学位论文—膨胀石墨在植物组织培养中的.doc

膨胀石墨在植物组织培养中的应用研究摘 要摘 要：本设计是为了研究膨胀石墨在植物组织培养中的应用。以H2SO4和HNO3的混酸作为酸化剂，KMnO4做氧化剂，采用化学氧化的方法制备可膨胀石墨，在1000的温度下膨化，制得膨胀石墨。通过将不同粒度（+32目。+100目，-100+160目）和不同含硫量的膨胀石墨加入到植物组织培养的培养基中，通过对照实验和正交实验法，将不同粒度和含硫量的膨胀石墨加入到培养基中，并在不同的培养基条件（膨胀石墨粒度、含硫量、膨胀石墨用量、生长素浓度）接种相同的植物组织，根据对照实验方案，在相同的培养基和组织在不同的条件（理想条件和自然条件）下培养，在培养一个月之后的结果，来判断膨胀石墨在组织培养中的作用和效果。通过实验每毫升培养基中加入0.52.0毫克膨胀石墨效果较好。发现在苏铁组织培养中，具有很好的抑制细菌生长的作用，未加石墨的染菌几率是加入石墨的5倍。并能促进苏铁愈伤组织的形成和抑制褐化现象的发生，加入膨胀石墨的有18.5%形成愈伤组织，而未加石墨的全部染菌。在月季的组织培养中，对月季的成活率和生长有明显的促进作用，加入石墨的发芽率是未加石墨发芽率的3倍，并且加入石墨后的月季组织生长较好的占65%以上，是未加石墨的5倍。因此，由以上两种植物组织培养的实验结果证明，膨胀石墨可以应用到植物组织培养中。并且对植物组织培养是有利的，不仅具有良好的抑制细菌生长的作用和抑制褐化现象的发生，而且在一些技术比较成熟的植物组织培养中（如月季）对成活率和生长的促进作用较明显。关键词：细鳞片石墨；膨胀石墨；应用；植物组织；组织培养；细胞；苏铁；月季ABSTRACTThis design is made to research the use of expansion graphite in the culture of plant tissue.We can get expansion graphite under 1000 by using the mixture of H2SO4 of HNO3 as acide,KMnO4 as oxidizing agent and using chemical oxidization .through putting different size (+32mu,+100mu,-100+160mu)and sulphur conten expomision graphite into culture medium of plant tissue ;through contrasting experiment and perpendicular experiment, and put different size and sulphur content expansion graphite into culture medium;and under the conditions of different culture medium(the size of expansion graphite, sulphur content, the volume of expansion graphite, growth hrmone concentration)to moculate the same plant tissue.Acording to the condition natural condition,and in the process of culturing.We should observe and write down the relative tada, and we can judge the effect and point of expansion graphite used in the culture of tissue, through the result of one months of culture.Through the experiments, We find that is to sevy we should put 0.52.0mg expansion graphite into per milliliter culture medium. We found that in the cycad tissue,it can restrain the growth of germ well, and the culture without graphite is time them the culture with it. And the graphite can promote the forming of callus tissue of cycad and restrain the occuring of brown appear, and the result of 18.5% plant which can from the callus tissue with expansion graphite,but all the plants were infected with gern without expansion graphite.It promots the survival and growth of the chinese rose obliviously in the tissue culture,and the germination percentage with graphite is 3 times of that without graphite.And the Chinese rose which grow well take about 65% which is 5 time of that without graphite. Therefore, it provided that expansion graphite can used in the tissue culture of plant. And it is restrain the phenomine become worse,and with the mature technology tissue culture of plant promot the survival and growth more oblivious.Key words: small squama graphite; expansion graphite; use; plant tissue; tissue culture; cell; cycad; chinese rose目 录摘要 （1）ABSTRACT （2）1 绪论 （1） 1.1 课题背景（1） 1.2 植物组织培养的一般概念（1） 1.3 植物组织培养的发展简史（1） 1.4 植物组织培养的基本技术（2）1.4.1 基本设备（2）1.4.2 培养基（2）1.4.3 外植体（4）1.4.4 培养条件（4）1.5 植物组织培养的理论基础（4） 1.6 植物组织培养的基本方法（4） 1.7 石墨与膨胀石墨基本知识（6）1.6.1 石墨概述（6）1.6.2 膨胀石墨（6） 1.8 膨胀石墨制备方法（6）1.7.1 化学氧化法（7）1.7.2 电化学法（7）1.7.3 超声氧化法（7）1.7.4 气象扩散法（7）1.7.5 熔盐法（7） 1.9 膨胀石墨的性质（9）2 研究的目的、内容、意义及价值（10） 2.1 研究的目的 （10） 2.2 研究的主要内容 （10） 2.3 研究的意义及价值 （10） 2.4 可能的突破与创新 （12）3 国内外研究现状 （13） 3.1 膨胀石墨研究现状 （13）3.1.1 膨胀石墨的制备研究 （13）3.1.2 膨胀石墨的开发应用 （13） 3.2 植物组织培养研究现状 （14）3.2.1 植物组织培养的研究情况 （14）3.2.2 植物组织培养的应用情况 （17）4 材料与方法 （22） 4.1 实验目的 （22） 4.2 实验材料、仪器设备、试剂药品（22）4.2.1 实验材料 （22）4.2.2 仪器设备 （22）4.2.3 试剂药品 （22） 4.3 实验原理 （22） 4.4 实验内容 （23） 4.5 实验方案 （23）4.5.1 膨胀石墨制备方案 （23）4.5.2 组织培养方案 （23） 4.6 试验过程 （26）4.6.1 膨胀石墨的制备 （26）4.6.2 膨胀石墨性质的研究 （29）4.6.3 培养基的配制 （30）4.6.4 组织培养材料的采集 （32）4.6.5 组织培养步骤 （33）4.6.6 培养条件 （36） 4.7 观察、分析与测试（36）4.7.1 苏铁组织培养 （36）4.7.2 月季组织培养 （37）4.8 试验结果 （37） 4.8.1 苏铁培养结果 （37） 4.8.2 月季培养结果 （38）5 结果与讨论 （40）5.2 石墨的加入情况 （40）5.2 膨胀石墨的抑菌效果 （40） 5.3 膨胀石墨抑制褐化效果 （41） 5.4 膨胀石墨促进生长效果作用 （41） 5.5 膨胀石墨对形成愈伤组织的作用 （41）6 结果与评价 （42） 6.1 结果评价方法 （42） 6.2 结果评价标准 （42）7 结论与展望 （43） 7.1 结论 （43） 7.2 展望 （44） 参考文献（45）致谢 （49）1 绪论1.1 课题背景 本课题是在我校细鳞片石墨研究较深入，以及攀枝花市细鳞片石墨深加工实验室建立，进一步开发利用攀枝花细鳞片石墨资源，结合当前植物组织培养的一些实际情况，将无机非金属材料与生物科学结合的一个交叉研究课题，目的在于：第一、通过实验证明和找出膨胀石墨在植物组织培养中的应用情况；第二、通过加入膨胀石墨是否可以解决目前一些较难培养的植物（如，苏铁、其它珍稀的药用植物等）。第三、拓宽膨胀石墨的应用领域。1.2 植物组织培养的一般概念植物组织培养又叫植物细胞培养。植物组织培养按其原始意义，就是指愈伤组织培养。但发展至今其范围日益扩大，已包括植物和它的离体器官、组织、细胞和原生质体的离体无菌培养。因此，拥有几种不同水平的培养技术，即整体的、器官的、组织的、细胞的和原生质体的培养技术。它们的涵义是1：（1）、植株培养：指以具备完整植株形态的材料(如幼苗和较大的植株)为外植体的无菌培养。（2）、胚胎培养：指以从胚珠中分离出来的成熟或未成熟胚为外植体的离体无菌培养。（3）、器官培养：指以植物的根、茎、叶、花、果等器官为外植体的离体无菌培养，如根的根尖和切段，茎的茎尖、茎节和切段，叶的叶原基、叶片、叶柄、叶鞘和子叶，花器的花瓣、雄蕊(花药、花丝)、胚珠、子房、果实等的离体无菌培养。（4）、组织培养：指以分离出植物各部位的组织(如分生组织、形成层、木质部、韧皮部、表皮、皮层、胚乳组织、薄壁组织、髓部等)，或已诱导的愈伤组织为外植体的离体无菌培养。这是狭义的组织培养。（5）、细胞培养：指以单个的游离细胞(如用果酸酶从组织中分离的体细胞，或花粉细胞、卵细胞)为接种体的离体无菌培养。（6）、原生质体培养：指以除去细胞壁的原生质体为外植体的离体无菌培养。1.3 植物组织培养的发展简史植物组织培养从提出设想到实践成功,经历了漫长的历程。德国的植物学家和植物胚胎学家哈伯兰特和汉宁(Hanning) 等人,用植物的叶、茎、根、花的小块组织或细胞,进行过离体组织或细胞的无菌培养试验。虽然他们取得的进展很小,然而这些探索性的试验,为后人提供了许多值得借鉴的经验4。1937 年,美国科学家怀特(White) 配制出了植物组织培养用的培养基,并且认识到维生素和植物激素在植物组织培养中的重要作用。他和当时的一些科学家,用烟草的茎段形成层细胞和胡萝卜根的小块组织,在人工培养条件下,成功地诱导出了愈伤组织。但是他们未能从愈伤组织中诱导出芽和根4。1948 年,我国植物生理学家崔徵和美国科学家合作,用不同种类和比例的植物激素处理离体培养的烟草茎段和髓,发现腺嘌呤和生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件之一。植物组织培养取得突破性进展是在1958 年,美国植物学家斯图尔德(F1C1Steward) 等人,培养胡萝卜韧皮部的细胞,得到了完整植株,并且这一植株能够开花结实4。20 世纪60 年代以后,植物组织培养技术开始在生产上应用,并且逐渐朝着产业化方向发展。随着科学技术的发展,植物组织培养技术将日益完善和普及,成为现代农业及多种行业重要的技术手段4。1.4 植物组织培养的基本技术 植物组织培养是一相技术性较强的工作，为了确保组织培养工作的顺利进行，必须具备最基本的实验条件，并要熟练掌握培养的基本技术，包括培养基的配制、无菌技术、环境条件控制等6。1.4.1 基本设备 植物组织培养同微生物培养相比，培养时间长，短则一两个月，长则可达几年，因此在操作过程和培养过程中，最重要的是防止细菌等微生物的感染，无菌设备非常重要。包括无菌室、超净工作台、其它培养过程中所用到的玻璃器皿和用具（包括：培养基配制用具、培养用具、接种用具、灭菌用具等）、培养过程中检测等仪器（包括：天平、酸度计、搅拌器、冰箱、培养箱、显微镜等），以及培养室。1.4.2 培养基培养基是植物组织培养中最主要的部分，除了陪阿姨能够材料本身因素外，培养基的种类和成分等直接影响培养材料的生长发育，应根据培养材料的种类和培养部位选取适宜的培养基。植物组织培养常用的培养基有MS培养基、B5培养基、White培养基、N6培养基、KM-8P培养基等。其中MS培养基广泛用于多种植物的各类组织培养。无论是那类培养基，起组成都包含以下几部分：水、无机物、有机物、植物激素、培养材料的支持物、抗生素物质、抗氧物质、其它物质。（1）MS培养基的特点 MS培养基是1962年由Murashige和Skoog为培养烟草细胞而设计出来的，无机盐和离子浓度较高，为较稳定的离子平衡溶液。其养分的数量和比例比较合适，可满足植物细胞的营养和生理需要。它的硝酸盐(钾、铵)的含景较其他培养基为高，广泛地用于植物的器官、花药、细胞和原生质体培养，效果良好。LS和RM培养基是由它演变而来6。（2）MS培养基的成分 植物组织培养过程中，外植休生长所必需的营养和生长因子，主要是由培养基供应的。因此培养基中应包括植物生长必需的16种营养元素和某些生理活性物质。所有这些物质，可概括为5大类： 无机营养物 有十三种是植物必需的元素：氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、硼(B)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(zn)、钼(Mo)、氯(C1)。前六种属大量元素，后7种属微量元素。培养基的各种盐类中均含有上述这些元素。碘虽不是植物生长的必要元素，但几乎所有组织培养基中都含有碘元素，有些培养基还加入钻(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、铍（Be)，甚至铝(Al)等元素。 无机氮可以两种形式供应，即硝酸态氮和铵态氮。有些培养基以硝态氮为主，另一些以铵态氮为主，多数二者兼而有之。 铁往往以无机铁供应，如FeSO4。为了防止沉淀，致使利用率下降，故目前皆用螯合铁，即硫酸亚铁加乙二胺四乙酸钠(Na2-EDTA)配成。 有机物质 主要有两类：一类是作为有机营养物质，为植物细胞提供碳(C)、氢(H)、氧(O)和氮(N)等必要元素，如糖类(蔗糖、葡萄糖和果搪)、氨基酸及其酰胺类(如甘氨酸、天门冬酰胺、谷氨酰胺)；另一类是些生理活性物质，在植物代谢中起一定作用，如硫胺素(B1)、吡哆醇(B6)、烟酸、生物素、肌醇、单核苷酸及其碱基(如腺嘌呤等)。 植物生长刺激物质 主要加入植物天然的五类激索物质及其人工合成的类似生长激素物质，如生长素中常用的有吲哚乙酸(IAA)、萘乙酸(NAA)、2，4二氯苯氧乙酸(2,4D)、吲哚丁酸(IBA)；细胞分裂素中常用的有激动素(6吠喃氨基膘吟、KT、KN、KIN)，6苄基氨基嘌呤(BA、BAP)，玉米素(ZT、ZN、ZEN)；赤霉素类(GA)中常用的有赤霉酸(CA3)；脱落素类中常用的有脱落酸(ABA)；乙烯类中常用的有乙烯和乙烯利。 其他附加物 这些物质不是植物细胞生长所必需的，但对细胞生长有益。如琼脂是固体培养基的必要成分，活性炭可以降低组织培养物的有害代谢物浓度，对细胞生长有利。液体培养适中加入Ficoll和Agarose，可改善培养细胞的供氧状况。 其他对生长有益的未知复合成分 常用的为植物的天然汁液，如椰乳、酵母抽提物、荸荠汁、西瓜水、苹果汁、生梨汁等等。它们的作用是供给一些必要的微量营养成分、生理活性物质和生长激素物质等。1.4.3 外植体 植物组织培养的成败与培养基的组分有关，另一个重要因素就是外植体本身，即有活体植物上切取下来，用以进行离体培养的那部分组织或器官。为了使外植体适于在离体培养条件下生长，使组织培养工作顺利进行，有必要对外植体进行选择与处理。外植体的选择应根据培养的目的和要求进行选取。外植体选取后必须对外植体进行消毒处理后方可进行培养。1.4.4培养条件 外植体接种后，必须置于适宜的条件下进行培养，一般包括温度、光照、通气和湿度等。培养时应根据所培养植株的生理生化特性选择适宜的培养条件。1.5 植物组织培养的理论基础 组织培养是指植物的任何器官、组织或细胞，在人工预知的控制条件下，于含有营养物质和植物生长调节物质等组成的培养基中，使其生长、分化形成完整植株的过程。组织培养的理论依据是植物细胞具有全能性。即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，在离体培养情况下，这些信息可以表达，产生出完整植株。一是由分生组织直接分生芽而达到快速繁殖的目的；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1。1.6 植物组织培养的基本方法植物组织培养的方法多种多样，按照培养基的不同可以分为固体培养和液体培养。其中液体培养又可以按照培养方式的不同分为液体薄层静止培养和液体悬浮培养3。固体培养是指细胞在含有琼脂的固体培养基上生长繁殖的培养过程。植物细胞培养所使用的固体培养基除了含有植物细胞生长繁殖所需的各种组分以外，还含有0.7%0.8%的琼脂，培养基呈半固体状态。固体培养在愈伤组织的诱导和继代培养，细胞和小细胞团的筛选、诱变，单细胞培养和原生质体培养等方面广泛使用。液体薄层静止培养是将接种有单细胞的少量液体培养基置于培养皿中，形成一薄层，在静止条件下进行培养，使细胞生长繁殖的培养过程。在单细胞培养中使用。液体悬浮培养是指细胞悬浮在液体培养基中进行培养的过程。植物细胞生产次级代谢物的过程，以及通过植物细胞进行生物转化将外源底物转化为所需产物的过程，通常是在生物反应器中采用液体悬浮培养技术进行5。按照培养对象的不同，植物细胞培养可以分为愈伤组织培养、单细胞培养、单倍体细胞培养、原生质体培养、固定化细胞培养、小细胞团培养等，如表1.1所示6。本次研究中我们采用固体培养基进行培养。培养方法培养基培养对象用 途愈伤组织培养固体培养基愈伤组织获得大量、优良的愈伤组织和小细胞团。用于种植保存和植物细胞的液体悬浮培养等。单细胞培养固体培养基条件培养基液体培养基植物单细胞使单细胞分裂、生长、繁殖、获得由单细胞形成的细胞团和细胞系，研究蛋细胞的分裂、生长、繁殖、分化、发育的过程。单倍体细胞培养液体培养基固体培养基花药细胞使单倍体细胞，主要是植物雄性生殖细胞（花药）发育成胚状体，分裂、生长为单倍体植株或纯合二倍体植株，在植物的育种中广泛使用。原生质体培养固体培养基植物原生质体由原生质体形成细胞系；进行原生质体融合或基团转移，获得具有优良遗传特性的新细胞；固定化原生质体生产胞内产物；分化成完整的植株。固定化细胞培养液体培养基固定化细胞植物细胞外次级代谢产物的生产；进行生物转化，将外源底物转化为所需的产物；人工种子的制造等。小细胞团培养液体培养基固体培养基小细胞团在生物反应器进行大规模培养，以获得所需的各种次级代谢物，进行生物转化；在固体培养基上培养，用以种植保存，分化成为完整的植株。表1.1， 植物细胞培养的各种方法1.7 石墨与膨胀石墨基本知识1.7.1 石墨概述石墨是一种天然矿物质，在1565年被人们发现，1789年被定名为石墨。石墨是碳元素结晶的一种矿物，属六方晶系，常呈鳞片状，多为铁黑、银灰、钢灰色，质软，有滑腻感，薄片具挠性，层状构造，比重0.091.23，熔点3850±50，沸点4250。天然鳞片石墨含有一定的杂质，包括SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3等。见图1.122图1.1， 天然鳞片状石墨1.7.2 膨胀石墨1841年由德国Shafaufl在将鳞片石墨浸入浓硫酸和浓硝酸中时首次发现了膨胀石墨。膨胀石墨是由天然鳞片石墨经插层处理、水洗、干燥、高温膨化制得的一种疏松多孔的蠕虫状物质，也叫蠕虫石墨，见图1.2。目前，世界各国所研究制备的膨胀石墨的原料多为鳞片石墨22。图1.2， 蠕虫状的膨胀石墨1.8 膨胀石墨制备方法膨胀石墨的制备方法主要有化学法、电化学法、超声氧化法、气相扩散法及熔盐法等22。分述如下：1.8.1 化学法天然鳞片石墨用硫酸、硝酸配制的酸化液与强氧化剂先作浸泡处理，然后经过脱酸、水洗、干燥,成为可膨胀石墨，在950左右的高温下膨胀，获得松装密度为0.0040.015/的膨胀石墨。由于化学法工艺中插层剂一般为浓硫酸、氧化剂一般为浓硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾、高氯酸、三氯醋酸、乙酸甘、双氧水及其它化合物，化学法制得的膨胀石墨含硫量高，对环境有污染，而且在制备过程中要产生SOX、NOX气体，对人体危害较大，且产品中有硫残留,在应用中对设备有腐蚀。同时产品的高温抗氧化性及强度也不高,限制了其进一步发展。这种方法成本较低，适用于大规模生产。1.8.2 电化学法电化学法是基于可膨胀石墨在制备过程中存在电子授受的机理，与化学法相比用电化学法制造可膨胀石墨，氧化剂用量大为减少，且化学反应插入物在层间分布均匀，产品的可膨胀性能稳定且含硫量较低，已成为新工艺探索的主要目标。1.8.3 超声氧化法在制备可膨胀石墨的过程中，对阳极的电解液进行超声波振动，振动时间与阳极氧化时间相同，其中超声波电流小于500mA。由于超声波对电解液的振动有利于阴、阳极的极化作用，使阳极氧化的速度加快，缩短了氧化时间，提高了生产效率，并节约了能源。1.8.4 气相扩散法将石墨和插层化合物分别置于一个真空密封管的两端，在插层物两端加热，利用两端的温差形成必要的反应压差，使插层物以小分子的状态进入鳞片石墨层间，从而制得膨胀石墨。此法生产的膨胀石墨的阶层数可控制，但生产成本较高，受到一定的限制。1.8.5 熔盐法将几种插入物与石墨混合加热混合，形成石墨插层，进而制得膨胀石墨。对于熔盐法，目前研究还很少。依据化学法制备膨胀石墨的基本原理，膨胀石墨的制备流程如图1.3所示22：氧化后处理膨胀膨胀脱水烘干水洗 氧化处理预处理石墨原料图1.3， 膨胀石墨的工艺流程图1.9 膨胀石墨的性质58.耐高温：在非氧化介质或惰性气体中，在-2002500范围内使用时，高温不软化，低温不变脆，尤其不因力和温度交变或受震动，而出现密封失效。.耐腐蚀性：除极少数强氧化剂特定浓度介质外，实验证明，在很宽的使用温度、压力和时间范围内。与介质不发生化学反应，对大多数无机酸，碱类都适用。.不渗透性：对气体和液体介质均有优良的不透性。.自润性：在外力的作用下，容易沿平面层的方向产生相对滑移，形成自润滑性并有低的摩擦系数。.耐辐射性：对-和中子射线的长期辐照不发生老化。.各向异性：在传热和导电方面有优异的各向异性、平面层方向的传热导电率比厚度方向大28倍，导电率大500倍。.柔软性：由于本身存在有许多特殊的单元结构，只要用较小的紧固压力，就可以达到良好的自粘性，形成有效的密封。.回弹性：直接加压制成的各种不同形状的制品，在厚度方向有10-70%的回弹性。.低密度：体积密度由0.002-0.005克/厘米3，而制成密度为1.0-1.6克/厘米3。.氧化性小：与其他传统材料比较，膨胀石墨的氧化温度很高，制品的氧化速度也更小，在500空气中制品的失重速度为0.052克/小时. 厘米2。.表面活性：由于表面自由能迅速增加，表面活性增强，有强的吸附性，即在不加任何黏合剂就可直接压制成板材。.压缩性：经压延能制成板材、经模压、滚压等机械加工，可生产各种密封制品，显示了良好的可加工性。.压缩强度：实验证明，强度的极限值随制品厚度的增加而下降，即薄的制品强度高，厚的强度低。此外，压缩强度与压制工艺有关，用膨胀石墨压制制品的强度极限值比用其制成板材缠绕压制制品的强度极限值要大6-9倍。.抗拉强度、拉伸弹性摸量和延伸率：用膨胀石墨加工成一定直径和长度的石墨试件，其抗拉强度统计的试验极限值为70-110公斤/厘米2，其拉伸弹性摸量与其弹性摸量值近似为2.1×103-6.8×103公斤/厘米2，而延伸率的统计值为1.25%。.压缩率和回弹性：制品厚度增加，压缩率降低，增加压缩量会降低回弹率比值。2 研究目的、内容、意义及价值2.1 研究目的（1）研究膨胀石墨如何应用到植物组织培养中；（2）研究不同含硫量的膨胀石墨在植物组织培养过程中的杀菌作用；（3）研究膨胀石墨多孔吸附性在植物组织培养过程中对植物组织生长的影响；（4）研究利用膨胀石墨的特性开发新一带植物组织培养技术。2.2 研究的主要内容（1）研究不同粒度的膨胀石墨在植物组织培养对植物组织生长状况以及生理生化性质的影响；（2）研究不同含硫量的膨胀石墨在植物培养基以及培养过程中对杀菌方面的作用；（3）研究膨胀石墨在植物组织培养中对根的固定作用（载体）；（4）研究膨胀石墨在植物组织培养过程中的多孔吸附性和通气过滤作用。2.3 研究的意义、价值作为一项实验术，植物组织培养有着十分广阔美好的应用前景，除了过去大家所知道的一些以外，还可以从以下几个方面加以应用611。（1）挽救濒于灭绝的植物 环境的不断变化使许多种类的植物面临着灭绝的危险，而且许多种植物已经灭绝，留给人类的只是一种遗憾。如何挽救这些植物，还有许许多多的动物，已成为世人关注的问题。实践证明，通过组织培养的方法可以使一部分濒危的植物种类得到延续和保存；如果再结合超低温保存技术，就可以使这些植物得到较为永久性的保存。其实，对大多数普通植物来说，用组织培养的方法保存其种质材料，也具有十分重要的意义（2）快速繁殖某些稀有植物、珍贵种质资源或有较大经济价值的植物 依靠自然条件在较短时间内繁殖稀有植物和经济价值较高的植物，受到地理环境和季节的限制，很难达到快速、高效的目的；特别对于在短期内需要达到一定数量，才能创造应有价值的植物，时间就是效益，只有通过组织培养的方法才能满足这一要求。（3）利用组织培养的材料作为植物生物反应器 中国的中草药是一份人类宝贵的财富，但很多种中草药资源匮乏，产量不足，甚至濒于灭绝。如果能利用组织和细胞培养的方法在实验室内生产，不再依附于自然环境，不仅可以解决现有因难，而且可以通过筛选高产有效成分的细胞系，来提高其药用价值。比如用培养的人参悬浮细胞来生产人参皂昔，已在日本等国家形成规模。（4）组织培养结合超低温保存技术有效地保存植物种质资源长期以来人们想了很多方法来保存植物，如储存果实，储存种子，储存块根、块茎、种球、鳞茎；用常温、低温、变温、低氧、无惰性气体等，这些方法在一定程度上收到了好的或比较好的效果，但仍存在许多问题。主要问题是付出的代价高，占的空间大，保存时间短，而且易受环境条件的限制。植物组织培养结合超低温保存技术，可以给植物种质保存带来一次大的飞跃。（5）用于遗传学、分子生物学、细胞生物学、组织学、胚胎学、基因工程、生物工程等的研究如基因工程主要研究DNA的转导，而基因转导后必须通过组织培养途径才能实现植株再生。要揭开生命活动的秘密，需要多学科、多技术的相互配合，其中植物组织培养技术是不可缺少的，它为遗传学、分子生物学、细胞生物学、生物工程等提供了一种有效、快速的方法。因为要揭示生命的奥秘，首先要研究单个基因的作用，研究它在细胞内是如何组装的，如何与其他基因发生联系，如何表达和调控等。（6）脱除各类病毒，幼化复壮植物（7）有效的培养新品种，创造新型植物种类。采用组织培养可以直接诱变和筛选出具抗病、抗盐、高赖氨酸、高蛋白等优良性状的品种。（8）在植物脱毒和离体快繁上的应用 目前离体繁殖的突出优点就是快速，而且材料来源单一，遗传背景均一，不受季节和地区等的限制，重复性好。利用这种方法生产脱毒种苗，已在马铃薯、苹果、草莓等多种植物大规模工业应用；离体快繁已在观赏植物、园艺植物、经济林木、无性繁殖等上广泛应用。（9）用于其他未知科学的研究现代科学发展非常迅速，很多现在预想不到的事情都有可能发生，新发明、新发现、新创造层出不穷，今天认为不可能的东西明天就可能变为现实。植物组织培养也同样具有许多尚未发掘出的潜力，说不定有一天人们会在三角瓶内种出大南瓜。总之，现在的植物组织培养仍然处于发展阶段，远没有达到它的高峰期，很多机理人们还没有搞清楚，它的潜力还远远没有发挥出来。相信在今后的几十年内。组织培养在我国将会有更大的发展，在农业、制药业、加工业等方面将会发挥更大的作用，创造出更大的经济效益。2.4 可能突破的问题和创新（1）打破传统的培养方法，通过加入膨胀石墨的培养基，无须在实验室条件下培养，可以在开放的自然条件下培养，以降低培养成本；（2）打破传统的灭菌形式和方法，可以利用膨胀石墨中不同的硫含量连续有效的杀灭细菌。（3）打破传统的通风方式，在培养过程中无须使用经过净化处理的空气，可以利用自然状态的空气，利用膨胀石墨的多孔吸附性吸附空气中的灰尘和细菌等有害物质，同时膨胀石墨中的硫还可以杀灭有害的细菌等物质。（4）膨胀石