《细胞工程》第3章：植物组织与细胞培养4

细胞工程Cell EngineeringChapter3、 植物组织与细胞培养 3 1 植物细胞工程概述3 2 植物组织培养3 3 植物细胞培养 3 1 植物细胞工程概述 3 1 1 植物细胞工程是细胞工程的一个重要分支学科。 3 1 2 植物细胞工程（ plant cell engineering） 植物细胞工程（ plant cell engineering）： 是在植物细胞全能性的基础上，以植物细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良品种或创制新种，或加速繁殖植物个体，或获得有用产物的过程。3 1 3 植物细胞工程内容：A、 植物细胞工程（对象或内容）植物细胞与组织培养技术植物细胞融合技术植物细胞质工程技术植物染色体工程技术 转基因植物技术B、 植物细胞工程（目的或应用）植物细胞工程与育种植物细胞工程与体外快速繁殖植物细胞工程与优质种质体外保存植物细胞工程与药物食品工业化生产3 1 4 存在的理论与生产问题 植物细胞全能性的本质细胞分化机制和代谢途径的调控理论 培养细胞中的生理、后成杂种 问题 （ rpigenetic） 和遗传的变异体细胞杂交和有性杂交的比较不亲和性机制 细胞和组织培养方法细胞器的分离和引入技术 原生质体诱导融合改进 细胞的培养筛选及鉴定花粉和花药培养药物生产的中间试验试管苗的大规模繁殖和生产3 1 5 植物组织培养与细胞培养的区别： 形成时间对 象 培养方式目 标 特点植物组织培养早组织或 细 胞模 拟 体内体外培养植物快速繁殖 组织培养技 术无性繁殖植物细 胞培养晚细 胞（不能形成 组织 ）实验 室无菌条件生 产 次生代 谢产 物3 1 6 植物细胞与组织培养技术内容与分类： 试管苗、人工种子、单倍体诱导植物组织培养技术（植物微繁殖技术） 原生质体培养、体细胞杂交、micro propagation 体细胞变异、种质保存植物细胞培养技术（植物细胞大量培养） 植物细胞大量培养技术根据对象不同，培养方式也可分为： 根据水平不同：植株培养（ plantlet culture） 植物胚胎培养 (plant embryo culture) 细胞类型（体、生殖细胞）植物器官培养 (plant organ culture) 单倍体、二倍体和多倍体植物组织培养 (plant tissue culture) 离体、人工无菌环境愈伤组织培养 (callus culture)原生质体培养 (plant protoplast culture) 3 2 植物组织与器官培养 3 2 1 定义：植物组织与器官培养 是指在无菌条件下，将离体的植物器官（如根尖、茎尖、叶、花、未成熟的果实、种子等）、组织（如花药组织、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、胚胎（如成熟和未成熟的胚）、原生质体等培养在人工配置的培养基上，给予适当的培养条件，诱发产生愈伤组织、潜伏芽，或者长成新的完整植株的一种实验技术。3 2 3 发展历程： 3 2 4 几个概念 一、愈伤组织（ callus）： 是指由外植体组织增生的细胞产生的一团（大小、形状、液泡化程度、胞质含量和细胞壁特性）不定型的疏散排列的薄壁细胞。（细胞水平已分化，但没有组织、器官水平分化，无组织结构） 二、外植体（ explantation）： 是指植物组织培养中用来进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。 三、（去）脱分化（ dedifferentiation）： 是指外植体在人工培养条件下，经多次细胞分裂后而失去原有分化状态，形成无结构的愈伤组织或细胞团的过程，使其回复到胚性细胞的状态。（胚性愈伤组织或类似组细胞、干细胞） 四、再分化（ redifferentiation）： 是指外植体可以由脱分化状态再度分化成另一种或几种类型的细胞、组织、器官，甚至最终再生成完整植株。 五、继代培养（ subculture） ： 是指愈伤组织在培养基上生长一段时间后，营养物枯竭，水分散失，并已积累了一些代谢产物，此时需要将这些组织转移到新的培养基上进行培养的方式。 六、胚状体（ embryoid）： 是指在外植体上产生了类似于由生殖细胞发育来的合子胚（ zygotic embryo） 的体细胞胚（ somatic embryo）。 它可来自植物的根、茎、叶和花等组织的细胞，也可来自花药壁及未成熟的幼穗等，胚状体的形成可通过愈伤组织途径，也可不经脱分化直接从子叶和下胚轴部位形成。 胚状体的发育顺序 与受精卵发育极为相似，经过原胚 球形胚 心形胚 鱼雷胚 子叶胚五个时期，最后形成小植株，由于胚状体和器官发生均可起源于愈伤组织或直接来自于外植体，故常常混淆，可参见下表。 3 2 5 植物细胞全能性途径： 分生组织直接分生芽而达到快速繁殖目的 分生组织先形成愈伤组织，后再分化实现细胞全能性游离细胞或原生质体形成胚状体 单极分化：有根无芽或无根有芽 双极分化：分化的芽、根分开， 形成多个分生中心，不能移栽成活先芽后根：易成活 先根后芽：易成活3 2 6 植物组织培养基本步骤： 一、培养材料的采集；二、培养材料的消毒；三、制备外植体；四、接种和培养；五、根的诱导；六、组织苗的练苗移栽。 植物材料的采集和取材外植体的制备植物组织培养过程试管苗3 2 7 愈伤组织培养的基本过程： 一、愈伤组织的形成；二、愈伤组织的生长；三、愈伤组织的分化和形态的发生 。 3 2 8 植物组织培养的应用： 一、无性快速繁殖技术20世纪 80年代，广西、甘蔗试管苗工厂21世纪，香蕉试管繁殖二、获得无病毒植株 对象为病毒易染的植物蔬菜水果：甘草、草莓、马铃薯花卉：康乃馨、菊花、郁金香、水仙、百合、鸢尾 理论基础： White （ 怀特）， 1943年，发现生长点附近少病毒 三、新品种选育四 、 在遗传、生理生化和病理学研究上的应用 理