植物组织培养.doc

植物组织培养重点名词解释：1、 植物组织培养：是指在无菌和人工控制的环境条件下，利用适当的培养基，对离体的植物器官、组织、细胞及原生质体进行培养，使其再生细胞或完整植株的技术。又称为植物离体培养2、 外植体（explant）：用于离体培养的那部分植物器官、组织或细胞。3、 愈伤组织（callus） ：是指外植体因受伤或在离体培养时，其细胞进行活跃的分裂增殖而形成的一种无特定结构和功能的组织。4、 离体生态学（in vitro ecology）：是指研究离体培养环境条件控制的科学，其研究对象是培养基、植物材料和人工环境条件。5、 植物细胞全能性（totipotency）：是指任何携带完整遗传信息的植物活细胞都具有表达其所有遗传信息的能力，能够发育成完整的植株。胞需经过脱分化和再分化过程才能表现其全能性。6、 脱分化（dedifferentiation）：成熟细胞或分化细胞转变为分生状态（即形成愈伤组织）的过程。7、 再分化（redifferentiation）：成熟细胞或分化细胞脱分化转变为愈伤组织后重新分化成异质细胞的过程。8、 植物茎段培养是指对植物的带有一个以上定芽或不定芽的外植体（包括块茎、球茎、鳞茎在内的幼茎切段）进行离体培养的技术。9、 茎尖培养（shoot tip culture or apical meristem culture）是指对植物顶端的原分生组织和它衍生的分生组织的培养。10、 叶培养的意义：研究叶形态建成、光合作用、叶绿体形成等；叶细胞全能性；原生质体融合；无性繁殖系；诱变育种。11、 离体叶组织发育途径：直接产生不定芽，由愈伤组织产生不定芽，胚状体和其他。12、 植物器官培养是指对植物某一器官的全部或部分或器官原基进行离体培养的技术。13、 植物胚胎培养是指对植物的胚、胚乳、胚珠和子房等进行离体培养，使其发育成完整植株的技术。 包括：胚培养、胚乳培养、胚珠培养以及子房培养。14、 胚乳培养是指将胚乳组织从母体上分离出来，通过离体培养，使其发育成完整植株的技术15、 胚珠培养是将胚珠从母体分离出来，无菌条件下让其进一步生长发育，使其形成植株的技术。16、 植物离体授粉是指将未授粉的胚珠或子房从母体分离下来，进行无菌培养，并以一定的方式授以无菌花粉，使之在试管内实现受精的技术。又称离体受精或试管受精。17、 花药培养：将花粉发育到一定阶段的花药接种到人工培养基上进行培养，以诱导其花粉粒改变发育进程，形成花粉胚或愈伤组织，进而分化为苗的技术。18、 花粉培养：先将花粉从花药中游离出来，再进行离体培养。19、 花药和花粉培养的共同点：利用花粉（小孢子）染色体的单倍性，培育单倍体植株。20、 花粉发育时期为 ：四分孢子期、单核期21、 花粉培养的培养方法：1、固体培养 2、液体培养：刚好没底 3、看护培养 4、微室培养：悬滴培养 5、条件培养：培养基中加入花药提取物。22、 花粉的分离法：1、挤压法：机械损伤、释放抑制物质 2、磁搅拌法 3、漂浮释放法：要预处理23、 植物快速繁殖是指利用植物组织培养技术对外植体进行离体培养，使其短期内获得遗传性一致的大量再生植株的技术。 也叫植物离体繁殖或微繁。 24、 植物细胞培养是指将植物单细胞或细胞团进行培养，形成单细胞无性系或再生植株的技术。25、 悬浮培养是将游离细胞或细胞团按一定密度，悬浮在液体培养基中不断地搅拌或振荡进行培养的技术。 可以使培养细胞快速大量增殖。应用：a单细胞培养 b悬浮培养 c26、 嵌合体植物是指顶端层一到两层细胞遗传上有差异的植物问答题一、植物组织培养的特点和分类：1、特点：采用微生物学的实验手段来操作植物离体的器官、组织和细胞。具体表现为以下方面：（1） 组培技术是无菌操作技术（2） 组培材料处于完全的异养状态。（3） 组培材料可以是离体状态的器官、组织、细胞或原生质体。（4） 组织培养物可以形成克隆（clone，无性繁殖系），也可以进行茎芽增殖或生根。（5） 组培容器内的气体和环境气体可通过封口材料进行交换，相对湿度通常是几乎100，因此，组培苗叶片表面一般都无角质层或蜡质层，且气孔保卫细胞功能缺乏，气孔始终都是张开的。（6） 组培的环境温度、光照强度和时间都是人为设定的，其参数可调。 2、分类： （1）组织培养：分生组织、形成层组织、薄壁组织、韧皮部组织等。 （2）器官培养：根、茎、叶、花、果实、种子。（3）胚胎培养：幼胚、成熟胚、胚乳、胚珠、子房等。（4）细胞培养：单细胞或较小细胞团，如性细胞、叶肉细胞、根尖细胞、韧皮部细胞等。（5）原生质体培养二、植物组织培养的形成和发展（历史） 了解下（1）开创阶段（上世纪初上世纪30年代末）a、德国植物学家Schleiden和动物学家Schwann于1838-1839年提出的细胞学说：一切生物都是由细胞构成，细胞是生物体的基本功能单位，细胞只能由细胞分裂而来。b、德国植物学家Haberlandt被公认为是植物组织培养之父，他于1902年发表的植物组织培养的第一篇论文：提出了植物细胞具有全能性，构思了细胞培养的概念。c、德国人Kotte和美国人Robbins两人同时分别独立地将分生组织作为外植体。d、1904年，Hanning在无机盐和蔗糖溶液中对萝卜和辣根菜的胚进行了培养，发现离体胚可以充分发育成熟，并提早萌发形成小苗。1922年，Knudson采用胚培养法获得了大量的兰花幼苗。1925年，Laibach培养亚麻种间杂交幼胚获得成功，证明了胚培养在植物远源杂交中利用的可能性。（2）奠基阶段 （上世纪30年代上世纪50年代末）a、李继侗和沈同，1933年，他们首次报道了利用天然提取物成功进行植物组织培养的研究。利用加有银杏胚乳提取物的培养基，成功培养了银杏的胚。b、White建立了第一个活跃生长并能继代增殖的无性繁殖系，从而使非胚器官培养首次获得成功。 Gautheret在添加了YE和水解酪蛋白（CH）的固体培养基上，使山毛榉和欧洲黑杨的形成层培养物连续增殖了几个月，这是固体培养基在植物组织培养上的首次成功应用。Nobecourt在胡萝卜根和马铃薯块茎上也建立了连续生长的培养物。c、1954年，Skoog于做了一个著名的实验。在烟草愈伤组织培养中用了变质的鲱鱼精子DNA，发现它可促使愈伤组织加快生长。有效成分存在于变质的DNA样品或者经高压灭菌后的新鲜样品中，他指出有效成分是降解的DNA产物。1955年，他把这种物质命名为激动素（KT）。1956年，Miller首次从鲱鱼精子中分离出激动素。d、1953年，Muir利用往复式摇床的振荡，在液体培养基中进行了万寿菊和烟草愈伤组织的培养，获得了单细胞或密集细胞的悬浮液，并可继代增殖。这既是培养方法上的突破，也是Haberlandt培养单细胞设想的实现。1958年，英国学者Steward和Reinert几乎同时在胡萝卜根组织的韧皮部单细胞悬浮培养液中诱导出胚状体，并长成完整植株。证实了Haberlandt的细胞全能性理论。（3）建立和发展阶段（上世纪60年代至今）a、他们发现腋芽（当顶芽存在时为休眠状态）的生长，可以通过外源细胞分裂素的应用而启动。这样，将茎段培养在含有细胞分裂素的培养基上，就可以在一个具有完整顶芽的生长中的茎上诱导侧芽的形成。这将消除顶端优势，得到大量不定芽。b、Morel脱毒、快繁商业化c、Murashinge发展了一套标准的离体繁殖方法，将这一技术广泛普及d、Guha和Maheshwari等花药培养e、Cocking等-原生质体培养f、Carlson等原生质体融合h、Kaul等次生代谢物生产g、Street培养设施化三、植物组织培养的应用及展望1、快繁和脱毒2、育种3、次生代谢物生产4、种质保存5、在遗传、生理、生化、病理等研究上的应用。四、培养基的成分1、水：可以使用以下装置：水质软化装置 离子交换 反向渗透蒸馏2、矿质元素：大量必需元素（加入mM量级）：氮、磷、钾、钙、镁、硫微量必需元素（加入 M量级）：铁、锰、硼、锌、铜、钼其他：碘、镍、钴、铝等 3、碳水化合物：作用：提供碳源、维持渗透压。4、生理活性物质：维生素肌醇氨基酸及其酰胺类单核苷酸5、生长调节剂：a、天然生长素：主要是吲哚乙酸（IAA） 生长素的一个主要应用是促进生根，因此被广泛用于切段的微繁和生根培养。 b、合成生长素：主要是NAA、2,4-D. 这些生长素对光、温的稳定性高于IAA，可以经高压灭菌 。 c、细胞分裂素：主要是6-BA，玉米素（ZT）、激动素（KT）。6、附加物：a、胶凝剂：主要是琼脂一般都含有杂质，特别是钙、镁和微量元素，在营养研究时应避免使用。 b、螯合剂：主要是EDTA，可与金属阳离子（主要是铁）形成复合物，使其溶解于溶液中。 c、渗透剂：主要是蔗糖，组培培养基的渗透能力影响水和各种成分的可用性。 d、活性炭：使培养基变黑（根部环境）。7、天然添加物：椰乳（CM）、水解酪蛋白（CH）、酵母提取液（YE）等。作用：提供天然微量营养成分、生理活性物质和生长调节剂等。缺点：成分不确定，影响实验重复性。 五、生长素与细胞分裂素的相互作用在Skoog和Miller工作的基础上，已经建立起很好的生长素细胞分裂素比率关系，用于组培中决定芽和/或根的形成。细胞分裂素对生长素的浓度比值高时，倾向于形成芽，而生长素细胞分裂素的浓度比值高时，倾向于形成根。两种激素的比值处于中间水平时增强愈伤组织的形成。 六、母液（贮备液）的组成成分 贮备液：大量元素20倍贮备液：微量元素200倍贮备液：铁盐200倍贮备液：有机物质（除了蔗糖）200倍 七、离体培养体系的建立 1、母株的选择和处理2 、外植体的选择和处理3 、 培养条件 八、外植体的选择因素 （可以作为了解）1、地上部比地下部清洁。2、外植体越小，克服特殊植物病理问题（如病毒、支原体、细菌）的机会越大，但同时也降低了存活率。3、内部的组织比外部的不易受到污染。4、不同外植体反应不总是相同。九、外植体的灭菌 （重点） 根据培养容器大小将材料切割成适当大小； 流水（自来水）冲洗植物表面； 在酒精中晃动几秒钟； HgCL2（0.11%）吐温（润湿剂）2滴/100ml：35min； 用经过高压灭菌的蒸馏水冲洗； 商业漂白剂715%吐温2滴/100ml：1030min； 再用经过高压灭菌的蒸馏水冲洗几次。十、外植体的注释（了解） 自来水：除去尘土，清洁剂去掉表面垢污。 酒精：70%酒精使蛋白质失活。95%有时被用来溶解外植体表面的腊质层。 NaOCl（商业漂白剂）或Ca(OCl)2：活性在于Cl- 和其他氧化反应。 HgCl2活性在于Cl-和使蛋白质失活的重金属。 润湿剂（例如：吐温20或80）可以加到上述溶液中。 *汞对环境是有毒的，因此汞溶液使用后收集到一个大的容器中。在溶液中加入氨水，汞可以沉淀。十一、外植体的培养条件：温度 光照 湿度 气相条件十二、愈伤组织的生长（了解） 诱导期后，外植体外层细胞开始分裂，在组织受伤表面形成一种创伤形成层， 愈伤组织的细胞数目迅速增加。 特点：细胞分裂速率大大超过细胞伸长速率，单个细胞的平均重量下降，体积变小。如菊芋外植体培养7d后，细胞数目增加10倍以上，鲜重仅增加1倍。十三、体细胞胚胎的特征与发生途径：特点：1、体胚最根本的特征是具有两极性。即在发育的早期阶段从方向相反的两端分化出茎端和根端，而不定芽或不定根都是单向极性。2、体胚的维管组织与外植体的该组织无解剖结构上的联系，而不定芽或不定根往住总与愈伤组织的维管组织联系。3、体胚的维管组织的分布是独立的Y字形，而不定芽的维管组织则无此现象。发生途径：体胚发生的方式分为直接发生和间接发生两类 直接发生是指体胚直接从原外植体的胚性细胞不经愈伤组织阶段发育而成；而间接发生是体胚从愈伤组织或悬浮细胞、有时也从已形成的体胚的一组细胞中发育而成。多数体胚是间接发生。十四、茎尖培养注意事项 取材大小：脱毒小于1mm，快繁可数毫米。茎尖微小趋向于形成愈伤组织。 培养基：多为MS，避免2,4-D（促使外植体愈伤组织化）。十五、茎段培养的特点和优点特点：以芽生芽的方法进行增殖。优点：容易成功、变异小、性状均一、繁殖速度快。十六、器官发生1. 先形成芽，后在芽基部长根。2. 先形成根，后在根基部形成芽。3. 在愈伤组织的不同部位分别形成芽和根，然后根、芽的维管束接通形成完整植株。4. 仅形成芽或根。如茶树花粉愈伤组织往往只能形成根。十七、胚培养的类型和应用 类型：成熟胚培养 幼胚培养 应用：1、克服远缘杂交不亲和性：幼胚培养。2、打破种子休眠，缩短育种周期：如兰、银杏、油棕、鸢尾等。3、提高种子萌发率：长期营养繁殖的植物，如芭蕉、芋。4. 克服珠心胚的干扰：柑桔、芒果、仙人掌等多胚性植物的珠心组织会发生多个不定胚，影响合子胚的发育。5. 种子生活力的快速测定。6. 诱导胚状体及胚性愈伤组织，用于快繁（如山楂）。十八：植物快繁的特点1、 繁殖效率高。周年繁殖，生长速度快。2、 培养条件可控性强。3、 占用空间小。30m2 可培育数十万株苗木。4、 管理方便，利于自动化控制。5、 便于种质保存和交换。十九、植物快繁的器官形成方式及其特点。1、 短枝发生型：特点：一次成苗，性状稳定，过程简单，成活率高2、 丛生芽发生型 特点：性状稳定，增殖率高3、 不定芽发生型 特点：增殖率高于丛生芽发生型，但较易变异，并会导致嵌合性状发生分离4、 胚状体发生型 特点：增殖率最高，但胚状体发生和发育较复杂。5、 原球茎发生型 特点：是兰花唯一有效的大规模无性繁殖方法，促使了兰花工业的形成二十：植物快繁的程序1、 阶段：无菌培养的建立；a、母株和外植体的选取b、无菌培养物的获得c、 外植体的启动生长2、 阶段：繁殖体的增殖；3、 阶段：芽苗的生根；4、 阶段：小植株的移栽驯化。二十一、悬浮培养的类型及其特点。 类型：1、分批培养，特点：只有气体内外有交换。 2、半连续培养 优点：能够重复获得大量均一的培养细胞。3、连续培