[摘要]植物细胞主要由细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核组成。原生质体由于去掉了细胞壁,细胞膜成为细胞活物质与外界环境的唯一屏障。原生质体可以用来观察各种细胞过程和活动,在不同种类植物中响应光、胁迫、激素等因素的离子通道的调控等研究领域有着重要的应用。酶解液中的离析酶和纤维素酶的浓度是影响原生质体分离的最重要因素之一,不同浓度的酶液组合对原生质体产量和质量的影响有显著差异。
1. 前言
原生质体可以用来观察各种细胞过程和活动,如在细胞壁的合成,细胞分裂,再生组织的分化,Ca2+ 信号转导和调控,在不同种类植物中响应光、胁迫、激素等因素的离子通道的调控等研究领域有着重要的应用。Cocking自1960年首次用酶法制备番茄根原生质体获得成功之后,植物原生质体的研究才逐渐变得活跃起来。虽然当时还没有有效的DNA导入方法,但原生质体已经成为细胞壁再生、细胞分裂、胚的生成、分化及植物病毒研究的有效工具,经过许多研究者的不断努力,已建立起了酶解分离出原生质体的基本程序。但几乎所有的研究都表明,由于植物本身存在差异性,不同的种类,甚至同种植物不同的供试组织,其原生质体分离所需的条件都存在着很大差异。
原生质体是植物遗传改良的重要实验体系之一,并且为定量研究植物细胞的许多生理和生化过程提供了适宜的实验体系,尤其是与光/叶绿体相关的过程。例如,烟草中光诱导的叶绿体运动;玉米中光诱导的基因表达等。通过原生质体融合可以克服远缘杂交难以克服的障碍等。在小麦离体培养中,可以通过根、茎、叶、花药、胚、穗等各种外植体均可实现植株再生。
2. 离体的原生质体的特点
离体的原生质体具有以下特点:(1) 在悬浮液中彼此完全分离,每个原生质体可看作一个纯粹单细胞,易于定量操作和控制;(2) 在保持培养基中,原生质体内RNA和蛋自质合成能力及光合活性与原组织中的细胞水平接近;(3) 在增殖培养基中,原生质体能以高频率再生胞壁和细胞分裂进而增殖成愈伤组织,在分化培养皿上能再生完整植株;(4) 在诱导条件下,原生质体能发生同源或异源融合,形成聚核体或杂核体,因此是体细胞杂交的理想材料;(5) 原生质体不仅能摄取核酸、蛋白质等高分子物质而且还能摄取病毒、叶绿体、细胞核和细菌等,是进行遗传转化研究的理想工具;(6) 培养中的原生质体会发生变异,若原生质体是纯粹单细胞,则变异原生质体再生植株的变异性状更纯;(7) 原生质体极易被破坏,便于核酸、蛋白质(含酶)等高分子物质及胞核、叶绿体、线粒体、液泡和膜等的分离。
3. 原生质体的研究进展