植物组织培养绪论.ppt

植物细胞与组织培养,主讲教师：李素芳 蔡冲 办公室：格致北楼604 联系电话： 86875627 (600E-mail：,生物工程、生物技术专业选修课 以实验技术为主的课程,一般概念,1,发展简史,2,应用领域,3,第一章 绪 论,植物细胞组织培养 离体（in vitro）条件下利用人工培养基（medium）对植物器官、组织、细胞、原生质体等进行培养，使其长成完整植株。,植物细胞组织培养的一般概念,根据植物材料的不同,器官培养（organ culture） （胚、花药、子房、根、茎、叶等） 茎尖分生组织培养（shoot tip culture） 愈伤组织培养（callus culture） 细胞培养（cell culture） 原生质体培养（protoplast culture）,外植体 活体（in vivo）植物体上提取下来的，接种在培养基上的无菌细胞、组织、器官等 多细胞组成 常包括不同的类型,植物细胞组织培养的一般概念,植物细胞组织培养的一般概念,愈伤组织 植物在受伤后于其伤口表面形成的一团薄壁细胞 在人工培养基上由外植体（explant）形成的一团无序生长的薄壁细胞,植物细胞组织培养的一般概念,细胞全能性 指一个完整的植物细胞拥有形成一个完整植株所必须的全部遗传信息 植物细胞组织培养的理论基础 潜在全能性的原因：基因表达的选择性,受精卵、体细胞（如根、茎、叶、子房、花药等） 差异：（1） 受精卵的全能性最高 （2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低,科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株 人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养,植物细胞全能性的表达 脱分化（dedifferentiation) 再分化（redifferentiation),植物细胞组织培养的一般概念,脱分化 在细胞组织培养中，一个成熟细胞或分化细胞（组织）转变成为分生状态的过程，即形成愈伤组织的过程。,植物细胞组织培养的一般概念,再分化或分化 植物成熟细胞经历了脱分化之后，即形成愈伤组织之后，由愈伤组织再形成完整植株的过程。,离体的植物器官、组织、细胞,脱分化,愈伤组织,再分化,根 芽,植物体,植物细胞组织培养步骤,植物细胞组织培养条件：,含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的pH、适时光照等,由脱分化细胞再分化出完整植株的两种途径,器官形成（organogenesis）愈伤组织的不同部位分别形成不定根和不定芽。 体细胞胚胎发生（somatic embryogenesis）在愈伤组织的表面或内部形成类似于合子胚的结构，即胚状体（embryoid）。,体细胞胚胎发育过程 体细胞胚胎的发育过程与合子胚相似，一般经历球形胚、心形胚、鱼雷形胚和子叶胚四个阶段。,一般情况下，愈伤组织中的不定芽是多细胞起源的，易出现嵌合体现象 其器官分化的顺序通常是先芽后根，而如果先分化根，则再出现芽的概率较小，通常被认为是失败的结果。,一般情况下，体细胞胚是单细胞起源的，由体细胞胚发育成的植株各部分在遗传上应当是一致的，不存在嵌合体现象。 只有极少数情况下，由体细胞胚胎发生途径再生的植株也存在嵌合体现象。,植物细胞组织培养的全过程,外植体 （细胞）,愈伤组织,脱分化,不定器官 体细胞胚,完整植株,再分化,植物细胞组织培养的特点,培养条件可以人为控制 细胞组织培养采用的植物材料完全是在人为提供的培养基质和小气候环境条件下进行生长，摆脱了大自然中四季、昼夜的变化以及灾害性气候的不利影响，且条件均一，对植物生长极为有利，便于稳定地进行周年培养生产。,生长周期短，繁殖率高 植物细胞组织培养是由于人为控制培养条件，根据不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培养条件，因此生长较快， 植株也比较小，往往20-30 d为一个周期。,植物细胞组织培养的特点,虽然植物细胞组织培养需要一定设备及能源消耗，但由于植物材料能按几何级数繁殖生产，故总体来说成本低廉，且能及时提供规格一致的优质种苗或脱病毒种苗。,植物细胞组织培养的特点,管理方便，利于工厂化生产和自动化控制 植物细胞组织培养在一定的场所和环境下，人为提供一定的温度、光照、湿度、营养、激素等条件，既利于高度集约化和高密度工厂化生产，也利于自动化控制生产。,是未来农业工厂化育苗的发展方向 与盆栽、田间栽培等相比省去了中耕除草、浇水施肥、防治病虫害等一系列繁杂劳动，可以大大节省人力、物力及田间种植所需要的土地。,植物细胞组织培养的发展简史,探索阶段（1902-1929） 奠基阶段（1933-1958） 迅速发展阶段（1960- ）,探索阶段（1902-1929）,Haberlandt （1902）植物细胞全能性设想 培养小野芝麻、凤眼兰的栅栏组织细胞、虎年万年青属植物的表皮细胞等。 观察到了细胞的生长、细胞壁的加厚，但没看到细胞分裂。,Hanning（1904）利用无机盐和蔗糖溶液培养胡罗卜和辣根的胚 Kuster（1909）进行植物原生质体融合，但融合产物未能存活下来 Robbin 、Kotte（1922）离体培养根尖 Laibach（1925/1929）亚麻种间杂交幼胚培养,奠基阶段（1933-1958）,李继侗和沈同（1933）银杏胚培养 White（1934）由番茄根建立了第一个活跃生长的无性系 White（1937）创立了White培养基 20世纪30年代的两大发现 B族维生素对植物生长的重要意义 生长素是一种天然的生长调节物质,1939年，获连续生长的组织培养物 20世纪40年代 确定了腺嘌呤与生长素的比例是控制芽或根形成的重要条件 20世纪50年代 无病毒植株、继代繁殖 Steward（1958）第一次证实了细胞的全能性,迅速发展阶段（1960- ）,20世纪60年代，大规模应用阶段 Cocking（1960）开创了植物原生质体培养和体细胞杂交研究工作 Kanta（1960）植物试管受精获得成功 Morel（1960）实现脱毒和快繁，并产业化 Murashige & Skoog（1962）MS培养基 Guha & Maheshwari（1964）单倍体育种技术,20世纪70年代 离体培养筛选得到生化突变体 实现原生质体融合，获得原生质体的再生植株，建立原生质体再生体系 人工种子（ artificial seed ）的概念,20世纪80至90年代 体细胞无性系变异 原生质体的电融合法，原生质体再生应用于农作物，将其推向高潮 根癌农杆菌用于双子叶植物的遗传转化叶盘法 基因枪法用于单子叶植物的遗传转化,植物的遗传转化,植物遗传转化是植物细胞组织培养领域的研究热点。 大约有200余种植物获得转基因植株，其中约80%是农杆菌介导法实现的。 转基因抗虫棉、抗虫玉米、抗虫油菜等一批新品种已在生产上大面积推广种植，同时引起现在的热点“转基因产品的安全性”的大讨论。,转基因植物是指利用分子生物学手段，将某些生物的基因转移到另一植物体内表达使其出现原物种不具有的形状或产物,实例：转基因技术的发展，使转基因植物和分子育种成为可能,人们可创造一些抗虫、 抗病、高品质的植物,植物细胞组织培养的应用领域,植物育种 植物脱毒和离体快繁 次生代谢产物生产 植物种质资源保存和交换 遗传、生理、生化、病理等研究,植物育种,单倍体育种 （小麦京花一号、烟草单育一号） 胚培养用于克服远缘杂交中存在的杂交不亲和 体细胞杂交打破物种间的生殖隔离 体细胞无性系突变体筛选 遗传转化即基因工程（另一门课程）,植物脱毒和离体快繁,许多植物受到多种病毒的侵染，造成严重的品种退化、产量变低、品质变劣。 植物生长点附近的病毒很低，甚至无病毒，利用茎尖分生组织培养可脱去病毒，获得脱毒植株。 主要用于脱毒种苗的培育，如：马铃薯、甘蔗、草霉、香蕉等作物。,植物离体繁殖的突出优点是快速、材料来源单一、遗传背景单一，不受季节和地区的限制，重复性好。 建立工厂