《细胞工程梅定兰》PPT课件.ppt

植物组织培养植物组织培养 植物组织培养 1.植物组织培养技术的历史 2.植物组织培养的原理 3.植物组织培养技术的研究应用现状 4.植物组织培养技术存在的问题及对策 1.植物组织培养的历史 1902 年，德国著名植物学G.Haberlandt 根据细胞学 理论提出了一个观点，“高等植物的器官和组织可以不断 分割，直至单个细胞，即植物体细胞,体细胞在适当的条 件下具有不断分裂、繁殖并发育成完整植株的潜力”。 1934年，荷兰植物学家温特（Went）发现了生长素吲 哚乙酸。 1937年，法国科学家高特里特（Gautheret）和诺比考 特（Nobercourt）几乎同时培养了胡萝卜根的小块组织， 并使细胞增殖获得成功. 1943年，美国人White 在烟草愈伤组织中偶然发现形成 一个芽证实了G.Haberlandt 的论点。 1948年，我国科学家崔徽和斯库格（Skoog）确定了腺嘌 呤/生长素的比例是控制芽和根形成的一个重要条件。 1953年，缪尔（Muir）开创了单细胞无性生殖的工作。 1956年，米勒（Miller）建立了激动素/生长素比例的 控制器官的分化激素模式。 1958年，史都华德（Steward）首次通过实验证实了植 物细胞具有全能性。 60 年代后，植物组织培养即开始走向大规模的应用阶段 2.植物组织培养的原理 植物组织培养的依据是在多细胞生物总每 个体细胞的细胞核具有个体发育的全部基 因，具有发育成完整个体的潜力即植物细 胞的“全能性”，及植物的“再生作用”。 离体的植物器官、 组织或细胞（外植体） 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 植物体 离体的器官、 组织、细胞 愈伤组织 根、芽 植物体 植物组织培养的现状 u1.培养的形式 固体培养：多被组织、器官的培养采用 液体培养： 一般被细胞或原生质等微 体培养采用 u2.植物组织培养的程序 配制培养基 无菌培养物的建立 芽增殖培养 继代培养壮苗生根移栽 根据培养的目的不同，程序可增可减。 u3.植物组织培养过程中遇到的问题 有关培养基或培养物污染 褐变 玻璃化等 u4.植物组织培养的研究 植物组织培养的研究相当活跃，尤其快速繁殖方面。从植物组织 培养这一技术产生开始，快速繁殖的研究就在木本植物、花卉及园艺 植物、禾本科植物、豆科植物、蔬菜植物、草本水果、中草药、其他 经济植物中广泛开展，目前已有不少成熟技术在生产中应用，工厂化 育苗已成为新兴的育苗产业。 试管苗大规模培养 目前进展较多的大概还有胚状体形成、离体胚培养、高频 再生系 统建立、药用植物细胞培养、染色体检测、抗性研究等， 随着与其他 学科的相互渗透，植物组织培养的前景也将越来越宽广 u5.植物组织培养的应用现状 植物快速繁殖和无病毒种苗生产 目前，通过离体培养获得小植株并且具有快速繁殖潜力的植物已有 100 多科1000 种以上，有的已经发展成为工业化生产的商品。世界 上80% 85% 的兰花是通过组织培养进行脱毒和快速繁殖的。利用 组织培养进行植物快速繁殖及无病毒种苗生产，不仅能够挽救珍惜濒 危物种，而且能够解决植物野生资源缺乏的问题。 植物花药培养和单倍体育种 将植物花药培养成单倍体植株，再经过染色体加倍，能很快得到 纯合的二倍体，这样将大大缩短育种年限。到目前为止，世界上通过 花粉和花药培养已获得了几百种植物的单倍体植株。 细胞融合与原生质体培养 到1990 年已有100种以上植物的原生质体能再生植株。我国获 得了30 余个品种的原生质体再生植株，国外已先后获得了种内及种 间的体细胞杂种植株。植物原生质体培养还可应用于外源基因转移、 无性系变异及突变体筛选等研究，因而越来越受到人们的重视。 植物细胞突变体筛选 植物细胞突变体的筛选最早始于1959 年，迄今为止， 已经在不少于15 个科45 个种的植物细胞培养中筛选出 100 个以上的植物细胞突变体或变异体。其中包括抗病细 胞突变体，如玉米抗小斑病突变体和小麦抗赤霉病、根腐 病突变体等。 植物组织细胞培养物的超低温保存与种质库建立 植物细胞全能性的发现和证实，为植物种质资源的长期保存开辟 了一条新途径。采用液氮超低温保存技术，能保持很高的存活率，并 且能再生出新植株和保持原来的遗传特性。如建立茎尖分生组织培养 物的超低温保存种质库，不仅可以防止种质的遗传变异和退化，而且 可以长期保存无病毒的原种。 植物组织培养与转基因技术的应用 我国第一个T-DNA 插入突变体库的构建和研究为我国水稻功能基 因组学研究奠定了良好的技术和材料基础，由中国水稻研究所农业部 水稻生物学重点开放实验室和中科院上海植物生理研究所合作，通过 建立大规模、高效的农杆菌介导的转基因技术体系，将玉米转座子Ac -Ds 等外源基因导入水稻未成熟胚和种子诱导的愈伤组织，获得了1.2 万个独立的T-DNA 插入株系，并构建了水稻突变体的数据库。 4.植物组织培养存在的问题及对策 植物组织培养机理有待于进一步研究 组织培养的早期研究，主要集中在基础探索上且所用的都是易培 养的植物，对一些“困难植物” 的组织培养技术却未做系统研究。五六 十年代研究出的培养基如MS、White等目前仍然沿用，关于培养基中 的植物生长物质、矿质元素等对植物细胞全能性表达的影响还未找到 一个可普遍遵循的规律，更未找到普遍适用的培养基。相当多的植物 没有得到相应的离体培养技术。因此一些珍稀濒危植物无法得到有效 利用或保存，组织或细胞产生的有用物质得不到开发，遗传转化技术 不能得到广泛应用，植物体细胞无性系突变体筛选工作、人工种子研 究等都受到了制约。所以，加强组织培养机理的研究已迫在眉睫。 基因型限制仍是组织培养的一大难题 根据植物细胞全能性学说，任何一种植物的基因型都能培养，但 研究发现没有适合于培养任何基因型植物的培养基。揭示其特殊性并 获得使不同基因型材料培养成功的经验，才能有助于探讨组织培养的 一般规律，建立适应性更广的组织培养技术。 操作复杂，效率不高 目前许多重要农作物及部分果树的原生质体培养已获得成功，但 应用于遗传工程操作还有一定困难，除了基因型限制之外，还存在操 作复杂、烦琐、完成周期较长等问题，如建立理想的悬浮系至少需要 几个月时间才能获得这些细胞系游离培养，众多无法预知因素的影响 ，使培养结果不稳定，部分细胞丧失分化能力。因此，实际操作时应 尽量简化操作程序并要防止细胞衰老、变异等。 降低成本，加快成果的应用推广 植物组织培养应用研究成本较高，难