三十年代由Gautheret和White等正式开创的植物组织培养技术，现已在植物生理、育种与农业等各个领域被广泛地采用了。实验证明，一个培养细胞在适宜的激素和光照条件下可以再生植株，脱分化后的繁殖细胞且可完全保持其遗传的性状。植物细胞的这种全能性可使它的物质代谢与母体保持相同。因此，植物细胞全能性就成了以组织培养技术生产植物有用成分这一方法的理论依据。
高等植物的成分，自古以来就广泛应用于药品、染料和香料等方面。六十年代初，人们试着通过组织培养方法有效地生产了各种有用物质。这些植物成分有：
1.药品：
（1）生物碱——可待因或小檗碱等异喹啉类，印度蛇木或长春花等成分的吲哚类、茛菪烷类和二萜类等。
（2）类固醇和三萜及其配糖体薯蓣皂苷配基、强心配糖体、朝鲜参或甘草等的皂角苷等。
（3）苯醌类——泛醌、大黄等成分的蒽醌和α萘醌等。
（4）苯酚化合物——维生素E、类黄酮和木聚糖等。
（6）萜烯醇——抗肿瘤的二萜类等。
2.染料：（1）花青素，（2）莽草宁，（3）β花青苷等。
3.精制油及其成分。
4.食品、饮料成分：咖啡与茶等咖啡碱，芥菜与山嵛菜等的辣味成分等。
5.酶、活性蛋白质等。
近年来由于组织培养技术的迅速发展，加速了有用物质生产的研究工作。研究人员增加，研究范围扩大，试验技术水平也不断提高，但距达到工业化水平还相差很远。现仅就生产上的基本问题及其解决办法加以说明。
组织培养和次生代谢
从植物中取得的各种有用物质，多是次生代谢产生的。次生代谢产物，有的是初生代谢的废物，有的是能量储藏物，还有很多是与其他生物在生存环境中相互作用产生的。这就是其化学组成多样性的原因。其数量的多寡则是与积累以至分泌植物成分的细胞内部结构或器官是否发达紧密相关的。脱分化细胞群（愈伤组织）可能就是因为缺乏原植株的特殊成分或含量极低所造成的。所以若将器官分化控制因素和次生代谢控制因素分离开来，就可能开辟脱分化状态下有用物质生产的新途径。但在现阶段，我们对植物成分生物合成、运转和储存部位及其调节机制、以及细胞之间相互作用等方面的认识还很不充分，像这样的分开控制能否实现尚不得而知。
另一方面，二十年来一系列试验表明，由植物激素、糖和无机盐等培养基添加物所引起的化学变化以及光和温度等条铁的变化，对次生代谢都有影响。加之进一步认识了细胞选择的重要性，并且大力推行在胁强条件下进行器官乃至再分化植物的培育和固定化细胞的利用等工作，使基础和应用两方面的研究都大大发展了。
高产细胞的选择和培养基成分的调节
为进行有用物质生产所培养的细胞，都是和杂细胞混在一起的，如能从中分出有用物质的生产细胞并提高其密度，就可以形成高产培养株。基于上述考虑，Zenk等提出了如下四阶段法，即1. 确定选择方法；2. 选择有用成分高的植株；3. 研制生产培养基；4. 选择高产变异株。这四阶段法是按经验的方法进行整理后，将细胞群分组分割出来，然后求得高产株定型化。其要点是要按不同情况来确定合理的选择法和适宜的培养基。
用肉眼选择最简单。这方面对蒽醌色素、莽草宁和荧光性生物碱等高产细胞的选择特别适用。当要挑选的化合物无色时，可以用小量快速定量法挑选之。这对免疫分析系统的建立也是很有效的。如可以使用吲哚生物碱分析来进行高产长春花等的培养系统的选择，也可依靠高压液相色谱法或气相色谱法来选择泛醌的高产细胞等。今后还希望把特定生理活性作为生物鉴定指标来进行药用物质生产。
目前研制培养基，一般是依靠经验。进行细胞选择时多以诱发愈伤组织和促进植株成长作为标志，而细胞成长和物质生产常相矛盾，因此需要研制不同培养基。这就要求采用两步法，使细胞成长和物质生产分开进行。莽草宁的生产就是成功的例子。我们还正在应用咖啡细胞培养来进行咖啡碱生产。目前选择高产细胞，还停留在继代选择上，常使生产能力逐渐下降，为了稳定生产能力，也要分别研制培养基。至于利用诱导变异株或耐药性等来进行选择，则将期待于进一步研究。
再分化植株的培育和器官培养
生物合成产品贮存的部位限定在植物特殊器官的有用成分，用愈伤组织或细胞悬浮培养方法进行生产都是相当困难的。但利用器官分化的方法对乳管中储存的生物碱、天然胶以及分泌组织中存在的精制油等进行生产则是积极可行的。
罂粟在乳管中贮存着含有吗啡和可待因的鸦片生物碱。但这种植物培养的愈伤组织不含吗啡型生物碱，却有原鸦片碱、玉兰碱和正血根碱等。从（±）- 羟基链霉素的变换试验来看，（-）-（R）- 羟基链霉素可以抑制向吗啡型转化的代谢系统。从愈伤组织取得的拟分生组织，通过调整培养基和光照，长成芽原基和胚状体。再利用低温培养和调整光周期，分化成具有正常叶片的小苗，最后在无激素的培养基上长成15厘米左右的幼株。由此得到各分化阶段组织中的生物碱含量说明，吗啡、可待因和替巴因等成分存在于茎叶完全的再分化植株之中，其含量与实生苗幼株几乎相等，甚至略高。而在芽或小苗分化阶段其含量极低。（表）而用酶免疫分析法对分化程度很低的愈伤组织进行定量分析时发现，唯有绿化愈伤组织含微量的吗啡生物碱（4 ~ 8 μg/100 g干重）。
试验表明，大红罂粟（P. brateatum）组织培养吗啡碱的生成必须借助于乳管的分化。这种植物都储存着替巴因，而在2，4-D培养基上生长的愈伤组织中却不存在，但原植株几乎没有的血根碱则有出现。在含有BA（卞基腺嘌呤）或IBA（吲哚丁酸）的培养基上所生成的罂粟愈伤组织、幼苗、拟分生组织的混合体和在同样的无激素条件下利用继代培养所得到的幼株，其替巴因的含量都从几Pg/g（鲜重）增加到100 μg/g（鲜重）。通过光学或电子显微镜检验得出乳管细胞的比例是，替巴因含量在0.1 μg以下（主要是愈伤组织）为0，0.1 ~ 1.0 μg的（苗和拟分生组织）为60%，1 μg以上（所有幼苗）为100%。此外，将一部分培养物的细胞壁进行酶法分解，用密度梯度离心法分层后发现乳管细胞原生质体的替巴因含量比其他的原生质体混合物要增大15 ~ 20倍。
虽然做了上述试验，但仍有不少关于愈伤组织、细胞悬浮培养生成吗啡生物碱的报道。这说明尽管乳管是储存生物碱的主要场所，但其生物合成前体形成并不限定于乳管之中。因此，愈伤组织在继代培养中生物碱生成完全消失的结论尚不能肯定。
通过脱分化的朝鲜参愈伤组织可以生产皂化苷，但为了大批量生产必须使其再分化，为此要先将在含高浓度激动素条件下已分化了茎、叶、根的幼株进行分离，再按根的化学调节进行大量培养，建立含有与原植物相近的皂化苷的培养系统。这是利用器官培养开了比栽培作物要快得多的高速生产的免例。最近人们还发现山嵛菜的辛辣成分（黑芥子苷和芥子酶），在山嵛菜分化程度越高时，生产能力也越高。此外，还有从毛地黄或大黄根分离出来的蒽醌和从毛地黄茎叶分出来的强心糖苷，都说明用分化器官培养产生有用物质是大有希望的。
为满足新药生产的需要，大型快速繁殖法越来越受人们的重视。这种方法是用茎尖培养取得幼株，然后再进行幼株培育，不仅能确保品质优良的新药资源，而且可以使质量达到均一。
与分化有关的技术是将由根野杆菌感染的植物细胞的m质粒，转入根中，得到生长良好的毛状根，作为有用物质生产的材料。这在一部分生物碱生产中已有可用的结果。
在胁强条件下的培养
近年来，用植物细胞培养作为材料，已对杀菌素、光诱导性类黄酮和花青素（花色苷）等的诱导机制，进行了分子水平的阐明。杀菌素的生成，是植物对微生物感染的一种抵抗反应。它是利用微生物的细胞壁多糖或糖蛋白等诱导物质诱导生成的，在菜豆细胞进行培养时，为了较好地掌握诱导物质的处理，必须考虑转录水平的调节作用所引起的信使核糖核酸模型的急骤变化，杀菌素生物合成酶的变化及植物本身所具备的内在诱导物质或重金属等非生物诱导物质的变化。
杀菌素或单纯的类黄酮，尽管当前在药物学方面并不重要，可是今后，随着细胞工程学不断发展及其诱导机制在分子水平上的阐明，这些有用物质的诱导生产将是完全可能的。当前光、热处理、诱导物质等作为胁强条件的优劣或由胁强的种类而导致代谢系统的差异，尚未判明，而今后为有用物质生产的实际应用却必须加以阐明。
现已从组织培养取得的植物杀菌素有豆科的异黄酮、芋类的倍半萜烯、茛菪的异香豆素、吖啶酮生物碱和茄科的聚乙炔等。从桑的愈伤组织中单独离出来的类黄酮的附加物与新药桑根皮等的降压成分有关。
在原植物含量甚微的化合物，通过细胞培养出现了大量生长的异常代谢现象。这些物质可能是在胁强条件下生成的化合物。罂粟的细胞培养，用来源于微生物的诱导物质进行处理时，血根碱的生长呈大幅度上升。甘草愈伤组织的新生物合成途径的产物查耳酮和胁强也有相关性。中药甘草的甜味，主要决定于皂角苷。其含类黄酮的部分，具有抗胃溃疡的活性，因此药学界都很感兴趣。
固定化植物细胞的利用和渗透处理
植物细胞固定化的优点是可将细胞保护好提高操作效率。用其进行生物产物生产，一方面其技术容易在工业上应用，另一方面它有稳定的代谢能力，可保持细胞间紧密的相互作用并可在生理方面通过控制生长的办法来促进次生代谢系统。以前要重新合成植物细胞成分，就要从前体经过多步转换和酶的转换才能得到。而现在在实验室按照生物合成的方法，利用固定的罂粟细胞进行可待因酮到可待因的还原反应，可以长时期保持比游离细胞高的转换能力。当然固定化细胞也好，游离细胞也好，都要放在最适培养基上，这样生产效率才有可能上升。特别是游离出不作特殊处理的成分，更要用在细胞蓄存成分的培养系统。试用有机溶剂进行细胞的渗透处理，使其成分放出，要比直接用固定细胞损失少，提高生产率。例如上述甘草固定化细胞培养一周后用5%的二甲基亚砜处理30分钟，查耳酮可显著放出；再培养一周后用10%二甲基亚砜处理，还能放出一些来；而游离细胞经最初的5%二甲基亚砜处理，异黄酮放出后即完全停止生成。
以上概述了利用组织培养方法生产有用物质的现状，可见利用植物细胞特有的外加物质的转换反应是大有希望的。值此从试验室逐步转入到实际生产之际，对大量培养、快速生长的机制等许多问题必须深入研究。另一方面植物基因导入、细胞融合的次生代谢系统的发现和应用以及亚细胞水平的细胞器特有反应的有效利用等不久的将来都可变为现实。
[组织培养（日）11 -（13），1985]