5月31日，山東農(nóng)業(yè)大學作物生物學國家重點實驗室與來自4個省的12家苗木企業(yè)、科研單位聯(lián)合成立植物干細胞與生物技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，通過此舉加強產(chǎn)學研合作，用最新的科研成果推動植物組織培養(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

    組織培養(yǎng)是通過將植物活的離體器官、組織或細胞置于培養(yǎng)基內，并放在適宜的環(huán)境中進行連續(xù)培養(yǎng)以獲得細胞、組織或個體的技術。植物的繁殖包括有性生殖和營養(yǎng)繁殖兩種方式。有性生殖后代遺傳物質來自于父母雙方，由于遺傳物質的重組、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。而營養(yǎng)繁殖是對親本的“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勢整齊；與扦插、壓條等其他營養(yǎng)繁殖方式相比，組培苗有生長勢更好、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。組培還是植物基因工程操作和分子設計育種的必要步驟，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)來進行工廠化生產(chǎn)，實現(xiàn)快速繁殖。但是由于對組織培養(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物種的少數(shù)品種能建立組培再生體系，還有許多經(jīng)濟價值高的物種或性狀更優(yōu)異的品種無法實現(xiàn)組織培養(yǎng)。

　　由于組織培養(yǎng)技術對提高農(nóng)業(yè)科研和生產(chǎn)水平有重要意義，國內外相關學者對這方面研究高度重視。作物生物學國家重點實驗室主任、山東農(nóng)業(yè)大學張憲省教授率領的研究團隊從上世紀九十年代開始就從事植物組織培養(yǎng)研究，取得多項重要研究成果。該團隊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)基上單獨長出一朵花；也能夠單獨培養(yǎng)出一個植物的花藥，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)材料上面直接誘導產(chǎn)生胚珠，胚珠授粉后就能長出種子；也能夠單獨誘導出植物子房，這對有性生殖研究非常重要。

　　科研人員介紹說，隨著研究的進一步深入、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，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)基上結出大米；生產(chǎn)果實，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。

　　揭示激素調控植物干細胞的分子機理

    1957年，德國科學家Skoog和Miller發(fā)現(xiàn)，外源施加細胞分裂素和生長素能夠在體外培養(yǎng)條件下誘導莖端干細胞重新形成，進而再生出完整植株。這一發(fā)現(xiàn)是植物組織培養(yǎng)技術的源頭，基于這一發(fā)現(xiàn)而建立的植物組織培養(yǎng)技術成為上世紀末、本世紀初國際植物生物技術的“主角”，為植物離體快繁和基因工程的出現(xiàn)奠定了基礎。然而為什么外源細胞分裂素和生長素能夠誘導莖端干細胞再生？這兩種植物激素作用的機制是什么？這些問題始終沒有得到細致完備的回答，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，人們又對此束手無策的原因。

　　植物生長和組織培養(yǎng)都離不開干細胞。干細胞是一類具有自我更新能力和多項分化潛能的細胞，干細胞是生物體所有細胞的來源。植物的根、莖、葉、花、果、種都是由干細胞產(chǎn)生的。相對于動物干細胞研究，植物干細胞研究起步較晚，難度也較大。近十幾年來，張憲省團隊圍繞激素對植物干細胞的調控機理開展了深入研究，發(fā)現(xiàn)了生長素和細胞分裂素調控干細胞的機理。根據(jù)他們的研究結果，生長素和細胞分裂素的響應信號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，最終細胞分裂素分布在原分生組織的中心，生長素在細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干細胞產(chǎn)生的必要條件。他們經(jīng)過進一步的分析發(fā)現(xiàn)，這一特定模式是生長素和細胞分裂素信號轉導和合成途徑中的基因相互抑制造成的，而其中細胞分裂素信號轉導通路中的B類響應因子直接啟動干細胞調控基因的轉錄。這些結果為我們進一步提高難再生物種和品種的再生能力，進而建立組培體系奠定了基礎。

　　張憲省介紹說，從理論上講，植物的所有器官都可以誘導產(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系。過去利用莖、葉來進行組織培養(yǎng)，而該團隊最近的研究還發(fā)現(xiàn)，用根培養(yǎng)產(chǎn)生的芽不僅數(shù)量多、而且時間短，他們正準備將這個新發(fā)現(xiàn)申報專利。

　　產(chǎn)學研合作提高創(chuàng)新水平

　　據(jù)了解，該團隊與中科院遺傳所、中科院植物所、中科院上海生科院、中國科技大學、山東大學等國內科研單位和高校，以及美國加州理工學院、德國弗萊堡大學、芬蘭赫爾辛基大學等國外知名高校開展了密切的合作，并且組織召開了首屆國際植物分生組織研討會。張憲省對記者說：“基礎研究要為技術創(chuàng)新提供指導。我們剛申報了山東省植物干細胞與生物技術創(chuàng)新研究中心，目的是讓這些最新研究成果在推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮作用。我們不僅希望通過與國內外頂尖科研單位加強合作、取得一流研究成果，而且希望與企業(yè)加強合作，讓這些研究成果接地氣、指導生產(chǎn)實踐，用科技提高我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水平?！?br /> 　　記者注意到，植物干細胞與生物技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟中既有山東豐沃集團、山東聊城綠澤科技園林有限公司等國內苗木行業(yè)的知名企業(yè)，也有地方科研和推廣單位。山東聊城綠澤園林科技有限公司是一家以繁育和種植園林綠化植物為主的企業(yè)，也是國內最大的海棠種植繁育基地，目前這里以海棠為主的觀賞果樹繁育基地的面積達到5000多畝，已經(jīng)收集到200多個海棠品種，并被國際海棠協(xié)會確定為中國海棠品種資源圃?？偨?jīng)理李群述說：“盡管這些年來我們的企業(yè)規(guī)模和影響不斷擴大，但海棠苗木繁育仍采用扦插、嫁接等老辦法，樹苗的脫毒，品質控制等方面還存在一些問題和困難。聯(lián)盟成立后，我們將建立山東農(nóng)業(yè)大學組培實驗室，依靠科學技術、依靠專家來提高海棠組培苗木品質和生產(chǎn)的水平?！?br /> 　　甘肅靜寧縣果樹果品研究所所長李建明告訴記者：“靜寧是從上世紀八十年代開始發(fā)展蘋果的，蘋果面積已經(jīng)達到100萬畝以上，是全國蘋果面積最大的縣、蘋果品質最好的縣?，F(xiàn)在老果園面積已經(jīng)達到30多萬畝，每年有兩三萬畝果園需要更新，苗木的需求量在200萬株以上。但現(xiàn)在外調的苗木都是速生苗，苗木質量得不到保證，病蟲害也比較多，育苗現(xiàn)在成了制約蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板。我們希望參加這個聯(lián)盟后，利用最先進的組培等技術提高苗木繁育和生產(chǎn)水平，促進蘋果產(chǎn)業(yè)的轉型升級?！?br /> 　　著名果樹專家、中國工程院束懷瑞院士說：“干細胞和組織培養(yǎng)研究是作物生物學國家重點實驗室的特色優(yōu)勢方向，這個研究團隊與國內外相關方面的頂尖團隊進行合作，在植物干細胞等領域研究取得多項重要成果。要把這些研究成果應用于生產(chǎn)，必須與企業(yè)結合。通過建立植物干細胞與生物技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，把這方面創(chuàng)新能力強的單位聯(lián)合起來做到強強聯(lián)合形成合力，這樣才能保證我們研究的成果、生產(chǎn)的產(chǎn)品是高水平、高效益的。希望這個聯(lián)盟要瞄準生產(chǎn)需要研究問題，爭取大項目、出大成果，推動產(chǎn)業(yè)做大做強，這樣我們的產(chǎn)學研結合才有力量?！?/div>