植物可進行無性繁殖基因轉殖作物
http://ecaaser3.ecaa.ntu.edu.tw/weifang/biology/tc&tg.html
植物可進行無性繁殖
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植物有未分化的分生組織，他們經常以營養繁殖(vegetative propagation)方式進行無性繁殖。在此過程中只有單一的母株。草莓可由走莖上的節長成，紫羅蘭則由地下莖上的節長成。馬鈴薯是地下莖的一部份，每個眼都是個芽，新株可由此產生。番薯為根的一部份，由部份的根即可繁殖。某些果樹的根可再長出新的小樹，如櫻桃樹及蘋果樹等。
甘蔗，鳳梨，樹薯(cassava)及許多的觀賞植物透過扦插(莖的切段，插穗)方式繁殖已有許多年了。此些植物的莖在切斷的部位會自動長出根來。在發現了生長素(auxin)可促進生根之後，有更多的植物利用此種方式繁殖。
植物可透過組織培養來繁殖
水耕栽培(hydroponics)始於1860年。植物可以採水耕栽培，再加上可無性繁殖，此二主因造成德國生物學家Gottleib Haberlandt在1902年認為整株植物均可採組織培養方式繁殖。組織培養是讓組織生長於人工合成的營養液中。Haberlandt 認為植物細胞是全能的(totipotent)，每個細胞均含有完整的基因，可據此產生完整的植株。但直到1958年才有康乃爾大學的生物學家F.C. Steward成功地由紅蘿蔔的一小片的韌皮部培育成一整株的紅蘿蔔。他與以前的研究者一樣，對植物細胞提供了糖份，礦物質及維他命，但他同時添加了椰奶(coconut milk)，幾年後才知椰奶中所含的開寧素(cytokinin，細胞分裂素)為成功的關鍵。當培養中的細胞開始分裂之後，產生了癒傷組織(callus)，其為未分化的細胞團塊，其後分化為頂芽與根並發育成完整的植株。
為生產符合需求(多種特徵)的植物，人們對不同植株甚至不同品種的植株進行雜交(hybridization)。雜交後進行營養繁殖可產生大量的具有相同特徵的植株。但組織培養更是促成微體繁殖(micropropagation)的盛行。微體繁殖是一種商業上用以在有限空間中繁殖數以千萬計的相同種苗。常用的一種方法是生長點(分生組織)培養法(meristem culture)。在培養液中給予適當比例的生長素(auxin)與開寧素(cytokinin)，便可由單一頂芽中培養出許多的芽。每一個芽均可長成新的植株，各株與其母株基因上均完全相同，稱為同源植株(clonal plants)，均有相同的特徵。此法的另一個優點在頂芽是無病毒的(virus-free)，由此所生的植株自然也是無病毒，如此可避免因病毒造成的生產效率低落甚至死亡的缺失。(Fig. 1)
當用花的分生組織來做培養時，在癒傷組織的頂部會形成像胚狀的結構物稱為體細胞胚 (somatic embryos，簡稱體胚)。體胚以凝膠(hydrated gel)包覆即為人工種子，可運輸至各地。體胚可使用生物反應器(bioreactor)進行繁殖，一次可繁殖數百萬個。這方法已廣泛應用在蔬菜作物如番茄，芹菜 (celery) 與蘆筍(asparagus)等與觀賞作物如百合，天竺葵(begonias)與非洲紫羅蘭。
花藥培養(anther culture)是一種較新的方法，成熟的花藥放在含有維他命與生長調節劑的介質中培養。在花粉粒中的單倍體管細胞進行分裂，產生含有20至40個細胞的原胚體 (proembryos，又稱前胚或潛胚)。最終花粉粒漲破，釋放出單倍體的胚，試驗室中可以產生單倍體植物或透過化學藥劑的添加可誘導雙倍染色體的合成。在形成雙倍染色體後，產生的植株為雙倍體但所有的遺傳因子皆為同型結合的純合子型，稱為同質染色體。花藥培養是一種可產生能展現隱性遺傳因子(recessive alleles)的植物的一種直接的方法，如果隱性的遺傳因子具有吾人喜愛的特徵，花藥培養是最佳的方法；若以傳統的雜交培養方式或許要經歷幾個世代才能達成。
葉子，莖或根等的組織培養多採細胞懸浮培養方式(cell suspension culture)。將快速生長的癒傷組織再予以切成小片置於液態營養液中搖晃，造成單細胞群或小的細胞團塊分開而形成懸浮態。此些懸浮細胞可產生與整株植株相同的化學物質。如cinchona ledgeriana(金雞納樹)之懸浮細胞可產生奎寧(quinine)，而Digitalis Lanate(毛地黃)可產生毛地黃素(digitoxin)。
科學家預期可在生物反應器中進行細胞懸浮培養，如此便不需為了要取得植物所產生的化學物質而來栽培整個植株。舉凡藥品，化妝品，農藥等所含的化學物質均可以此種方式來產生。
由於植物細胞是全能的，所以便可以由單一細胞生長成整株植物。其作法是首先要用酵素去除掉小片葉子內葉肉組織中的細胞壁，此種沒有細胞壁的細胞稱原生質體(protoplast)(fig 2)。原生質体會產生新的細胞壁並開始分裂。此些細胞可再予以處理來形成体胚或形成整株植物。由於在体胚的產生過程中難免有些差異，透過体胚所長成的植株自是也有些不同。此種不同稱為同源体細胞差異，此方法亦是另一種可產生新品種的方法。
植物的基因工程
改變植物器官中的基因亦可產生新品種，基因轉殖作物便是攜有外來基因於其細胞內，其作法是在活的原生質体(protoplast]中置入外來的基因。將外來的基因置於組織培養的介質中，透過高電壓脈衝可在原生質膜(plasma membrane)上開一小洞允許DNA(去氧核糖核酸)進入。譬如在煙草的原生質体植入營火蟲的發光酵素，成熟的煙草植株在撒以螢光素(luciferin)後便會自行發光，如圖 3所示。
以上是成功的例子，也有不成功者，闢如由原生質體來產生新的穀類作物即是，玉米和小麥透過原生質體所產生的植株根本不結穗(infertile)。
新方法可不需融解細胞壁，而是直接將外來DNA置入仍有細胞壁的細胞中。在其中的一種技術是在裸桿菌(Agrobacterium)的質體(plasmid)中植入外來DNA。此裸桿菌通常會感染植物細胞。質體是由分離至裸桿菌的染色體中的DNA的一小弧段(circular fragment]，可用來產生重組的DNA(recombinant DNA)。此重組DNA包含來自質體的基因與外來的基因。當裸桿菌感染植物時，質體與重組的DNA便被傳入植物細胞中。
1987年康乃爾大學的Sanford與Klein發展了稱為粒子槍(particle gun)的設備，可將帶有DNA訊息的微小金屬顆粒打入植物細胞內。許多的植物包括玉米與小麥均可使用粒子槍進行基因改造工程。
許多作物已被基因改造成可抗菌，抗蟲及抗農藥(fig 4)。如果作物可抗農藥而雜草不能，如此便可用農藥來除草，此處所謂農藥指的是對環境無害的藥劑。遠景是希望能生產高蛋白含量但對水分與肥料的需求均減少的作物。
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