2023/9/251第一章 緒

論講授內容第一節植物組織培養的一般概念第二節植物組織培養的發展第三節植物組織培養的應用2023/9/252第一節植物組織培養的一般概念2023/9/253一、植物細胞組織培養的概念（P1）★植物細胞組織培養（Plant

Cell

and

Tissue

Culture）：是指在離體（invitro）條件下利用人工培養基（medium）對植物器官、組織、細胞、原生質體等進行培養，使其長成完整的植株。通過無菌操作分離植物體的一部分（外植體

explant），接種到培養基上，在人工控制的條件下（包括營養、激素、溫度、光照、濕度）進行培養，使其產生完整植株的過程。主要有:原生質體（Protoplast）培養懸浮細胞培養組織（愈傷組織Callus、莖尖分生組織）培養器官（胚，花藥，子房，根和莖）培養其中最常見的是愈傷組織培養。2023/9/254（廣義）又叫離體培養：指從植物體分離出

符合需要的組織、器官或細胞、原生質體等，通過無菌操作，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

的其他產品的技術。2023/9/255（狹義）組織培養：指用植物各部分組織，如形成層、薄壁組織、葉肉組織、胚乳等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愈傷組織的培養，愈傷組織再經過再分化形成再生植物。植物細胞組織培養范疇：2023/9/256原指植物在受傷之后于傷口表面形成的一團薄壁細胞，在組培中則指在離體培養過程中形成的具有分生能力的一團不規則細胞，多在植物體切面上產生。愈傷組織（callus）2023/9/257外植體（explant）：在植物細胞組織培養中，由活體（in

vivo）植物體上取下來的，接種在培養基上無菌細胞、組織器官等用于離體培養的材料。花粉胚乳種子莖芽根原生質體胚

子葉胚軸分生組織組織成熟組織子房

花器胚珠花藥花梗花托苞片葉柄

葉果實幼苗2023/9/258二、植物組織培養的分類固體培養液體培養1.培養基固體培養液體培養2023/9/259二、植物組織培養的分類植株培養器官培養組織培養細胞培養原生質體培養2、組織培養按培養對象可分為（外植體）2023/9/25101.

植株培養(plant

culture)：對完整植

株材料的培養。植株培養種子苗培養扦插苗培養2023/9/25112.

器官培養(organ

culture):即離體器種子培養官的培養。根據作用和需要的不同，可以包括分離莖尖、莖

段、根尖、葉片、葉原基、子葉、花瓣、雄蕊、雌蕊、胚珠、胚、子房、果實等外植體的培養。器官培養根系培養莖段培養葉片培養花器培養果實培養組織培養3. 組織或愈傷組織培養(tissue，callus

culture)

：是對植物體的各部分組織進行培養，如莖尖分生組織、形成層、木質部、韌皮部、表皮組織、胚乳組織和薄壁組織等等；或對由植物器官培養產生的愈傷組織進行培養，二者均通過再分化誘導形

成植株.分生組織培養薄壁組織培養輸導組織培養2023/9/25124.細胞培養(cell

culture)：是對由愈傷組織等進行液體振蕩培養所得到的能保持較好分散性的離體單細胞或花粉單細胞或很小的細胞團的培養.細胞培養看平懸微護板浮室培培培培養養養養2023/9/25135.原生質體培養(proplast

culture)：是用酶及物理方法除去細胞壁的原生質體的培養。原生質體培養非融合培養融合培養2023/9/2514三、植物組織培養的生理依據2023/9/2515細胞全能性(celltotipotency)：植物體的每一個細胞都攜帶有一套完整的基因組，并具有發育成為完整植株的潛在能力。植物細胞的再生性——是指在植物中很多是靠

種子生長來產生完整的植株，但也有不少可通過根、莖、葉等器官再生而成為完整的植株的特性。三、植物組織培養的生理依據2023/9/2516植物生長調節物質對于植物細胞組織的分化和決定具有關鍵性作用。它包括：生長素類、細胞分裂素類、赤霉素、脫落酸、乙烯等生長素類主要用于愈傷組織的形成，體細胞胚的產生及試管苗的生根。常用的有2,4-D、NAA、IBA、IAA等。其作用強弱為2,4-D>NAA>IBA>IAA。細胞分裂素類則有促進細胞的分裂與分化，延遲組織的衰老，促進芽的產生等作用。常用的有Zip(異戊烯腺嘌呤)、KT、6-BA、ZT等作用強弱順序為。Zip>KT>6-BA>ZT。赤霉素則有促進已分化的芽伸長生長，打破種子休眠的作用。常用的為GA3。2023/9/2517★植物細胞全能性（Cellular

totipotency）：任何具有完整細胞核的植物細胞，都擁有形成一個完整植珠所必須的全部遺傳信息和發育成完整植株的能力。（Haberlandt,

1902）四、植物組織培養的原理細胞全能性證實？胡蘿卜根韌皮部細胞懸浮培養體細胞胚完整小植株證實全能性1958年，Steward和Shantz誘導2023/9/25181.分化（differentiation）:細胞在分裂過程中發生結構和功能上的改變，從而在個體發育中形成各類組織和器官完成整個生活周期。2023/9/2519脫分化(dedifferentiation):在細胞組織培養中，一個成熟細胞或分化細胞轉變恢復分生能力成為分生

狀態的過程，即形成愈傷組織的過程。再分化(redifferentiation):植物的成熟細胞經歷了脫分化后，即形成愈傷組織能再形成完整的植株，這一過程叫做脫分化。2023/9/25202023/9/2521初代培養繼代培養生根培養馴化移栽4.植物組織培養一般過程5.初代培養：芽、莖段、葉片、花、器官等外植體在離體培養條件下誘導愈傷組織、側芽或不定芽、胚狀體過程2023/9/25226.繼代培養： 更換新鮮培養基來繁殖同種類型的材料（愈傷組織、芽）。2023/9/25237.生根培養：將芽苗轉接到生

根培養基上培養成為完整植株的過程。2023/9/25248.馴化移栽：組培苗經人工煉苗后移栽到馴化苗床上使之適應露地或保護地條件的過程。2023/9/2525緒

論2023/9/2526第二節 植物細胞組織培養發展簡史組織培養技術的蓬勃發展只是近

50年的事，但它的整個歷史可以追溯至19世紀末和上世紀初。第二節 植物組織培養發展簡史2023/9/2527

植物組織培養與細胞培養開始于19世紀后半葉，當時植物細胞全能性的概念還沒有完全確定，但基于對自然狀態下某些植物可以通過無性繁殖產生后代的觀察，人們便產生了這樣一種想法即能否將植物體的一部分在適當的條件下培養成一個完整的植物體，為此許多植物科學工作者開始了培養植物組織的嘗試。第二節植物組織培養發展簡史2023/9/252819世紀30年代，德國植物學家施萊登(M.J.Schleiden，1804—1881)和德國動物學家施旺(T.Schwann,1810—1882)創立了細胞學說：①細胞是有機體，一切動植物都是由單細胞發育而來，即生物是由細胞和細胞的產物所組成；②所有細胞在結構和組成上基本相似；③新細胞是由已存在的細胞分裂而來；④生物的疾病是因為其細胞機能失常。根據這一學說，如果給細胞提供和生物體內一樣的條件，每個細胞都應該能夠獨立生活。對組織培養技術的誕生起到了極大的推動作用。第二節 植物組織培養發展簡史2023/9/2529植物組織培養發展簡史可劃分為三個階段：一、探索階段二、奠基階段三、迅速發展階段第二節 植物組織培養發展簡史2023/9/2530一、探索階段（上世紀初至上世紀30年代中） 1902年德國著名的植物生理學家和植物學家哈伯蘭特（Haberlandt） 在Schleiden和Schwann的細胞學說的推動下，提出了高等植物細胞全能性理論。它是植物組織培養的理論依據，對植物組織培養的發展起了先導作用。植物細胞全能性的理論：即植物的體細胞，在適當的條件下，具有不斷分裂和繁殖，發育成完整植株的潛在能力。1904年，Hanning培養蘿卜和辣根菜的胚成功；

1912

年，Haberlandt

的學生科特（

Kotte

）和美國的羅布林（Robins）在根尖培養中獲得了組織培養的成功。

Kotte采用了無機鹽、葡萄糖、蛋白胨、天冬酰胺，及添加各種氨基酸的培養基。Robins用含無機鹽、葡萄糖或果糖的瓊脂培養基，培養了長度為1.45-3.75cm的豌豆、玉米和棉花的莖尖，形成了一些缺綠的莖和根。Laibach（1925,1929）亞麻種間雜種胚培養成功，證明胚培養在植物遠緣雜交上可利用；2023/9/2531第二節植物組織培養發展簡史第二節植物組織培養發展簡史2023/9/2532二、奠基階段（30年代中至50年代末）1934年美國的懷特（White）由番茄根建立了第一個活躍生長的無性繁殖系，并反復轉移到新鮮培養基中繼代培養，使根的離體培養實驗獲得了真正的成功，并在以后28年間培養了1600代。之后，White又以小麥根尖為材料，研究了光、溫度、通氣、pH值、培養基組成等各種培養條件對生長的影響，并于1937年建立了第一個組織培養的綜合培養基，其成分均為已知化合物，包括3種B族維生素，即吡哆醇、硫胺素和煙酸，該培養基后來被定名為White培養基。第二節植物組織培養發展簡史2023/9/2533與此同時，

高特里特

（

Gautheret

） (1934)

在研究山毛和黑楊等形成層的組織培養實驗中，提出了B族維生素和生長素對組織培養的重要意義，并于1939年連續培養胡蘿卜根形成層獲得首次成功。同年，

White

由煙草種間雜種的瘤組織，Nobecourt）由胡蘿卜均建立了與上述類似的連續生長的組織培養物。諾比因此，Gautheret，White和Nobecourt一起被譽為組織培養學科的奠基人。我們現在所用的培養方法和培養基，基本上都是由這三位科學家建立的。他們三人的貢獻在于：一是認識了B族維生素對植物生長的重要意義；二是發現了生長素是一種天然的生長調節物質。后來，White于1943年發表了《植物組織培養手冊》專著，使植物組織培養開始成為一門新興的學科。2023/9/2534第二節植物組織培養發展簡史第二節植物組織培養發展簡史2023/9/253540年代斯庫克（Skoog）和崔澂在煙草莖切段和髓培養以及器官形成的研究中發現，腺嘌呤或

腺苷可以解除培養基中生長素(IAA)對芽形成的抑制作用，而能誘導形成芽，從而明確了腺嘌呤與

生長素的比例是控制芽和根形成的主要條件之一。即細胞分裂素與生長素比例高時，產生芽；這一比例低時，則形成根；相等則不分化，形成愈傷組織。——器官分化的植物激素控制理論第二節植物組織培養發展簡史2023/9/253650年代開始以后，組織培養研究日趨繁榮，10年當中引人注目的進展主要有7項：1952年，莫雷爾（Morel）和馬丁（Martin）通過莖尖分生組織的離體培養，從已受病毒侵染的大麗花中首次獲得無病毒植株；第二節植物組織培養發展簡史1953-1954年繆爾（Muir）把單細胞放在一張鋪在愈傷組織上面的濾紙上培養，使細胞發生了分裂，即實施了看護接種技術，使單細胞培養獲得初步成功。1955年米勒（Miller）等人發現了激動素（kinetin）。不久即知道激動素可以代替腺嘌呤促進發芽，并且效果可增加3萬倍。2023/9/2537第二節植物組織培養發展簡史2023/9/25381957年，Skoog和Miller提出植物激素控制器官形成的概念；上述控制器官分化的激素模式變為激動素與生長素的比例關系。這方面的成功發現，有力地推動了植物組織培養的發展。第二節植物組織培養發展簡史2023/9/25391958年，美國植物學家斯圖爾德（Steward）等人，用胡蘿卜根韌皮部的細胞進行培養，得到了完整植株，并且這一植株能夠開花結實，首次證實了Haberlandt在五十多年前關于細胞全能性的預言；1958年，Wickson和Thimann指出，應用外源細胞分裂素

CTK可促成在頂芽存在的情況下打破腋芽的休眠——后來，Murashige利用這一方法發展了快繁技術，廣泛的應用于植物的快速繁殖。第二節植物組織培養發展簡史2023/9/2540綜上所述，在這一發展階段中，通過對培養條件和培養基成分的廣泛研究，特別是對B族維生素、生長素和細胞分裂素在組織培養中作用的研究，已經實現了對離體細胞生長和分化的控制，從而初步確立了組織培養的技術體系，為以后的發展奠定了基礎。第二節植物組織培養發展簡史三、迅速發展階段

1960年，科金（Cocking）——開創植物原生質體培養和體細胞雜交研究工作。（用真菌纖維素酶從番茄幼根分離得到活性原生質體）；

同年，Kanta——植物試管受精首次成功。

1960年，Morel——提出了一個莖尖離體無

性繁殖蘭花的方法——迅速建立起蘭花工業；名貴蘭花春日飄香2023/9/2541第二節植物組織培養發展簡史2023/9/25421962年，Murashige和Skoog發表了促進煙草組織快速生長的培養基組成——MS培養基；1964年印度固哈（Guha）和馬海舒瓦瑞（Maheshwari）成功地在毛葉曼陀羅花藥培養中，由花粉誘導得到單倍體植株，從而促進了花藥和花粉培養的研究；以后相繼在煙草、水稻、小麥、玉米、番茄、辣椒、草莓、蘋果等多種植物培養中獲得成功，其數目達到160多種，其中煙草、水稻和小麥等的花藥育種培養在中國取得了引入注目的成就。第二節植物組織培養發展簡史2023/9/25431971年，Takebe等在煙草上首次由原生質體獲得了再生植株，這不僅在理論上證明了無壁的原生質體同樣具有全能性，而且在實踐上為外源基因的導入提供了理想的受體材料。

80年代中期以來，對禾谷類作物的原生質體培養也相繼告捷，

在這方面中國學者做出了重要貢獻。1973年Carlson等通過兩個煙草物種之間原生質體融合，獲得了第一個體細胞雜種，Cocking等倡導的原生質體培養和體細胞雜交，研究得到了迅速發展，已經能使矮牽牛和煙草屬的雜種細胞增殖分化生成雜種植株。第二節植物組織培養發展簡史2023/9/2544概括起來，這一階段的成就體現在：微繁技術廣泛應用花藥培養取得顯著成績原生質體培養取得重大突破基礎研究第二節植物組織培養發展簡史2023/9/2545在整個植物組織培養發展的歷史中，我國學者

做出多方面的貢獻，除了前述的崔徵的研究成效以外，還有1993年李繼侗和沈同研究銀杏的胚培養，將銀杏

胚乳的提取物加入培養基，獲得成功；1993年李繼侗等關于玉米等植物離體根尖培養的研究工作，以及羅士韋關于幼胚和莖尖培養，李正理關于離體胚的研究培養、王伏雄等關于幼胚的研究培養工作。緒

論2023/9/2546第三節 植物組織培養的應用植物組織培養成為生物科學的一個廣闊領域，除了在基礎理論的研究上占有重要地位以外，還在農業生產中也得到越來越廣泛的應用。第三節 植物組織培養的應用2023/9/2547一、農業上的應用1.

快速繁殖種苗(rapid

propagation)用組織培養的方法進行快速繁殖是生產上最有潛力的應用，包括花卉觀賞植物、蔬菜、果樹、大田作物及其他

經濟作物。快繁技術不受季節等條件的限制，生長周期短，而且能使不能或很難繁殖的植物進行增殖。母株（完整）→外植體（母株的一小部分，種子亦可）→接種到培養基上→長芽（繼代增殖）→長根（試管外生根亦可）→練苗，馴化→完整植株★微（快）繁步驟（micropropagation）2023/9/2548第三節 植物組織培養的應用快速繁殖可用下列手段進行：通過莖尖、莖段、鱗莖盤等產生大量腋芽；通過根、葉等器官直接誘導產生不定芽；通過愈傷組織培養誘導產生不定芽。2023/9/2549試管快速繁殖應用在下列生產或研究中：繁殖雜交育種中得到的少量雜交種，以及保存自交系、不育系等。繁殖脫毒培養得到的少量無病毒苗。

(3)繁殖生產上急需的或種源較少的種苗。由于組織培養周期短，增殖率高及能全年生產等特點，加上培養材料和試管苗的小型化，這就可使有限的空間培養出大量的植物，在短期內培養出大量的幼苗。2023/9/2550第三節 植物組織培養的應用2.無病毒苗(virus

free)的培養植物在生長過程中幾乎都要遭受到病毒病不同程度的危害，有的種類甚至同時受到數種病毒病的危害，尤其是很多園藝植物靠無性方法來增殖，若蒙受病毒病，代代相傳，越染越重，甚至會造成極嚴重的后果。2023/9/2551第三節 植物組織培養的應用第三節 植物組織培養的應用2023/9/2552自從Morel

l952年發現采用微莖尖培養方法可得到無病毒苗后，微莖尖培養就成為解決病毒病危害的重要途徑之一。若再與熱處理相結合，則可提高脫毒培養的效果。對于木本植物，莖尖培養得到的植株難以發根生長，則可采用莖尖微體嫁接的方法來培育無病毒苗。第三節 植物組織培養的應用2023/9/2553組織培養無病毒苗的方法已在很多作物的常規生產上得到應用。如馬鈴薯，甘薯，草莓，蘋果，香石竹，菊花等。而且已有不少地區建立了無病毒苗的生產中心，這對于無病毒苗的培養、鑒定、繁殖、保存、利用和研究，形成了一個規范的系統程序，從而達到了保持園藝植物的優良種性和經濟性狀的目的。第三節 植物組織培養的應用2023/9/2554在育種上的應用(breeding)植物組織培養技術為育種提供了許多手段和方法，使育種工作在新的條件下更有效的進行。倍性育種，縮短育種年限，雜種優勢明顯。克服遠緣雜交的不親合性和不孕性（胚培養）保存種質第三節 植物組織培養的應用2023/9/2555例如：用花藥培養單倍體植株；用原生質體進行個體細胞雜交和基因轉移；用子房、胚和胚珠完成胚的試管發育和試管受精，以及種質資源的保存等等。4.工廠化育苗(industrializing

propagation)近年來，組織培養育苗工廠化生產已作為一種新興技術和生產手段，在園藝植物的生產領域蓬勃發展。第三節 植物組織培養的應用2023/9/2556第三節 植物組織培養的應用2023/9/2557（

1

）工廠化育苗含義：是指以植物組織培養為基礎，將外植體接種在人工配制的培養基上，通過控制環境條件，使細胞脫分化、再分化成新的組織、器官，進而培育出與母株一樣的批量幼苗的方法。例如：非洲紫羅蘭組織培養育苗的工廠化生產。（

2

）特點：繁殖快，整齊、一致，無病蟲害，周期短，周年生產，性狀穩定。2023/9/2558第三節 植物組織培養的應用2023/9/2559（3）作用：有利于繁殖系數低、雜合材料的快速繁殖

有利于有性繁殖優良性狀易分離材料的繁殖有利于保持從雜合的遺傳群體中篩選出的表現型優異植株的優良遺傳性。組織培養育苗的無毒化生產，還可減少病害傳播。可以減少氣候條件對幼苗繁殖的影響，緩和淡、旺季的供需矛盾。第三節 植物組織培養的應用2023/9/2560（4）現狀：世界上一些先進國家園藝植物組織培養技術的迅速發展從60年代就已經開始，并隨著生長、分化規律性探索的逐步深化，到了70年代僅花卉業就已在蘭花、百合、非洲菊、大巖桐、菊花、香石竹、矮牽牛等二十幾種花卉幼苗生產上建立起大規模試管苗商品化生產。到1984年世界花卉幼苗產業的生產總值已達20億美元，其中美國花卉幼苗市場總值為6億多美元，日本三友種苗公司有60％的幼苗靠組織培養技術繁殖。1985年僅蘭花一項，在美國注冊的公司就有

100余家，年銷售額在1億美元以上。第三節 植物組織培養的應用2023/9/3061我國采用快速繁殖技術，也使優良品種達到迅速的推廣和應用。如廣東切花菊"黃秀風"的應用，使菊花變大，長勢加強，花色鮮艷，抗病力增強，打開了進入香港市場的渠道，使30多種觀葉植物的推廣很快遍及全國，豐富了人們的生活，并將自然界的幾百個野生金錢蓮品種繁種馴化，培養了一批園林垂直綠化的材料，促進了園林業的發展。第三節 植物組織培養的應用2023/9/3062（

5 ）制約：植物組織培養也存在一定的困難。首先是繁殖效率與商品需要量的矛盾，有些作物由于繁殖方法尚未解決，因而無法滿足生產的需要。其次是在培養過程中如何減少變異株的發生。更重要的是應降低組培苗工廠化生產的成本，只有降低成本，才能更好的投產應用。總之，隨著組織培養這一技術的發展及各種培養方法的廣泛應用，使這一技術在遺傳育種、品種繁育等方面表現出了巨大的潛力，特別是生物工程和工廠化育苗實施以后