9.2.2 植物基因转化受体系统的类型及特性
植物基因转化受体通常有体外培养材料和活体材料两类。利用体外培养材料如原生质体、悬浮培养细胞、愈伤组织、小孢子和原初外植体等作为植物基因转化受体，即通过组织培养和植株再生来实现遗传转化，这是目前基因转化最主要的受体类型。此外，使用活体材料如完整植株、种子、子房或花粉等作为植物基因转化受体也取得了成功。
1.愈伤组织受体系统
不同植物、同一植物的不同基因型或者同一基因型的不同部位被诱导而产生愈伤组织的能力是不同的，诱导产生的愈伤组织分化能力也是不同的，所以建立以愈伤组织为受体的转化系统，必须选用适当时期、适当材料诱导愈伤组织。从不同类型的愈伤组织中挑选分苗能力强的组织块作为受体。愈伤组织作为植物基因转化受体具有以下特点：①愈伤组织是由脱分化的分生细胞组成，易接受外源DNA，转化率较高；②外植体来源广泛，因此应用面比较广；③愈伤组织可继代繁殖，因而愈伤组织培养可获得更多的转化植株；④由愈伤组织再生植株过程中无性系变异可能性较大，转化的外源基因稳定性较差；⑤从外植体诱导的愈伤组织常由多细胞形成，本身就是嵌合体（同一个体中有两个以上的细胞系并存，称之为嵌合体），因而分化的不定芽嵌合体多，增加了转基因再生植株筛选的难度。
2.直接分化芽受体系统
所谓直接分化芽受体系统，是指外植体细胞越过脱分化产生愈伤组织阶段而直接分化出不定芽获得再生植株的系统。通过植物子叶、叶片、茎段、胚轴、茎尖分生组织等已建立了一批植物的再生系统。其特点如下：①不经过愈伤组织诱导阶段，获得再生植株的周期短，操作简单；②体细胞无性系变异小，遗传稳定性高，转化的外源基因也能实现稳定遗传，特别是由茎尖分生细胞建立的直接再生系统遗传稳定性更佳；③不定芽的再生可能起源于单细胞，也可能起源于多细胞，因此起源于多细胞时会产生嵌合体；④目前外植体直接分化成植株诱导频率一般不高，因此其基因转化效率低于愈伤组织再生系统。
3.原生质体受体系统
由于除去了细胞壁屏障，能够直接高效地摄取外源遗传物质，因此原生质体成为植物转基因良好的受体。该系统的特点如下：①除去了细胞壁屏障，转化效率高，适合各种转化方法；②原生质体为游离的单细胞，培养过程中细胞分裂可形成基因型一致的细胞克隆，因此再生的转基因植株的嵌合体少；③易于在相对均匀和稳定的条件下进行准确的转化和鉴定；④原生质体培养周期长、难度大、再生植株困难，许多植物原生质体培养体系还不成熟，转化实验的重复性较差；⑤原生质体培养需经历许多复杂的生长、发育过程，体细胞变异频率高，遗传稳定性差，给转基因后代的鉴定和利用带来很多的困难。
4.细胞系及其体细胞胚受体系统
悬浮培养的植物细胞系，其遗传和生理状态较为一致，通过一定的方法，可使细胞进入胚性状态，进而形成体细胞胚。该受体系统在培养技术上相对于原生质体来说要容易得多，从转化效率的角度讲，又优于其他组织培养系统，因此被认为是最为理想的基因转化受体系统。其主要特点如下：①胚状体由具有卵细胞特征的胚性细胞发育而来，这些胚性细胞是理想的基因转化感受态细胞，遗传转化效率高；②胚性细胞繁殖量大，同步性好，转化后的胚性细胞即可发育成转基因的胚状体及完整的植株；③胚状体的发生多数是单细胞起源的，获得的转化植株嵌合体少，遗传稳定性好；④胚状体具有两极性，在发育过程中可同时分化出芽和根，免去了生根的环节，特别是对于离体培养难以生根的植物而言是一个形成完整植株的有效途径。
5.生殖细胞受体系统
它是以植物生殖细胞如花粉细胞、卵细胞为受体细胞进行基因转化的系统。主要有两条途径：一是利用组织培养技术进行花粉细胞和卵细胞的单倍体培养，诱导产生愈伤组织，进而诱导产生单倍体植株，建立单倍体的基因转化系统；二是直接利用花粉和卵细胞受精过程进行基因转化，如花粉管通道法、花粉粒浸泡法、子房微针注射法等。其主要特点如下：①将生殖细胞直接作为受体细胞，具有更强的接受外源DNA的潜能；②利用单倍体作为转化的受体，避免了基因显隐性的影响，利于性状的选择，通过染色体加倍后即可使基因纯合，缩短了育种的年限；③花粉管通道法和子房微针注射法，利用植物自身的授粉过程，操作简单，受实验室条件限制较小，有利于将现代的分子育种与常规育种紧密结合，也有利于目的基因在转基因后代中稳定表达；④受体系统的建立受到季节的影响大，转化只能在短暂的开花期内进行，且无性繁殖的植物不能采用。
6.叶绿体受体系统
叶绿体遗传系统不遵循孟德尔定律，越来越受到人们的重视。近几年来，叶绿体转化（chloroplast transformation）研究有了很大突破：①随着转基因技术研究的深入，除基因枪转化法外，产生了一些新的转化方法，如农杆菌介导法、玻璃珠法、电击法、纤维注射法、PEG法等；②通过同源重组技术解决了外源基因定点整合到叶绿体基因组的问题；③采用叶绿体特异的启动子和终止子（如光系统Ⅱ作用蛋白基因psbA启动子和终止子、核糖体RNA基因fitI的启动子）实现外源基因的高效表达；④采用筛选标记基因，或在转化前降低受体细胞叶绿体基因组拷贝数等方法实现叶绿体基因组的同质化。一般选用的选择标记基因有突变型16S rRNA基因、npt Ⅱ基因以及gfp基因等。
自1990年Svab等利用基因枪法获得烟草叶绿体转基因植株，并使外源基因获得稳定表达以来，叶绿体基因组转化技术已在拟南芥、马铃薯、油菜、番茄和水稻等高等植物中获得成功应用。叶绿体受体系统与传统的核基因转化相比，有以下几个突出的优点：①叶绿体属于母性遗传，可以防止外源基因随花粉发生逃逸而污染环境，解决了生物学家一直担心的转基因植物安全性问题；②叶绿体基因组倍性高，例如一个烟草叶片细胞就有约100个叶绿体颗粒，每个颗粒又有100多个叶绿体基因组，所以其拷贝数极高，这便造就了外源基因的高表达；③叶绿体基因转化可以通过同源重组等手段实现定点整合，克服了核基因转化的不可预测性，从而也克服了基因沉默现象；④由于大多数叶绿体基因是以多顺反子为转录单位，产生多顺反子mRNA来合成蛋白质，因此由一个启动子引导下的多个外源基因可以同时在叶绿体中表达，实现多个基因的同时表达。