概 述
知识目标：掌握植物组织培养的基本概念、理论基础、途径和类型、植物组织培养的意义以及植物组织培养实验室的管理任务。
重点难点：植物组织培养的类型和途径。
植物组织培养是现代生物技术的基础和重要组成部分，也是植物生物技术中应用最广泛的技术，并且逐渐形成产业化，为种苗快速繁殖（简称“快繁”）、脱毒苗培育、突变筛选培育、植物工厂化生产、种质保存和植物基因库建立等方面开辟了新途径，并广泛应用于工、农、林、医等领域，取得了显著的成效。
一、植物组织培养的基本概念
1．植物组织培养
广义的植物组织培养就是指在无菌条件下，将离体的植物器官（如根、茎、叶、茎尖、花、果等）、组织（如形成层、表皮、皮层、髓部细胞、胚乳等）、细胞（如大孢子、小孢子及体细胞）、愈伤组织及原生质体，在人工控制的环境里培养，使其再生形成完整的植株。狭义的植物组织培养是指在无菌条件下利用人工培养基对植物组织或器官进行培养，使其再生为完整植株。组织培养也称离体培养。
2．外植体
从植物体上切取分离下来进行无菌培养的部分称外植体。
3．接种
在无菌条件下将外植体插到培养基上的过程称为接种。
4．继代培养
植物的组织、器官或细胞在培养基（或培养液）上生长一段时间后转移到新的培养基上继续培养的过程称为继代培养。
5．植物细胞的分化
所谓细胞分化，就是由于细胞的分工而导致的细胞结构和功能的改变，或发育方式改变的过程。
6．植物细胞的脱分化
细胞分化使植物细胞成为结构和功能特征特异的成熟细胞，这些成熟细胞即使已经高度成熟和分化，也还有恢复到分生状态的能力。一个成熟细胞转变为分生组织状态或胚性细胞状态的过程就是细胞脱分化。
7．愈伤组织
在人工培养基上，由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞是脱分化后的细胞，经过细胞分裂产生的无组织结构、无明显极性、松散的细胞团称为愈伤组织。愈伤组织细胞大而不规则，高度液泡化，没有次生细胞壁和胞间连丝。
8．植物细胞的再分化
细胞再分化是指脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在特定的条件（离体培养）下，重新恢复细胞分化能力，并经历器官发生形成单极性的芽或根，或经历胚胎发生形成双极性的胚状体，进一步发育成完整植物体，这一过程称为细胞再分化。
9．植物细胞的全能性
植物细胞的全能性是指植物体内任何具有完整细胞核的细胞都包含着该物种的全部遗传信息（即一套完整的基因组），并具有发育成完整植株的能力。
10．脱毒
脱毒指去除植物体内病毒，获得无病毒植株。茎尖脱毒法，是利用病毒在植株体内分布不平衡的特点，在茎尖生长点处切取0.1～0.2mm，经组织培养、病毒鉴定，生产脱病毒植株的方法。
二、植物组织培养的发展简史与研究动态
（一）植物组织培养的发展简史
植物组织培养的研究可以追溯到20世纪初期，根据其发展情况，大体可分为以下三个阶段。
1．萌芽阶段（从20世纪初至30年代中）
根据Schleiden和Schwann的细胞学说，1902年德国植物生理学家Haberlandt提出了细胞全能性理论，认为在适当的条件下，离体的植物细胞具有不断分裂和繁殖并发育成完整植株的潜在能力。为了证实这一观点，他在Knop培养液中离体培养野芝麻、凤眼兰的栅栏组织和虎眼万年青属植物的表皮细胞。由于选择的实验材料高度分化和培养基过于简单，他只观察到细胞的增长，并没有观察到细胞分裂。但这一理论对植物组织培养的发展起了先导作用，激励后人继续探索和追求。1904年Hanning在无机盐和蔗糖溶液中对萝卜和辣根菜的胚进行培养，结果发现离体胚可以充分发育成熟，并提前萌发形成小苗。1922年，Haberlandt的学生Kotte和美国的Robins在含有无机盐、葡萄糖、多种氨基酸和琼脂的培养基上培养豌豆、玉米和棉花的茎尖与根尖，发现离体培养的组织可进行有限的生长，形成缺绿的叶和根。1925年Laibach将亚麻种间杂交不能成活的胚取出来培养，使杂种胚成熟，继而萌发成苗。
2．奠基阶段（从20世纪30年代末至50年代中）
在萌芽阶段的基础上，人们将植物组织培养的各个方面进行了大量研究，从而为植物组织培养的快速发展和应用奠定了基础。1934年，美国植物生理学家White在由无机盐、蔗糖和酵母提取液组成的培养基上进行番茄根离体培养，建立了第一个活跃生长的无性繁殖系，使根的离体培养实验获得了真正的成功，并在以后的28年间反复转移到新鲜培养基中继代培养了1600代。1937年White又以小麦根尖为材料，研究了光照、温度、培养基组成等各种培养条件对生长的影响，发现了B族维生素对离体根生长的作用，并用吡哆醇、硫胺素、烟酸3种B族维生素取代酵母提取液，建立了第一个由已知化合物组成的综合培养基，该培养基后来被定名为White培养基。与此同时，法国的Gautherer在研究山毛柳和黑杨等形成层的组织培养实验中，提出了B族维生素和生长素对组织培养的重要意义，并于1939年连续培养胡萝卜根形成层获得首次成功，Nobecourt也由胡萝卜建立了与上述类似的连续生长的组织培养物。
White于1943年出版了《植物组织培养手册》专著，使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。因此，White、Gautherer和Nobecourt 3位科学家被誉为植物组织培养学科的奠基人，而White 被誉为“植物组织培养之父”。
1944年，美国的Skoog用烟草愈伤组织研究器官发生，他观察到生长素对根的促进作用，同时对芽的形成也有抑制作用，而这种抑制作用可部分地为有机磷酸盐和蔗糖所克服。1948年，Skoog和我国学者崔徵在烟草茎切段和髓的培养及其器官形成的研究中，发现腺嘌呤或腺苷可以解除培养基中生长素IAA对芽的抑制作用，而使烟草茎段诱导形成芽，从而确定了腺嘌呤/生长素的比例是控制芽和根形成的主要因素之一。1955年，Miller和Skoog在鲱鱼精子提取物中发现激动素，它能促进芽的形成，效果比腺嘌呤强约3万倍。1957年，Skoog和他的同事又发现了生长素与激动素不同配比对植物生长和分化的作用，即激动素/生长素的比例高则形成芽，而比例低则形成根。从此在植物离体培养中，建立起了器官分化的激素配比模式。这一规律的发现，不仅在植物离体培养中具有极其重要的意义，而且还揭示了植物生长发育生理学中的一个奥秘。
3．快速发展和应用阶段（从20世纪50年代末至今）
自从影响植物细胞分裂和器官形成的机制被揭示后，植物组织培养进入了快速发展阶段，在这个时期前后，研究者们从大量的物种诱导获得再生植株，并广泛应用于园艺和农业生产。单倍体育种、无菌苗的获得、快速繁殖等均是这个阶段的成就。
1958年，英国学者Steward在美国将胡萝卜髓细胞通过体细胞胚胎发生途径培养成为完整的植株。这是人们第一次实现人工体细胞胚，使Haberlandt的愿望得以实现，同时也证明了植物细胞的全能性。这是植物组织培养的第一个突破，他对植物组织和细胞培养产生了深远的影响。1960年，英国学者Cocking用酶法分离原生质体成功，开创了植物原生质体培养和体细胞杂交的先河，这是植物组织培养的第二个突破。同年，Morel等培养兰花的茎尖，获得了快速繁殖的脱毒兰花。其后，世界各地先后开始了兰花快速繁殖工作，并形成了“兰花产业”。在“兰花产业”高效益的刺激下，植物离体快速繁殖和脱毒技术得到了快速发展，实现了试管苗产业化。目前这一技术已在国内外大量应用，香蕉、甘蔗等不少作物均是这一技术直接应用的结果，取得了巨大的社会效益和经济效益。
1962年Murashige和Skoog发表了适用于烟草愈伤组织快速生长的改良培养基，也就是现在广泛使用的MS培养基。1964年印度Guha等成功地在毛叶曼陀罗花药培养中，由花粉诱导得到单倍体植株，从而促进了花药和花粉培养的研究。1971年Takebe等在烟草上首次由原生质体获得了再生植株，这不仅证实了原生质体同样具有全能性，而且在实践上为外源基因的导入提供了理想的受体材料。1972年Carlson等利用硝酸钠进行了两个烟草物种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞种间杂种植株。1974年Kao等建立了原生质体的高钙、高pH的PEG融合法，把植物体细胞杂交技术推向新阶段。
随着分子遗传学和植物基因工程的迅速发展，以植物组织培养为基础的植物基因转化技术得到了广泛应用，并取得了丰硕成果。
1983年Zambryski等采用根癌农杆菌介导转化烟草，获得了首例转基因植物；1984年Paskowski等利用质粒转化烟草原生质体获得成功；1985年Horsch等建立了农杆菌介导的叶盘法；1987年，Sanford发明了基因枪法用于单子叶植物的遗传转化。迄今为止，相继获得了水稻、棉花、玉米、小麦、大麦和番茄等转基因植物，已育成了一批抗病、抗虫、抗除草剂、抗逆境的优质转基因植物。其中有的开始在生产上大面积推广使用。转基因技术的发展和应用表明组织培养技术的研究已开始深入到细胞和分子水平。
在组培苗快速繁殖方面，全世界的组培苗从1985年的1.3亿株猛增到1991年的5.13亿株，2000年全球生产的植物组培苗超过15亿株。组培苗的年生产量每年以10%～15%的速率递增，但需求仍超过生产，为组培产业留下了足够的发展空间。
（二）植物组织培养的研究动态
目前，植物组织培养技术研究取得了巨大的进展，也取得了明显的社会效益和经济效益，其研究领域主要包括以下几个方面。
1．脱毒及快速繁殖
植物脱毒与快速繁殖（简称“快繁”）是目前植物组织培养应用最多、最广泛和最有效的技术，主要进行茎尖培养以脱除病毒。对于脱毒苗、新育成、新引进、稀缺良种、优良单株、濒危植物和基因工程植株等可通过离体快速繁殖，同时不受地区、气候的影响，比常规方法的扩大繁殖快数万倍到数百万倍，可及时提供大量优质种苗。现今世界上已建成许多年产百万苗木的工厂和数十万苗木的商业性实验室及组培作坊。一个新育成的品种问世后，两年即可在生产上广泛应用。马铃薯茎尖脱毒、无毒种苗和微型脱毒种薯已在马铃薯生产上广泛应用，从根本上解决了马铃薯品种退化问题。现今观赏植物、园艺作物、经济林木、无性繁殖作物等部分或大部分用离体快繁提供苗木。
2．植物育种
（1）单倍体育种 单倍体植株往往不能结实，难以进行繁殖。在培养中用秋水仙素处理，可使染色体加倍成纯合二倍体。这种培养技术在育种上的应用多为单倍体育种。单倍体育种具有高速、高效、基因型一次纯合等优点。因此，通过花药或花粉培养的单倍体育种已成为一种新的育种手段。目前通过花药培养，加速后代纯合、快速组合多种性状、缩短育种进程、简化选育程序已育成一大批高产优质品种并在生产上得到应用。我国在水稻和小麦上选育的品种就达100多个，推广面积已超过数百万亩。又如通过体细胞无性系变异、突变体选育，已培育出有利用价值的特殊品种或材料。
（2）制作“人工种子” 在国际上一个新的研究动向是人工种子的试验。所谓人工种子，是指以胚状体为材料，经过人工薄膜包装的种子，在适宜条件下可萌发长成幼苗。人工种子不但可以克服杂交后胚的衰亡，保证种内或种间杂交的成功，还可以克服种子的休眠和败育，一般用于无性繁殖困难的植物的培养。据美国遗传公司报道，美国科学家已成功地把芹菜、苜蓿、花椰菜的胚状体包装成人工种子，并得到较高的萌发率，已生产并投放市场。我国科学工作者也已成功地研制出水稻人工种子。可见，组织培养将在遗传育种、作物改良和改革作物栽培中获得更大的成效。
（3）培养细胞突变体 在组织培养过程中，细胞处于不断分生状态，易受培养条件和外界环境（如放射、化学物质）的影响而产生诱变，从中可以筛选出对人们有利的突变体，从而培育新品种。如抗寒性、耐盐碱性突变新品种的培育。
（4）细胞融合 通过植物原生质体的融合，可以克服有性杂交不亲和性而获得体细胞杂种，从而创造出新种群或育成优良品种。目前采用细胞融合方法已培育出多种植物新品种。
（5）基因工程 利用植物组织培养技术建立植物的遗传再生体系，是转基因育种的关键所在。在1990年，我国自行研制的抗烟草花叶病毒烟草在辽宁进行了商业化种植，成为世界上第一例商业化生产转基因植株。目前，我国转基因植株研发的整体水平在发展中国家处于领先地位，在一些领域已经进入国际先进行列。
3．细胞大量培养与有用次生代谢产物生产
细胞大量培养有用次生代谢产物是植物的细胞工程另一个重要应用领域。它是通过细胞工程技术，刺激植物体内某些重要次生代谢产物的合成和积累，然后进行分离、提纯，如某些名贵药物、香精、色素等，以实现植物产品的工业化生产。
早在1964年我国就开始进行人参细胞培养。1980年以后，我国研究者相继开展了紫草、三七、红豆杉、青蒿、红景天和水母雪莲等植物的细胞大量培养和研究，并利用生物反应器进行药用植物细胞大量培养的小试和中试。其中新疆紫草中试的规模达到100L，并小批量生产了紫草素，用于研制化妆品及抗菌、抗病毒和抗肿瘤药物。红豆杉细胞大量培养在我国也获得初步成功，从细胞培养物中得到了珍贵的抗癌药物紫杉醇，但产率还有待提高。
4．植物种质资源的保持和交换
植物资源及其保存有两大难题，一是遗传资源日趋枯竭，造成有益基因的丧失；二是常规保存耗资巨大，且往往达不到万无一失的目的。植物组织培养为种质的保存提供了新方法。很多种质资源在离体培养条件下，通过减缓生长和低温处理达到长期保存的目的，可大大节约人力、物力和土地，并可进行不同国家、地区间的种质资源收集、互换、保存和应用，即建立“基因银行”，实现种质资源的全球共享。例如，在比利时Catholic University的Leuven研究中心有大量离体保存的香蕉种质库。
5．新技术的开发
（1）开放组培技术 植物开放式组织培养，简称开放组培，是在使用抗菌剂的条件下，使植物组织培养脱离严格无菌的操作环境，不需高压灭菌和超净工作台，利用塑料杯代替组培瓶，在自然开放的有菌环境中进行植物的组织培养，从根本上简化组培环节，降低组培成本。
开放组培与传统组培主要不同在于培养基，以解决培养基的污染问题。而改造培养基的关键是要找到一种或几种能够添加到培养基的广谱性抗菌剂。崔刚等采用中医理论，从多种植物中提取具有杀菌、抗菌活性的物质，成功研制出了具有广谱性杀菌能力的抗菌剂，并对其有效浓度和使用方法做了大量探索性试验， 取得了理想的效果。现已有研究报道，通过开放组培方法成功建立了葡萄外植体的开放性培养。
（2）无糖组培技术 无糖组培技术又称为光独立培养法，这种方法解决了污染率高的问题。由于传统的组培技术中使用的是含糖培养基，杂菌很容易侵入， 造成培养基的污染。而为了防止杂菌的侵入，传统方法常常将培养容器密闭，这样则造成培养植物生长缓慢，并且容易出现形态和生理异常，同时增加了费用。然而这些问题随着无糖组培技术的出现得到了解决，原因在于这种技术将大田温室环境控制的原理引入到常规组织培养的应用中，用CO2 气体代替培养基中的糖作为组培苗生长的碳源， 采用人工环境控制的手段，提供适宜不同种类组培苗生长的光、温度、水、气、CO2浓度、营养等条件，促进植株的光合作用，从而促进植物的生长发育，达到快速繁殖优质种苗的目的。
无糖培养法具有很多优势，如可大量生产遗传一致、生理一致、发育正常、无病毒的组培苗，可缩短驯化时间，减少了因污染引起的植物损失； 光合成和生根得以促进，可减少生根植物生长调节剂的使用等。但无糖培养法对环境要求较高，若无糖组培环境不能被控制并达到一定的精度，将会严重影响组培苗的质量和经济效益。昆明环境科学研究所对非洲菊等多种植物进行了无糖培养技术的研究，开发了大型的培养容器和CO2 强制性供气系统应用于生产，并取得了一定的效果。
（3）新型光源的应用 光是影响植物生长发育的重要因素之一，光质对植物的生长、形态建成、光合作用、物质代谢及基因表达均有调控作用。因此，新型的照明光源发光二极管（light emitting diode，LED）应运而生，其波长正好与植物光合和光形态建成的光谱范围吻合，光能有效利用率可达80%～90%，并能对不同光质和发光强度实现单独控制。
最新研究发现，光质比例和光照强度可调的LED光源比通常植物组织培养使用的荧光灯更能有效地促进试管苗的光合作用和生长发育。因此在植物组织培养中采用LED 提供照明、调控光质和光合光量子通量密度，不仅能够调控组培植物的生长发育和形态建成、缩短培养周期，还能节约能耗、降低生产成本。除此之外，LED 还具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定、发热低等优点，而且还能根据植物的生长需要进行发光光谱的精确配置，实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。
但目前，对LED的研究主要集中在光质和光强对组培苗生长的影响方面，而对光周期的研究较少。LED 在农业和生物领域的应用已经显示出旺盛的活力和巨大的应用潜力。随着半导体光源工程的启动、LED 技术的不断成熟、制造成本的逐渐降低及国家对节能工程的进一步重视，相信的不久的将来LED 会在农业与生物的众多领域得到更广泛的应用。除了LED光源外，冷阴极荧光灯（CCLF）也开始受到人们的关注，其在植物组织培养方面的应用研究正在进行中。
总之，植物组织培养技术是生物技术的重要组成部分，它给遗传学、细胞学、植物生理生化、病理学等研究提供了条件和方法，同时它又是一门年轻而富有生命力的科学，已取得了举世瞩目的进展，相信今后会对生物学、遗传学、植物育种学，以及农业、工业生产带来巨大的影响。
（三）我国规模化、企业化组织培养的特点和问题
1．我国规模化、企业化组织培养的特点
（1）繁殖速度快 植物组织培养技术可大量节约繁殖材料。繁殖时，只取原材料上的一小块组织或器官就能在短期内生产出大量市场所需的优质苗木，每年可以繁殖出几万甚至数百万的小植株，既不损伤原材料，又可获得较高的经济效益。
（2）繁殖方式多 有短枝扦插、芽增殖、原球茎、器官分化和胚状体发生等繁殖方式，适用品种多。据文献报道，组培成功的植物种类达1500多种，其中实现产业化生产的有几百种。该技术特别适于不能通过扦插繁殖植物的快速繁殖，如兰花、百合、非洲菊等。虽然木本植物的组培比草本要难，但通过科研人员的努力，已在杨树、桉树等植物上获得了成功。
（3）繁殖后代整齐一致 植物组织培养技术是一种微型的无性繁殖，它取材于同一个体的体细胞而不是性细胞，因此其后代遗传性非常一致，能保持原有品种的优良性状，对保质、保纯有着特殊的作用，可获得大量统一规格、高质量的苗木，苗木商品性好。
（4）可获得无毒苗 采用茎尖培养的方法，或结合热处理除去绝大多数植物的病毒、真菌和细菌，可以使植株生长势强、花朵增大、色泽鲜艳、抗逆能力提高、产花数量增加。
（5）可进行周年工厂化生产 植物组织培养技术是在人工控制条件下进行的集约化生产，不受自然环境中季节及恶劣天气的影响，可全年进行连续生产，生产效率高。从取材→接种→培养→生根→移栽，可像工厂一样生产，所以这一技术的应用被称为农业领域的一次“革命”，对反季节生产有着特殊的作用，如不耐高温的倒挂金钟、四季海棠等花卉，可在夏天培养室内进行组培苗生产，秋天进行花卉生产。
（6）经济效益高 花卉组织培养快速繁殖的种苗是在培养瓶中生长的，立体摆放，所需空间小，节省土地，可按一定的程序严格生产。生产过程可以微型化、精密化，能够最大限度地发挥人力、物力和财力，取得很高的生产效率。如在200m2的培养室内，每年可生产试管苗上百万株，若按1元/株计算，每年产值可达上百万元。
2．在生产应用中存在的问题
（1）生产经营成本高 由于植物组织培养生产必须在无菌的条件下进行，因此生产建设成本、设备成本都比较高，另外用于灭菌、日光灯补光等能量消耗也较大，导致生产成本费用偏高。在进行组培作业时，可通过选择高效益、名特优、珍稀等植物进行组培商品化生产，进而获得更高的经济效益。
（2）成活率较低 植物外植体在组织培养过程中， 许多环境因素（如光照、CO2 浓度、温度、相对湿度和培养基组成成分等）对试管苗的生长发育有较大影响。在相对密闭的培养容器中，容器内外环境差异极大。传统组培容器环境特征使得在其内生长的组培苗蒸腾速率下降， 光合作用能力低下， 水、CO2及其他营养成分的吸收率低， 暗期呼吸作用增强， 受污染的机会增加，导致组培苗的生长缓慢、 损失率高。另外，驯化阶段的小苗存活率低，难以实现规模化生产， 试管苗不生根或生根率低；外源激素的使用， 可能导致苗的变异， 由此造成繁殖周期不稳定、生产计划难以安排。通过培育健壮的组培苗、调控环境因素、选择适宜的基质，可以使组培苗移栽成活率达到90%以上。
（3）理论研究和生产技术相对落后 我国组织培养技术用于商品开发起步较晚、设备落后、理论研究不够透彻、研发项目不多、技术应用更少。在推广应用环节存在普及深度不够的问题，如目前组织培养的研究只局限于较大的科研单位，与新品种选育结合得不紧密。而许多较大的苗木公司及个体经营者又没有真正认识到组织培养的意义，宁愿投入大量资金购买组培苗，也不愿引进技术、设备、人才来武装壮大自己。
总之，我国的组织培养技术相对于国外来说，还只是处于初步发展阶段，组培技术尚不成熟。但是，随着我国科研水平的不断快速发展，相信在不久的将来会有更多的科研成果用于生产。
三、植物组织培养的理论基础
离体培养的植物器官、组织或细胞之所以经培养能够再生出完整植株，其原因在于植物细胞具有全能性。植物细胞的全能性是指植物体内任何具有完整的细胞核的细胞都拥有形成一个完整植株所必需的全部遗传信息（即一套完整的基因组），并具有发育成完整植株的能力。受精卵或高度分化的植物细胞仍然具有形成完整生物体的能力。
高度分化的植物体细胞具有全能性，植物细胞在离体的情况下，在一定的营养物质、激素和其他适宜的外界条件下，才能表现其全能性。
植物体是从受精卵经过有丝分裂和分化产生的。受精卵具有本种植物所特有的全部遗传信息。因此，植物体内的每一个体细胞也都具有和受精卵完全一样的DNA。当这些细胞在植物体内的时候，由于受到所在器官和组织环境的束缚，其分化受到各方面的调控，某些基因受到控制或阻遏，致使其所具有的遗传信息得不到全部表达，仅仅表现一定的形态与生理功能。可是它们的遗传潜力并没有丧失，当脱离了原来器官组织的束缚，成为游离状态，在一定的营养条件和植物激素的诱导下，细胞的全能性就能表现出来。于是就像一个受精卵那样，由单个细胞形成愈伤组织然后成为胚状体，再进而长成一棵完整的植株。所以离体培养的理论基础是由于植物细胞具有全能性。
要实现植物细胞的全能性，必须具备的条件：一是体细胞与完整植株分离，脱离完整植株的控制；二是创造理想的适于细胞生长和分化的环境，包括营养、激素、光照、温度、氧气、湿度等因子。植物的离体组织、器官、细胞或原生质体在无菌、适宜的人工培养基和培养条件下培养，满足了细胞全能性表达的条件，才能使离体培养材料发育成完整植株。
19世纪30年代，德国植物学家施莱登（M.J.Schleiden）和德国动物学家施旺（T.Schwann）创立了细胞学说，根据这一学说，如果给细胞提供和生物体内一样的条件，每个细胞都应该能够独立生活。1902年，德国植物学家哈伯兰特（Haberlandt）预言植物细胞的“全能性”。为了证实这个预言，他用高等植物的叶肉细胞、髓细胞、腺毛、雄蕊毛、气孔保卫细胞、表皮细胞等多种细胞放置在自制的培养基中，但是没有成功。1937年，美国科学家怀特（White）配制出了植物怀特培养基，培养番茄根尖切段，长出了愈伤组织。以后许多科学家为证实这一论断做了不懈的努力。1958年，美国植物学家斯图尔德（F.C.Steward）等，用胡萝卜韧皮部的细胞进行培养，终于得到了完整植株，并且这一植株能够开花结实，证实了哈伯兰特在五十多年前关于细胞全能性的预言；1964年，Cuba和Mabesbwari利用毛叶曼陀罗的花药培育出单倍体植株；1969年Nitch将烟草的单个单倍体孢子培养成了完整的单倍体植株；1970年Steward用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育的植株。至此，经过科学家们五十余年的不断试验，植物分化细胞的全能性得到了充分论证，建立在此基础上的组织培养技术也得到了迅速发展。
四、植物组织培养的途径和类型
（一）植物组织培养途径
利用组织培养进行无性繁殖大体可经过下列五种途径。
1．器官型
由离体的茎尖、花芽、花丝、花托、鳞片等组织上直接产生小植株。往往在形成小苗（芽）的同时或之前也形成少量的愈伤组织。如以侧芽分化和增殖的有菊花、倒挂金钟；以芽和叶的周围分化出芽的有罗汉果、凤梨等；以鳞片分化芽或小鳞茎的有风信子、百合、水仙等；也有由萌发种子的顶芽及腋芽产生丛生芽的如黄金瓜等。
2．器官发生型
由外植体（茎、叶、愈伤组织等）先诱导愈伤组织，再从愈伤组织中分化出不定芽和根，形成再生植株。外植体在培养基上逐渐长大，形成愈伤组织，移入分化培养基，愈伤组织由疏松变成硬结从中分化出芽。
3．胚胎发生型
外植体（叶、愈伤组织等）通过培养分化出胚状体，经球形期、心形期、鱼雷期和子叶期发育成再生植株。如胡萝卜体细胞培养、油茶和茶叶的子叶培养经胚状体途径形成再生植株；烟草花药培养通过胚状体发育形成单倍体植物。
4．原球茎
外植体经原球茎途径分化形成植株。大部分兰花培养属于这一类。兰花的茎尖、侧芽可直接分化出原球茎，形成桑果状的圆球突起，将其切成数块经培养又可产生新的原球茎，由原球茎萌发出小植株，因此这种方法繁殖系数很高。原球茎最初是种子发芽过程中的一种形态学构造，种子萌发初期并不出根，只是胚逐渐膨大，以后种皮的一端破裂，胀大的胚呈球状。原球茎即为缩短的、呈珠粒状的、由胚性细胞组成的嫩茎器官。
5．无菌短枝扦插
用已发育或去除顶芽后萌发的腋芽，连同短枝进行消毒，在无菌条件下培养，使其生长并诱导生根，在较短时间内即可获得植株，尤其对繁殖珍贵的优良树种或花卉品种是较为简单的方法。
（二）植物组织培养类型
因划分依据不同，植物组织培养的类型有多种。
1．按所用培养基类型划分
（1）固体培养 即将植物材料接种在加有凝固剂（如琼脂）的培养基中进行培养的方法称为固体培养。固体培养因其操作简便，成本较低，在生产中应用较为普遍。
（2）液体培养 即将植物材料置于不加凝固剂的培养基中进行培养的过程称为液体培养。液体培养又可分为静止培养、旋转培养、纸桥培养、振荡培养。
2．按培养的外植体划分
（1）植株培养 对幼苗及较大的植株培养，包括扦插苗培养、种子苗培养。目的是提供适合接种的外植体或用于研究植物在某些培养基上的反应。
（2）胚胎培养 包括胚乳培养、胚珠培养、胚培养、未成熟的种胚培养，目的是克服败育以及用于三倍体育种。
（3）器官培养 用根尖、根段、茎尖、茎段、叶片、鳞片、球根、花器官各部分以及未成熟的果实等进行培养。因此也可分别称根系培养、叶片培养、茎段培养、花器培养、果实培养、种子培养等，快速繁殖通常采用这种类型。
（4）愈伤组织培养 从植物的各种器官外植体增殖而形成愈伤组织的培养。
（5）组织培养 对各种组织进行培养，如分生组织培养、薄壁组织培养等。
（6）细胞培养 用能保持较好分散性离体细胞或很小的细胞团进行的液体培养。
（7）原生质体培养 用机械、酸处理或酶溶解等方法去除细胞壁，分离原生质体进行培养。
3．按培养方法划分
（1）细胞悬浮培养 即用液体培养基对保持良好的分散状态的单个细胞或小的细胞聚集体在摇床上进行培养的方法，称为细胞悬浮培养。
（2）单细胞培养 单细胞培养可分为三种，即看护培养、平板培养和微室培养。
4．按培养过程划分
（1）初代培养 即将从植物体上分离下来的外植体进行第一次培养称初代培养或第一代培养或启动培养。
（2）继代培养 即初代培养以后的某一阶段，将培养物转移到配方相同的新鲜培养基上进行培养称为继代培养。
五、植物组织培养的意义
植物组织培养是20世纪初，以植物生理学为基础发展起来的一门新兴技术，这项技术已在科研和生产上得到广泛应用，成为举世瞩目的生物技术之一。组织培养条件可以控制，不受季节限制，因此可以全年连续生产。这对于生产有重要的现实意义。
1．无性系快速繁殖
利用组织培养技术可以实现优良无性系或单株迅速繁殖推广，并且不改变其遗传性，即保持原有的优良性不变。比如，一个兰花茎尖经过一年组培繁殖可以获得400万株具有相同遗传性的健康植株，这是其他任何方法都难以实现的。又如花叶芋这种植物，常规繁殖每年数量仅能增加几倍到几十倍，组织培养每年可繁殖出几万至数百万倍的小植株。这种繁殖速度对于珍贵、优、新植物品种是非常有价值的。尤其是在市场竞争激烈的今天，在短时间内获得大量商品价格较高的苗木，无疑会给生产者带来巨额利润。
2．去除病毒、真菌和细菌等病害
采用扦插、分株等营养繁殖的各种植物，都有可能感染一种或数种病毒或类病毒。长期无性繁殖，使病毒积累、危害加重、观赏品质下降：如花变小、色泽暗淡、花量少等。脱去病毒后，植株生长势强，花朵变大、色泽鲜艳，抗逆能力提高，产花数量上升。通常采用茎尖培养去病毒，这是因为在分生区内，细胞不断分裂增生，病毒在植物体内的传播速度没有细胞分裂速度快，所以茎尖分生区内病毒含量极少或不含病毒。切取的茎尖越小，脱毒效果越好，然而外植体太小不易成活，太大不能脱毒，因此必须选择大小适宜的外植体，才能达到脱毒的效果。这种方法也同时可以去除植物体内的真菌、细菌和线虫。
3．培育新品种
花卉等植物在组织培养过程中发生芽变是极其普遍的，包括花色变异、花的大小变异、花期变异、叶色变异、染色体数量变异等，在组织培养过程中，一旦发生芽变，并将其繁殖成完整植株，就可能产生有特殊观赏价值的新品种。
4．种质资源的保存
利用常规方法保存大量品种资源是一项耗资、耗时的巨大工程，又易丢失珍贵的品种资源。而借助试管来保存品种资源，既经济又保险。如将葡萄茎段长成的小植株存放在试管中，温度在9℃以下，植株便停止生长，每年只需转管一次。800个葡萄品种，每品种6个重复，只需1m2的场所就放下了。
5．次生代谢物的生产
紫杉醇、黄酮类等具有良好抗癌作用的生物药，通常是从天然或人工栽培的植株上分离提取，提取时常常要破坏植株，而红豆杉和银杏等又都是珍稀保护植物，因此，紫杉醇和黄酮类的生产受到极大限制。利用细胞培养技术可以大规模商品化生产，再从愈伤组织或细胞中分离提取紫杉醇或黄酮类物质，用这一途径不需要再生植株和栽培过程，提取工艺简单、产量高。在获得大量生物药的同时，又避免了植物资源的破坏。目前，细胞培养技术在世界范围内已广泛用于奇缺药物的生产，并取得了一系列成果。此外，色素、芳香原料等也可以利用细胞悬浮培养来生产。