一、植物組織培養的含義
植物組織培養是指在無菌條件下，將離體的植物器官、組織、細胞或原生質體，在人工配製的培養基和人為控制的培養條件下培養，使其生長、分化並再生為完整植株或生產次生代謝物質的過程和技術。由於組織培養是在脫離植物母體的條件下進行的，所以也稱為離體培養。
植物組織培養的概念有廣義和狹義之分。廣義的植物組織培養是指對植物的植株、器官、組織、細胞以及原生質體等透過無菌操作，在人工控制條件下進行培養以獲得再生的完整植株或生產具有經濟價值的次生代謝物的技術。狹義的植物組織培養是指用植物各部分組織進行培養獲得再生植株，也指在培養過程中從各器官上產生癒傷組織，然後癒傷組織再分化形成再生植株的培養。
二、植物組織培養的基本原理
（一）植物細胞全能性
植物細胞全能性是指植物的每個細胞都具有該植物的全部遺傳資訊和發育成完整植株的能力。在適宜條件下，任何一個細胞都可以發育成一個新個體。
一切植物都是由細胞構成的。在植物的生長發育中，一個受精卵可以成為具有完整形態和結構機能的植株，這就是全能性，即該受精卵具有該物種全部遺傳資訊的表現。同樣，植物的體細胞是透過合子的有絲分裂產生的，也具有全能性，具備遺傳資訊的傳遞、轉錄和翻譯的能力。由於它們受到具體器官或組織所在環境的束縛，在一個完整的植株上某部分的體細胞只表現出一定的形態，具有一定的功能，但其遺傳潛力並沒有喪失。一旦它脫離原來所在的器官或組織，不再受到原植株的控制而成為離體狀態，在一定的營養、激素和外界條件的作用下，就可能表現出全能性而生長發育成完整的植株。植物組織培養正好能滿足細胞全能性表達的條件，從而能使外植體發育成完整植株。
（二）植物再生性
植株再生的過程即為植物細胞全能性表達的過程，可分為去分化和再分化兩個階段。首先是細胞去分化恢復到分生狀態，形成癒傷組織，然後進入再分化階段，由癒傷組織分化形成完整植株。但也有植物在培養過程中由分生組織直接出芽，而不需經歷癒傷組織的中間形式。
1.去分化 去分化指在一定條件下，已分化成熟的植物組織或器官恢復到分生狀態，細胞開始分裂形成無分化的細胞團，即形成癒傷組織的過程。癒傷組織是一團無定形、高度液泡化、具有分生能力而無特定功能的薄壁組織。恢復分生能力的植物細胞體內的溶酶體將失去功能的細胞質組分降解，並合成新細胞組分，同時細胞內酶的種類與活性發生改變，細胞的性質和狀態發生了扭轉，轉入分生狀態恢復原有分裂能力。
2.再分化 再分化指在一定的條件下，去分化形成的癒傷組織轉變為具有一定結構、執行一定生理功能的細胞團和組織，並進一步形成完整植株的過程，即從癒傷組織再生形成完整植株的過程。癒傷組織中的細胞常以無規則方式發生分裂，此時雖然也發生了細胞分化，形成了薄壁細胞、分生組織細胞、導管和管胞等不同類型的細胞，但並無器官發生，只有在適當的培養條件下，癒傷組織才可發生再分化形成完整植株。
（三）根芽激素理論
1955年，Skoog和Miller提出了有關植物激素控制器官形成的理論，即根芽激素理論：根和芽的分化由生長素和細胞分裂素的比值所決定，二者比值高時促進生根，比值低時促進莖芽的分化，比值適中則傾向於以一種無結構的方式生長。透過改變培養基中這兩類激素的相對濃度可以控制器官的分化。關於激素控制器官形成的模式在許多植物組織培養中得到了驗證。但在一些情況下，不是生長素/細胞分裂素的比值決定器官的發生，而是絕對濃度。
此外，吉貝素（GA）、脫落酸（ABA）等也在組織培養中不同程度地發揮作用。因此，究竟採用哪些生長調節物質，採用什麼樣的細胞分裂素與生長素比例，要根據培養的目的、植物的種類和細胞分裂素與生長素的種類而定。
三、植物組織培養的類型
植物組織培養按照不同的分類標準，可分為不同的類型。
（一）根據培養過程劃分
1.初代培養 初代培養是將從植物體上分離下來的芽、莖段、葉片、花器等外植體在離體培養條件下誘導癒傷組織、側芽或不定芽、胚狀體的過程。初代培養的目的是建立無菌培養物，也稱為活化培養。
2.繼代培養 繼代培養是將初代培養誘導產生的培養物更換新鮮培養基繼續繁殖的過程。繼代培養的目的是使培養物大量繁殖，也稱為增殖培養。
3.生根培養 生根培養是將芽苗轉接到生根培養基上培養成為完整植株的過程。
（二）根據外植體的來源劃分
外植體是指在植物組織培養過程中，從植株母體上分離下來用於離體培養的初始材料。用於離體培養的原生質體、細胞、組織或器官統稱為外植體。
1.植株培養 植株培養是指對具有完整植株形態的幼苗或較大的植株進行離體無菌培養。一般以種子為材料進行無菌培養。
2.胚胎培養 胚胎培養是指以從胚珠中分離出來的成熟或未成熟胚為外植體的離體無菌培養。常用幼胚、成熟胚、胚乳、胚珠、子房等為材料進行培養。
3.器官培養 器官培養是指以植物的根、莖、葉、花、果等器官為外植體的離體無菌培養。常用的培養材料有根的根尖和切段，莖的莖尖、莖節和切段，葉的葉原基、葉片、葉柄、葉鞘，子葉，花器的花瓣、雄蕊（花藥、花絲）、胚珠、子房，果實，等等。
4.組織培養 組織培養是指以分離出植物各部位的組織或已誘導的癒傷組織為外植體的離體無菌培養，是狹義的植物組織培養。常用的培養材料有分生組織、形成層、木質部、韌皮部、表皮、皮層、胚乳組織、薄壁組織、髓部等。
5.細胞培養 細胞培養是指以單個游離細胞或較小細胞團為接種體的離體無菌培養。常用的材料為從組織中分離的體細胞和性細胞。
6.原生質體培養 原生質體培養是指以除去細胞壁的原生質體為外植體的離體無菌培養。
此外，根據培養基狀態，植物組織培養可分為固體培養、液體培養、半固體培養；根據培養目的可分為去毒培養、微體快繁、試管育種、試管嫁接等。
四、植物組織培養的特點
1.培養材料經濟 透過植物組織培養技術能使單個細胞、組織、莖段等離體材料經培養獲得再生植株。在生產實踐中，以莖尖、根、莖、葉、子葉、下胚軸、花芽、花瓣等材料進行培養時，只需要幾毫米甚至不到1mm的材料，做到了材料經濟使用。常規無性繁殖方法需要幾年或幾十年才能繁殖一定數量的苗木，透過組織培養技術可在1～2年內生產數萬株苗，由於取材少、培養效果好，對於新品種的推廣和良種復壯更新，尤其是「名、優、特、新」品種的保存利用與開發都有很高的應用價值和重要的實踐意義。
2.培養條件可以人為控制 植物組織培養採用的植物材料完全是在人為提供的培養基和小氣候環境條件下進行生長，擺脫了大自然中四季、晝夜的變化以及災害性氣候的不利影響，且條件均一，對植物生長極為有利，便於穩定地進行週年培養生產。
3.生長週期短，繁殖率高 植物組織培養是透過人為控制培養條件，根據不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培養條件，因此生長較快，一般1個月左右就完成1個培養週期。雖然組培需要一定設備及能源消耗，但由於植物材料能按幾何級數繁殖生產，繁殖率高，故總體來說成本低廉，且能及時提供規格一致的優質種苗或去毒種苗。
4.管理方便，利於工廠化生產和自動化控制 植物組織培養是在一定的場所和環境下，人為提供一定的溫度、光照、濕度、營養、激素等條件，極利於高度集約化和高密度工廠化生產，也利於自動化控制生產。它是未來農業工廠化育苗的發展方向，與盆栽、田間栽培等相比省去了中耕除草、澆水施肥、防治病蟲等一系列繁雜的勞動，可以大大節省人力、物力及田間種植所需要的土地。
植物組織培養是指在無菌條件下，將離體的植物器官、組織、細胞或原生質體，在人工配製的培養基和人為控制的培養條件下培養，使其生長、分化並再生為完整植株或生產次生代謝物質的過程和技術。由於組織培養是在脫離植物母體的條件下進行的，所以也稱為離體培養。
植物組織培養的概念有廣義和狹義之分。廣義的植物組織培養是指對植物的植株、器官、組織、細胞以及原生質體等透過無菌操作，在人工控制條件下進行培養以獲得再生的完整植株或生產具有經濟價值的次生代謝物的技術。狹義的植物組織培養是指用植物各部分組織進行培養獲得再生植株，也指在培養過程中從各器官上產生癒傷組織，然後癒傷組織再分化形成再生植株的培養。
二、植物組織培養的基本原理
（一）植物細胞全能性
植物細胞全能性是指植物的每個細胞都具有該植物的全部遺傳資訊和發育成完整植株的能力。在適宜條件下，任何一個細胞都可以發育成一個新個體。
一切植物都是由細胞構成的。在植物的生長發育中，一個受精卵可以成為具有完整形態和結構機能的植株，這就是全能性，即該受精卵具有該物種全部遺傳資訊的表現。同樣，植物的體細胞是透過合子的有絲分裂產生的，也具有全能性，具備遺傳資訊的傳遞、轉錄和翻譯的能力。由於它們受到具體器官或組織所在環境的束縛，在一個完整的植株上某部分的體細胞只表現出一定的形態，具有一定的功能，但其遺傳潛力並沒有喪失。一旦它脫離原來所在的器官或組織，不再受到原植株的控制而成為離體狀態，在一定的營養、激素和外界條件的作用下，就可能表現出全能性而生長發育成完整的植株。植物組織培養正好能滿足細胞全能性表達的條件，從而能使外植體發育成完整植株。
（二）植物再生性
植株再生的過程即為植物細胞全能性表達的過程，可分為去分化和再分化兩個階段。首先是細胞去分化恢復到分生狀態，形成癒傷組織，然後進入再分化階段，由癒傷組織分化形成完整植株。但也有植物在培養過程中由分生組織直接出芽，而不需經歷癒傷組織的中間形式。
1.去分化 去分化指在一定條件下，已分化成熟的植物組織或器官恢復到分生狀態，細胞開始分裂形成無分化的細胞團，即形成癒傷組織的過程。癒傷組織是一團無定形、高度液泡化、具有分生能力而無特定功能的薄壁組織。恢復分生能力的植物細胞體內的溶酶體將失去功能的細胞質組分降解，並合成新細胞組分，同時細胞內酶的種類與活性發生改變，細胞的性質和狀態發生了扭轉，轉入分生狀態恢復原有分裂能力。
2.再分化 再分化指在一定的條件下，去分化形成的癒傷組織轉變為具有一定結構、執行一定生理功能的細胞團和組織，並進一步形成完整植株的過程，即從癒傷組織再生形成完整植株的過程。癒傷組織中的細胞常以無規則方式發生分裂，此時雖然也發生了細胞分化，形成了薄壁細胞、分生組織細胞、導管和管胞等不同類型的細胞，但並無器官發生，只有在適當的培養條件下，癒傷組織才可發生再分化形成完整植株。
（三）根芽激素理論
1955年，Skoog和Miller提出了有關植物激素控制器官形成的理論，即根芽激素理論：根和芽的分化由生長素和細胞分裂素的比值所決定，二者比值高時促進生根，比值低時促進莖芽的分化，比值適中則傾向於以一種無結構的方式生長。透過改變培養基中這兩類激素的相對濃度可以控制器官的分化。關於激素控制器官形成的模式在許多植物組織培養中得到了驗證。但在一些情況下，不是生長素/細胞分裂素的比值決定器官的發生，而是絕對濃度。
此外，吉貝素（GA）、脫落酸（ABA）等也在組織培養中不同程度地發揮作用。因此，究竟採用哪些生長調節物質，採用什麼樣的細胞分裂素與生長素比例，要根據培養的目的、植物的種類和細胞分裂素與生長素的種類而定。
三、植物組織培養的類型
植物組織培養按照不同的分類標準，可分為不同的類型。
（一）根據培養過程劃分
1.初代培養 初代培養是將從植物體上分離下來的芽、莖段、葉片、花器等外植體在離體培養條件下誘導癒傷組織、側芽或不定芽、胚狀體的過程。初代培養的目的是建立無菌培養物，也稱為活化培養。
2.繼代培養 繼代培養是將初代培養誘導產生的培養物更換新鮮培養基繼續繁殖的過程。繼代培養的目的是使培養物大量繁殖，也稱為增殖培養。
3.生根培養 生根培養是將芽苗轉接到生根培養基上培養成為完整植株的過程。
（二）根據外植體的來源劃分
外植體是指在植物組織培養過程中，從植株母體上分離下來用於離體培養的初始材料。用於離體培養的原生質體、細胞、組織或器官統稱為外植體。
1.植株培養 植株培養是指對具有完整植株形態的幼苗或較大的植株進行離體無菌培養。一般以種子為材料進行無菌培養。
2.胚胎培養 胚胎培養是指以從胚珠中分離出來的成熟或未成熟胚為外植體的離體無菌培養。常用幼胚、成熟胚、胚乳、胚珠、子房等為材料進行培養。
3.器官培養 器官培養是指以植物的根、莖、葉、花、果等器官為外植體的離體無菌培養。常用的培養材料有根的根尖和切段，莖的莖尖、莖節和切段，葉的葉原基、葉片、葉柄、葉鞘，子葉，花器的花瓣、雄蕊（花藥、花絲）、胚珠、子房，果實，等等。
4.組織培養 組織培養是指以分離出植物各部位的組織或已誘導的癒傷組織為外植體的離體無菌培養，是狹義的植物組織培養。常用的培養材料有分生組織、形成層、木質部、韌皮部、表皮、皮層、胚乳組織、薄壁組織、髓部等。
5.細胞培養 細胞培養是指以單個游離細胞或較小細胞團為接種體的離體無菌培養。常用的材料為從組織中分離的體細胞和性細胞。
6.原生質體培養 原生質體培養是指以除去細胞壁的原生質體為外植體的離體無菌培養。
此外，根據培養基狀態，植物組織培養可分為固體培養、液體培養、半固體培養；根據培養目的可分為去毒培養、微體快繁、試管育種、試管嫁接等。
四、植物組織培養的特點
1.培養材料經濟 透過植物組織培養技術能使單個細胞、組織、莖段等離體材料經培養獲得再生植株。在生產實踐中，以莖尖、根、莖、葉、子葉、下胚軸、花芽、花瓣等材料進行培養時，只需要幾毫米甚至不到1mm的材料，做到了材料經濟使用。常規無性繁殖方法需要幾年或幾十年才能繁殖一定數量的苗木，透過組織培養技術可在1～2年內生產數萬株苗，由於取材少、培養效果好，對於新品種的推廣和良種復壯更新，尤其是「名、優、特、新」品種的保存利用與開發都有很高的應用價值和重要的實踐意義。
2.培養條件可以人為控制 植物組織培養採用的植物材料完全是在人為提供的培養基和小氣候環境條件下進行生長，擺脫了大自然中四季、晝夜的變化以及災害性氣候的不利影響，且條件均一，對植物生長極為有利，便於穩定地進行週年培養生產。
3.生長週期短，繁殖率高 植物組織培養是透過人為控制培養條件，根據不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培養條件，因此生長較快，一般1個月左右就完成1個培養週期。雖然組培需要一定設備及能源消耗，但由於植物材料能按幾何級數繁殖生產，繁殖率高，故總體來說成本低廉，且能及時提供規格一致的優質種苗或去毒種苗。
4.管理方便，利於工廠化生產和自動化控制 植物組織培養是在一定的場所和環境下，人為提供一定的溫度、光照、濕度、營養、激素等條件，極利於高度集約化和高密度工廠化生產，也利於自動化控制生產。它是未來農業工廠化育苗的發展方向，與盆栽、田間栽培等相比省去了中耕除草、澆水施肥、防治病蟲等一系列繁雜的勞動，可以大大節省人力、物力及田間種植所需要的土地。
