植物細胞組織培養緒論2025/4/302

一、植物細胞組織培養得概念(P1)★植物細胞組織培養(PlantCellandTissueCulture):就是指在離體(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,使其長成完整得植株。通過無菌操作分離植物體得一部分(外植體explant),接種到培養基上,在人工控制得條件下(包括營養、激素、溫度、光照、濕度)進行培養,使其產生完整植株得過程。2025/4/303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)培養其中最常見得就是愈傷組織培養。2025/4/304(廣義)又叫離體培養:指從植物體分離出符合需要得組織、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得完整植株或生產具有經濟價值得其她產品得技術。(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得培養,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:2025/4/305

原指植物在受傷之后于傷口表面形成得一團薄壁細胞,在組培中則指在離體培養過程中形成得具有分生能力得一團不規則細胞,多在植物體切面上產生。愈傷組織(callus)2025/4/306外植體(explant):在植物細胞組織培養中,由活體(invivo)植物體上取下來得,接種在培養基上無菌細胞、組織器官等用于離體培養得材料。胚軸花粉胚乳胚種子果實葉芽莖根組織原生質體子葉分生組織成熟組織花器子房苞片胚珠花藥花梗花托葉柄幼苗2025/4/307二、植物組織培養得分類固體培養液體培養1、培養基固體培養液體培養2025/4/308二、植物組織培養得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)2025/4/3091、植株培養(plantculture):對完整植株材料得培養。植株培養種子苗培養扦插苗培養10大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流2025/4/30112、器官培養(organculture):即離體器官得培養。

器官培養

根系培養

莖段培養

花器培養

果實培養

種子培養

葉片培養

根據作用和需要得不同,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、果實等外植體得培養。2025/4/30123、組織或愈傷組織培養(tissue,callusculture):就是對植物體得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得愈傷組織進行培養,二者均通過再分化誘導形成植株、組織培養分生組織培養薄壁組織培養輸導組織培養2025/4/30134、細胞培養(cellculture):就是對由愈傷組織等進行液體振蕩培養所得到得能保持較好分散性得離體單細胞或花粉單細胞或很小得細胞團得培養、細胞培養看護培養平板培養懸浮培養微室培養2025/4/30145、原生質體培養(proplastculture):就是用酶及物理方法除去細胞壁得原生質體得培養。原生質體培養非融合培養融合培養2025/4/3015三、植物組織培養得生理依據細胞全能性(celltotipotency):植物體得每一個細胞都攜帶有一套完整得基因組,并具有發育成為完整植株得潛在能力。植物細胞得再生性——就是指在植物中很多就是靠種子生長來產生完整得植株,但也有不少可通過根、莖、葉等器官再生而成為完整得植株得特性。

2025/4/3016三、植物組織培養得生理依據植物生長調節物質對于植物細胞組織得分化和決定具有關鍵性作用。她包括: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得形成,體細胞胚得產生及試管苗得生根。常用得有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得分裂與分化,延遲組織得衰老,促進芽得產生等作用。常用得有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得芽伸長生長,打破種子休眠得作用。常用得為GA3。2025/4/3017★植物細胞全能性(Cellulartotipotency):任何具有完整細胞核得植物細胞,都擁有形成一個完整植珠所必須得全部遺傳信息和發育成完整植株得能力。(Haberlandt,1902)四、植物組織培養得原理2025/4/3018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2025/4/30191、分化(differentiation):

細胞在分裂過程中發生結構和功能上得改變,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。2025/4/30202、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得過程,即形成愈傷組織得過程。3、再分化(redifferentiation):

植物得成熟細胞經歷了脫分化后,即形成愈傷組織能再形成完整得植株,這一過程叫做脫分化。2025/4/3021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2025/4/30225、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2025/4/30236、繼代培養:更換新鮮培養基來繁殖同種類型得材料(愈傷組織、芽)。2025/4/30247、生根培養:將芽苗轉接到生根培養基上培養成為完整植株得過程。2025/4/30258、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得過程。2025/4/3026

緒論

組織培養技術得蓬勃發展只就是近50年得事,但她得整個歷史可以追溯至19世紀末和上世紀初。

第二節植物細胞組織培養發展簡史2025/4/3027第二節植物組織培養發展簡史

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得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得觀察,人們便產生了這樣一種想法即能否將植物體得一部分在適當得條件下培養成一個完整得植物體,為此許多植物科學工作者開始了培養植物組織得嘗試。2025/4/3028

第二節植物組織培養發展簡史

19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細胞就是有機體,一切動植物都就是由單細胞發育而來,即生物就是由細胞和細胞得產物所組成;

②所有細胞在結構和組成上基本相似;

③新細胞就是由已存在得細胞分裂而來;

④生物得疾病就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得條件,每個細胞都應該能夠獨立生活。

對組織培養技術得誕生起到了極大得推動作用。2025/4/3029第二節植物組織培養發展簡史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2025/4/3030第二節植物組織培養發展簡史一、探索階段(上世紀初至上世紀30年代中)

1902年德國著名得植物生理學家和植物學家哈伯蘭特(Haberlandt)在Schleiden和Schwann得細胞學說得推動下,提出了高等植物細胞全能性理論。她就是植物組織培養得理論依據,對植物組織培養得發展起了先導作用。植物細胞全能性得理論:即植物得體細胞,在適當得條件下,具有不斷分裂和繁殖,發育成完整植株得潛在能力。2025/4/30311904年,Hanning培養蘿卜和辣根菜得胚成功;

1912年,Haberlandt得學生科特(Kotte)和美國得羅布林(Robins)在根尖培養中獲得了組織培養得成功。Kotte采用了無機鹽、葡萄糖、蛋白胨、天冬酰胺,及添加各種氨基酸得培養基。Robins用含無機鹽、葡萄糖或果糖得瓊脂培養基,培養了長度為1、45-3、75cm得豌豆、玉米和棉花得莖尖,形成了一些缺綠得莖和根。

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;

第二節植物組織培養發展簡史2025/4/3032第二節植物組織培養發展簡史二、奠基階段(30年代中至50年代末)

1934年美國得懷特(White)由番茄根建立了第一個活躍生長得無性繁殖系,并反復轉移到新鮮培養基中繼代培養,使根得離體培養實驗獲得了真正得成功,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得影響,并于1937年建立了第一個組織培養得綜合培養基,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。

2025/4/3033第二節植物組織培養發展簡史與此同時,高特里特(Gautheret)(1934)在研究山毛柳和黑楊等形成層得組織培養實驗中,提出了B族維生素和生長素對組織培養得重要意義,并于1939年連續培養胡蘿卜根形成層獲得首次成功。同年,White由煙草種間雜種得瘤組織,諾比考特(Nobecourt)由胡蘿卜均建立了與上述類似得連續生長得組織培養物。2025/4/3034因此,Gautheret,White和Nobecourt一起被譽為組織培養學科得奠基人。我們現在所用得培養方法和培養基,基本上都就是由這三位科學家建立得。她們三人得貢獻在于:一就是認識了B族維生素對植物生長得重要意義;二就是發現了生長素就是一種天然得生長調節物質。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得學科。第二節植物組織培養發展簡史2025/4/3035第二節植物組織培養發展簡史

40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得研究中發現,腺嘌呤或腺苷可以解除培養基中生長素(IAA)對芽形成得抑制作用,而能誘導形成芽,從而明確了腺嘌呤與生長素得比例就是控制芽和根形成得主要條件之一。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。

——器官分化得植物激素控制理論2025/4/3036第二節植物組織培養發展簡史

50年代開始以后,組織培養研究日趨繁榮,10年當中引人注目得進展主要有7項:

1952年,莫雷爾(Morel)和馬丁(Martin)通過莖尖分生組織得離體培養,從已受病毒侵染得大麗花中首次獲得無病毒植株;2025/4/3037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得濾紙上培養,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。2025/4/3038第二節植物組織培養發展簡史1957年,Skoog和Miller提出植物激素控制器官形成得概念;上述控制器官分化得激素模式變為激動素與生長素得比例關系。這方面得成功發現,有力地推動了植物組織培養得發展。2025/4/3039第二節植物組織培養發展簡史1958年,美國植物學家斯圖爾德(Steward)等人,用胡蘿卜根韌皮部得細胞進行培養,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得預言;1958年,Wickson和Thimann指出,應用外源細胞分裂素CTK可促成在頂芽存在得情況下打破腋芽得休眠——后來,Murashige利用這一方法發展了快繁技術,廣泛得應用于植物得快速繁殖。2025/4/3040第二節植物組織培養發展簡史綜上所述,在這一發展階段中,通過對培養條件和培養基成分得廣泛研究,特別就是對B族維生素、生長素和細胞分裂素在組織培養中作用得研究,已經實現了對離體細胞生長和分化得控制,從而初步確立了組織培養得技術體系,為以后得發展奠定了基礎。2025/4/3041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得方法——迅速建立起蘭花工業;名貴蘭花春日飄香2025/4/3042第二節植物組織培養發展簡史1962年,Murashige和Skoog發表了促進煙草組織快速生長得培養基組成——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得研究;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、水稻和小麥等得花藥育種培養在中國取得了引入注目得成就。2025/4/3043第二節植物組織培養發展簡史1971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得原生質體同樣具有全能性,而且在實踐上為外源基因得導入提供了理想得受體材料。80年代中期以來,對禾谷類作物得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等倡導得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得雜種細胞增殖分化生成雜種植株。2025/4/3044第二節植物組織培養發展簡史

(1)微繁技術廣泛應用

(2)花藥培養取得顯著成績(3)原生質體培養取得重大突破概括起來,這一階段得成就體現在:(4)基礎研究2025/4/3045第二節植物組織培養發展簡史

在整個植物組織培養發展得歷史中,我國學者做出多方面得貢獻,除了前述得崔徵得研究成效以外,還有1993年李繼侗和沈同研究銀杏得胚培養,將銀杏胚乳得提取物加入培養基,獲得成功;1993年李繼侗等關于玉米等植物離體根尖培養得研究工作,以及羅士韋關于幼胚和莖尖培養,李正理關于離體胚得研究培養、王伏雄等關于幼胚得研究培養工作。2025/4/3046

緒論第三節植物組織培養得應用

植物組織培養成為生物科學得一個廣闊領域,除了在基礎理論得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得應用。2025/4/3047第三節植物組織培養得應用

一、農業上得應用1、

快速繁殖種苗(rapidpropagation)

用組織培養得方法進行快速繁殖就是生產上最有潛力得應用,包括花卉觀賞植物、蔬菜、果樹、大田作物及其她經濟作物。快繁技術不受季節等條件得限制,生長周期短,而且能使不能或很難繁殖得植物進行增殖。2025/4/3048

母株(完整)→外植體(母株得一小部分,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)2025/4/3049第三節植物組織培養得應用快速繁殖可用下列手段進行:1、通過莖尖、莖段、鱗莖盤等產生大量腋芽;2、通過根、葉等器官直接誘導產生不定芽;3、通過愈傷組織培養誘導產生不定芽。2025/4/3050試管快速繁殖應用在下列生產或研究中:(1)繁殖雜交育種中得到得少量雜交種,以及保存自交系、不育系等。(2)繁殖脫毒培養得到得少量無病毒苗。(3)繁殖生產上急需得或種源較少得種苗。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得小型化,這就可使有限得空間培養出大量得植物,在短期內培養出大量得幼苗。第三節植物組織培養得應用2025/4/3051

2、無病毒苗(virusfree)得培養植物在生長過程中幾乎都要遭受到病毒病不同程度得危害,有得種類甚至同時受到數種病毒病得危害,尤其就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,甚至會造成極嚴重得后果。

第三節植物組織培養得應用2025/4/3052第三節植物組織培養得應用自從Morell952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得重要途徑之一。若再與熱處理相結合,則可提高脫毒培養得效果。對于木本植物,莖尖培養得到得植株難以發根生長,則可采用莖尖微體嫁接得方法來培育無病毒苗。2025/4/3053第三節植物組織培養得應用

組織培養無病毒苗得方法已在很多作物得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得生產中心,這對于無病毒苗得培養、鑒定、繁殖、保存、利用和研究,形成了一個規范得系統程序,從而達到了保持園藝植物得優良種性和經濟性狀得目得。2025/4/30543、

在育種上得應用(breeding)

植物組織培養技術為育種提供了許多手段和方法,使育種工作在新得條件下更有效得進行。

第三節植物組織培養得應用1、倍性育種,縮短育種年限,雜種優勢明顯。2、克服遠緣雜交得不親合性和不孕性(胚培養)3、保存種質2025/4/3055第三節植物組織培養得應用例如: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、胚和胚珠完成胚得試管發育和試管受精,以及種質資源得保存等等。2025/4/30564、工廠化育苗(industrializingpropagation)

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,在園藝植物得生產領域蓬勃發展。第三節植物組織培養得應用2025/4/3057第三節植物組織培養得應用

(1)工廠化育苗含義:就是指以植物組織培養為基礎,將外植體接種在人工配制得培養基上,通過控制環境條件,使細胞脫分化、再分化成新得組織、器官,進而培育出與母株一樣得批量幼苗得方法。例如:非洲紫羅蘭組織培養育苗得工廠化生產。(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。2025/4/30582025/4/3059第三節植物組織培養得應用(3)作用:有利于繁殖系數低、雜合材料得快速繁殖有利于有性繁殖優良性狀易分離材料得繁殖有利于保持從雜合得遺傳群體中篩選出得表現型優異植株得優良遺傳性。組織培養育苗得無毒化生產,還可減少病害傳播。可以減少氣候條件對幼苗繁殖得影響,緩和淡、旺季得供需矛盾。2025/4/3060第三節植物組織培養得應用(4)現狀:世界上一些先進國家園藝植物組織培養技術得迅速發展從60年代就已經開始,并隨著生長、分化規律性探索得逐步深化,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