共包括１５种元素，如氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、硼、锰、铜、锌、钼、

６２

氯、碘、钴等。其中前６种为大量元素，后９种为微量元素。

当某种营养元素缺乏时组织培养植株表现出营养缺乏症。植物组织培养植株缺素特征检

索表为：

老叶特征 嫩叶特征

缺素特征常常遍布整株 顶芽死亡

下部叶片先变黄 缺氮

茎纤细，生长缓慢，幼叶暗绿；老叶暗紫或

青铜色，叶脉间有淡绿色斑纹缺磷

嫩叶从叶间开始失绿，叶缘卷曲；幼叶先

端先枯死缺钙

幼叶内卷黄化，变厚变脆 缺硼

缺素特征仅限于局部 顶芽仍活但缺绿（叶色变淡 ）

下部叶先出现黄褐色斑点，茎先端幼叶暗

绿色，丛生缺镁

中下部叶片出现斑点或黄化，叶缘皱曲呈

火烧状缺钾

叶簇生小而尖，叶脉间呈淡绿至黄色 缺锌

幼叶叶脉间呈淡绿或黄白色，仅叶脉呈绿

色缺铁

叶片叶脉间出现缺绿斑点或连成条纹 缺锰

叶片失绿而卷曲，整个叶片向上弯曲而枯

萎缺钴

叶脉失绿 缺硫

３．有机物质（ｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄ）

培养基中只有大量元素和微量元素常常被称为基本培养基。为了保证药用植物的快速生

长发育，需要添加有机营养成分。常见的有机成分有以下几类：

（１）碳水化合物

用来作为碳源。最常采用的碳源为蔗糖，用量在１％～５％。为了降低生产成本，在进行

相关实验证实的前提下，也可用砂糖、葡萄糖、果糖代替。

（２）维生素（ｖｉｔａｍｉｎ）

它们在植物细胞里主要以各种辅酶的形式参与多种代谢活动，对生长、分化有促进作用。

在中草药植物的组织培养中，采用的维生素浓度为０．１～１ｍｇ／Ｌ。常用的维生素有：吡哆醇

（维生素Ｂ６）、硫胺素（维生素Ｂ１）、烟酸（维生素Ｂ３）、泛酸钙（维生素Ｂ５）、生物素（维生素Ｈ）、

钴胺素（维生素Ｂ１２）、叶酸（维生素Ｂｃ）、抗坏血栓（维生素Ｃ）。维生素Ｂ６能促进根的生长，维

生素Ｃ有防止组织褐化的作用。

（３）氨基酸（ａｍｉｎｏａｃｉｄｅ）

是很好的有机氮源，可直接被细胞吸收利用。在培养基中最采用的是甘氨酸，其他如精氨

酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、丙氨酸、天冬酰胺和多种氨基酸的混合物（如水解酪蛋白、水解

乳蛋白）等也常用。用量为１０～１０００ｍｇ／Ｌ。但使用氨基酸极易引起污染，故无特别需要，最

好不用。

（４）肌醇（ｍｙｏｉｎｏｓｉｔｏｌ）

也叫环己六醇。在糖类的相互转化中起作用，是构成细胞壁的材料，也参与细胞膜的构

建。适当使用之，可促进愈伤组织的生长以及胚状体和芽的形成，常用浓度为５０～１００ｍｇ／Ｌ。

（５）其他有机附加物

①椰乳。为椰子的液体胚乳。对愈伤组织有促进作用，常用浓度为１０％～２０％。

７２

②香蕉。用黄熟的小香蕉，加入培养基后变为褐色，对ｐＨ值的缓冲作用大，主要用于兰

花的组织培养。用量为１５０～２００ｍＬ／Ｌ。

③马铃薯。去掉皮和芽后，加水煮３０ｍｉｎ，过滤，取其滤液使用，对ｐＨ值的缓冲作用大，

添加后可得到健康植株。用量为１５０～２００ｇ／Ｌ。

④其他。酵母提取液（ＹＥ），主要成分为氨基酸和维生素类，用量为为０．０１％～０．５％；麦

芽提取液，用量为０．０１％～０．５％。另外还有苹果和番茄的果汁，黄瓜的果肉，未熟玉米的胚

乳等。它们遇热较稳定，在培养困难时，有时有效。

４．生长调节物质

生长调节物质包括天然植物激素和人工激素类似物。植物激素是植物新陈代谢产生的天

然化合物，能以极微小的量影响到植物的细胞分化、分裂、发育等生理生化活动。人工激素类

似物则是根据天然激素的化学结构，通过化学或生物学方法人工合成的常用的生长调节物质，

有生长素类、细胞分裂素类、赤霉素、脱落酸等。

生长素类常用的有吲哚乙酸（ＩＡＡ）、吲哚丁酸（ＩＢＡ）、萘乙酸（ＮＡＡ）、２，４Ｄ（２，４二氯苯

氧乙酸）、ＡＢＴ生根粉等。

细胞分裂素类常用的有６苄基氨基腺嘌呤（６ＢＡ）、玉米素（ＺＴ）、激动素（ＫＴ）、异戊烯基

腺嘌呤（２ｉｐ）

细胞分裂素与生长素的比例决定形态发生方向，比例高时，细胞分裂素起主要作用，诱导

芽的发生；比例低时生长素起主要作用，诱导根的形成。

常见的生长调节物质种类及特征分别为：

（１）吲哚乙酸（ＩＡＡ）３Ｉｎｄｏｌｅａｃｅｔｉｃａｃｉｄ

分子式：Ｃ１０Ｈ９ＮＯ２

分子量：１６２．０

性质：纯品无色，见光氧化成玫瑰红色，活性降低，应放在棕色瓶中储藏或在瓶外用黑纸遮

光，熔点１６６～１６８℃，微溶于水、苯和氯仿，易溶于乙醇、乙醚、丙酮和乙酸乙酯。在酸性介质

中不稳定，ｐＨ低于２．０时即使在室温下也会很快失活。吲哚乙酸在碱性溶液中比较稳定，其

钠盐和钾盐易溶于水，较稳定，吲哚乙酸水溶液若暴露在光下，将被分解破坏。

毒性：小鼠急性经皮下注射为１０００ｍｇ／ｋｇ。小鼠腹腔内注射ＬＤ５０１５０ｍｇ／ｋｇ。鲤鱼ＬＤ５０

（４８ｈ）＞４０ｐｐｍ。对蜜蜂无毒。

应用：吲哚乙酸 （ＩＡＡ）是一种吲哚类具有生长素活性的广谱性植物生长调节剂，目前主

要用于植物组织培养、诱导愈伤组织形成、促进生根。

（２）吲哚丁酸（ＩＢＡ）Ｉｎｄｏｌｅ３ｂｕｔｙｒｉｃａｃｉｄ

分子式：Ｃ１２Ｈ１３ＮＯ２

分子量：２０３．２３

性质：白色或微黄色晶粉，稍有异臭，熔点为１２３～１２５℃。不溶于水和氯仿，溶于乙醇、醚

和丙酮等有机溶剂，是一种高效的生长调节物质。

毒性：小鼠腹膜注射ＬＤ５０为１００ｍｇ／ｋｇ，对人畜低毒。

应用：主要用于促进插条生根，作用较强烈，持效期较长，诱导的不定根多而细长。

（３）萘乙酸（ＮＡＡ）１Ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅａｃｅｔｉｃａｃｉｄ

分子式：Ｃ１２Ｈ１０Ｏ２

分子量：１８６．２１

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性质：纯品为无色无味针状结晶。性质稳定，但易潮解，见光变色，应避光保存，萘乙酸分

α型和β型，α型活力比β型强，通常所说的萘乙酸即指α型。熔点为１３４．５～１３５．５℃。不溶

于水，微溶于热水，易溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯和醋酸及氯仿。萘乙酸钠盐能溶于水，在一般有

机溶剂中稳定。

毒性：对人畜无毒，大鼠口服ＬＤ５０为１０００ｍｇ／ｋｇ，小鼠为６７０ｍｇ／ｋｇ，兔急性皮下注射

ＬＤ５０为５０００ｍｇ／ｋｇ。

用途：促进植物生长、插枝生根，疏花疏果，防止落花落果，促进开花，抑制抽芽，促进早熟

和增产。

（４）２，４二氯苯氧乙酸（２，４Ｄ）２，４Ｄｉｃｈｌｏｒｏｐｈｅｎｏｘｙａｃｅｔｉｃａｃｉｄ

分子式：Ｃ８Ｈ６Ｏ３Ｃｌ

分子量：２２１．０４

性质：纯品为白色结晶，无臭无味，不吸湿，熔点１４１℃。工业产品为白色或浅棕色结晶，

稍带酚气味，熔点为１３５～１３８℃，难溶于水，能溶于乙醇、乙醚、丙酮和苯等，在常温条件下，性

质稳定。２，４Ｄ本身是一种强酸，对金属有腐蚀性作用。与各种碱类作用生成相应的盐类，成

盐后易溶于水。与醇类在硫酸催化下生成相应的酯类，不溶于水。遇紫外线灯光照射会引起

部分分解。２，４Ｄ在苯氧化物中活性最强，比吲哚丁酸大１００倍。

毒性：大白鼠口服ＬＤ５０为５００ｍｇ／ｋｇ。

用途：２，４Ｄ用途随浓度而异，效果不一。在较低浓度（０．５×１０－６～１．０×１０－６）下是植物

组织培养的的培养基成分之一，促进愈伤组织的形成；在中等浓度（１～２５×１０－６）可防止落花

落果，诱导无籽果实形成等；在高浓度（１０００×１０－６）可杀死多种阔叶杂草。

（５）赤霉素Ｇｉｂｂｅｒｅｌｌｉｃａｃｉｄ

分子式：Ｃ１９Ｈ２２Ｏ６

分子量：２４６．３９

性质：纯品为白色结晶，工业品为白色粉剂，熔点２３３～２３７℃，易溶于醇类、丙酮、醋酸乙

酯、冰醋酸等有机溶剂中，难溶于水，不溶于石油醚、苯和氯仿等。使用赤霉素原粉时，先用少

量乙醇或烧酒溶解，然后加水至需要浓度。在不同的ｐＨ溶液中，其稳定性不同：在ｐＨ３．０～

４．０条件下，其水溶液最稳定；在中性或微碱性条件下，稳定性明显下降；在碱性溶液中被中和

失效，故应用时不能与碱性农药（如石硫合剂）混合使用。赤霉素溶液超过５０℃时会逐渐失去

活性，长期放在室温或高温下，都会丧失活性。

毒性：对人畜无毒害，小白鼠口服１５００ｍｇ／ｋｇ未引起中毒。

应用：在培养基中添加的是ＧＡ３，促进茎的伸长，叶的扩展，器官和胚状体的生长；打破休

眠，促进种子、块茎、鳞茎等提前萌发，提高种子发芽率。赤霉素和生长素协同作用，对形成层

的分化有影响，当生长素／赤霉素比值高时有利于木质部分化，比值低时有利于韧皮部的分化。

（６）乙烯利Ｅｔｈｅｐｈｏｎ

分子式：Ｃ２Ｈ６ＣＬＯ３Ｐ

分子量：１４４．５

性质：纯品为长针状无色结晶，熔点７４～７５℃，易溶于水、乙醇、乙醚，微溶于苯和二氯乙

烷，不溶于石油醚。制剂为棕黄色粘稠强酸性液体，比重为１．２～１．３，ｐＨ１．０左右。在常温、

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