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ImprovingPlantsforthe21stCentury 细胞组织培养技术和应用生技12 2 黎先智 冯琦轩 孙瀚波 吴波 分子生物学在植物繁殖过程中的应用 1 2 植物细胞和组织培养利用组培技术的步骤组培技术组培苗的繁殖再生通过组培完成的营养繁殖商业应用无病基因材料繁殖种质的冷藏胚芽培养 胚珠培养 离体授粉胚芽培养胚珠培养体外传粉与受精 分子生物学在植物繁殖中的应用 2 2 花药培养及单倍体植株的生产花药培养的步骤通过花药培养产生单倍体植株的影响因素花药培养的利用衍生出双倍体植株繁殖细胞培养带来的基因多样性 体细胞克隆变异体细胞杂交植物基因工程分子标记 对植物组培的介绍 植物细胞和组织培养包括许多培养技术 目的是为了再生来自胚胎组织 组织碎片 愈伤组织 单细胞 原生肢体的功能植物 基本概念是细胞全能性 如果提供合适的外在条件的话 每个多细胞器官的活细胞都有独立生长的能力 怀特 1954 具有全能性的细胞是指有能力再生成完整器官的细胞 摩尔根 1901 微繁实验 步骤 培养基准备和外植体筛选无菌培养条件的建立增殖生根顺应环境 基本的组培步骤 利用组培技术的步骤 营养繁殖 通过组织培养 实现品种的快速增殖 其中包括的步骤有无病菌材料的分离和胚细胞的冷藏 胚芽和胚珠的培养 分离且接种繁殖在来自种间和属间杂交的非成熟胚细胞无菌培养基 花药培养 离体花药培养以培育产生单倍体植株 体细胞无性变异 基因变异包括体细胞离体培养 体细胞杂交 原生质体融合胚质的基因多样性 基因工程 转导 植物体内 通过细菌质粒 病毒 或微型注射或生物弹道术 完成DNA从供体到受体的转化 接受新DNA的植物被认为完成了转化 被定义为转基因植物 组培技术 定义及例证 无菌条件下 植物细胞的分离培养或植物组织的分离部分在培养基上分化为具有功能的植株 在体外培养条件合适的情况下 未分化的植物细胞可发育成功能性植株 这样的性质被认作细胞全能型 从全能性细胞再生而来植株是植物细胞和组织培养非常重要的一步 并且应用到了新的分子技术 模式植物 比如 烟草 土豆 苜蓿 甘蔗 水稻和许多园艺植物 这其中很多都极易生长繁殖 大田物种 比如 玉米 高粱 禾本科牧草 棉花 大豆 豆科植物 都胶较难繁殖培育 组培操作 影响组培成果的因素 通过组培再生植株的不同主要取决于以下几个因素 植物品种 品种的基因型 培养组织的来源 供体植物的年龄和健康 培养基 其他因素 小麦的离体繁殖 A 由愈伤组织长出的新枝B 丰富的新枝产生C 再生的小麦外植体 有哪些例子且它们是如何被获得的呢 植物组织培养通常是由被称作外植体的多细胞组织分化而来 这些外植体由活的植株身上获取 外植体可以取自各种植物组织 比如 叶片 茎 根 叶柄 胚轴 子叶 胚 分生组织 在固体培养基上从外植体到愈伤组织 外植体通常培养在固体营养培养基上 取自大多数品种的外植体可在特定配比的培养基上经诱导无特定规律地分化 未完全分化的细胞被认作是愈伤组织 并且需要4 8周才能形成 将细胞簇转移到新鲜琼脂培养基中完成移种 愈伤组织可分化成不同功能的组织 对愈伤组织的重复移种要求培养材料具有快速繁殖速率 经过多次的移种 植株再生能力可能下降 而且植物材料的基因稳定性可能被改变 愈伤组织需要在无菌 通常阴暗 温度25 C条件下培养 基本培养基和生长激素的作用 基本培养基通常包括 无机盐 作为碳源的糖 保持生长速率的维他命 可添加像植物生长素和细胞分裂素这样的植物激素来控制细胞生长和分化 植物生长素和细胞分裂素的比例是诱导产生枝条和根原基的重要因素 低植物生长素 细胞分裂素的比例触发枝芽产生并抑制根的生长 高植物生长素 细胞分裂素的比例诱导脱分化并且有利根的生长 折中的配比有利于细胞持续地分裂成未分化的愈伤组织 最佳的培养基根据植株种类 植株基因型 和培养组织的来源及成熟度的不同而不同 比较合适的培养基状态 无论是液态还是固态 应该根据种类和培养条件的不同而不同 植物激素的结构 植株再生 植株可被处罚诱导间接来自愈伤组织通过不定根体细胞胚直接来自外植体 比如腋生芽培养呗转移至生根培养基中来诱导根的分化和移种苗 体细胞胚有分化根尖和茎尖的能力 并且可以直接发育成苗 不定根的诱发 器官发生 相比体细胞胚的诱导能在更多的植物种类中发生 很少有大田植株可以按既定步骤从体细胞胚分化为其他 通过组织培养进行无性繁殖 无性繁殖 克隆 或微型繁殖 组织培养技术应用于特定基因型植株的快速繁殖的主要用途 作物无性繁殖的一些潜在用途 杂合基因型植株的大量增殖 自我不相容的基因型植株的增殖 在杂交中具有有害菌的亲本的增殖 无毒品种的繁育 保存及种质交换 再生苗的培育移栽 再生苗的培育建移栽 指的是通过在土壤中的组培技术帮助苗的再生 并且生长发育良好 对组织培养繁殖来说 以最小的死亡率移栽健康苗至土壤中与获得高再生率同样重要 移栽过程的困难 不同的物种在它们适应全新环境的能力也不同 在这个过程中 移栽苗必须从异生状态改变至自生状态 合成有机物满足自身营养需求 由于根系的不完善 根部很难支持植株在土壤中生长 所以再生苗的脱水量非常大 并且位于再生苗的叶片和茎上的角质层蜡会减少 再生苗必须被保护原远离干旱而且使之能经受潮湿压力 在无菌环境中发育而来的苗 应受保护远离土壤中的病菌 这样它们才能生长成健康植株 无性繁殖的优势 由腋芽或分生组织克隆而来的茎尖相比由成熟组织配培育只能提供很少的基因多样性 除了分生组织区域 叶原基被包括在茎尖外植体中 该外植体将变得更大 需要更少时间切除 并且相比非叶原基克隆来的小外植体由更高的成活率 由茎尖外植体产生的腋芽可被移种直到获得所需数量的潜在苗 那些苗可先转入生根培养基 后移栽入土壤 无性繁殖的商业应用 无性繁殖可被应用于