第1章 植物组织培养的基本原理.ppt

第1章植物组织培养的基本原理 一 植物细胞的全能性二 植物细胞的分化与脱分化三 植物的形态建成四 基因表达与位置效应及器官分化信息传递 植物组织培养的理论基础是 植物细胞的全能性 概念 细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能 原因 是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质及发育为完整个体所必需的全部基因 1 1植物细胞的全能性 细胞的全能性 当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时 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 在生物的个体发育中 由于基因在特定时间和空间下选择性地表达而形成不同器官 因此 要实现细胞的全能性 首先必须使生物体的细胞处于离体状态 植物组织培养的过程 离体的植物器官 组织或细胞 脱分化 又叫去分化 愈伤组织 排列疏松而无规则 高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞 再分化 根或芽等器官 植物体 胡萝卜愈伤组织诱导结果 胡萝卜愈伤组织诱导结果 不是所有基因型的所有细胞在任何条件下都具有良好的培养反应 即使对于植物细胞而言 细胞全能性也并不意味着任何细胞均可以直接产生植物个体 动 植物细胞全能性的表现程度存在明显的差异 1 1 1细胞全能性的绝对性与相对性 植物细胞全能性表现根据细胞类型不同从强到弱 营养生长中心 形成层 薄壁细胞 厚壁细胞 木质化细胞 特化细胞 筛管 导管细胞 根据细胞所处的组织不同从强到弱为 顶端分生组织 居间分生组织 侧生分生组织 薄壁组织 基本组织 厚角组织 输导组织 厚壁组织 1 1 2植物细胞全能性表现 1 2植物细胞的分化与脱分化 1 2 1植物细胞的分化1 2 2植物细胞的脱分化1 2 3植物细胞的再分化 1 2 1植物细胞的分化 细胞分化 differentiatiation 指导致细胞形成不同结构 引起功能改变或潜在发育方式改变的过程 幼年细胞 多细胞团 形态建成 细胞分化 完整植株 细胞分裂 图1 1高等植物细胞分化示意图 细胞分化的本质是基因选择性表达的结果 细胞分化的某些规律和机理 1植物细胞的分化 生理生化分化 形态结构分化2植物在发育过程中细胞一直具有潜在的全能性3植物细胞分化的两个阶段 决定 determination 分化特征逐渐表现4极性 polarity 5生理隔离 机械隔离在细胞分化过程中的作用6细胞分裂对分化的作用7植物生长调节剂作用8细胞核染色体和DNA变化对细胞分化的作用 1 2 2植物细胞的脱分化 脱分化 dedifferentiatiation 又称去分化 是指离体培养条件下生长的细胞 组织或器官经过细胞分裂或不分裂逐渐失去原来的结构和功能而恢复分生状态 形成无组织结果的细胞团或愈伤组织或成为未分化细胞特性的细胞的过程 成熟细胞 分生组织 多细胞团 细胞脱分化 完整植株 细胞分裂 图1 2高等植物细胞脱分化和再分化示意图 形态建成 细胞 再分化 细胞脱分化的影响因素 1损伤2生长调节剂3光照4细胞位置5外植体的生理状态 1 2 3植物细胞的再分化 再分化 redifferentiatiation 是指离体培养的植物细胞和组织可以由脱分化状态重新进行分化 形成另一种或几种类型的细胞 组织 器官 甚至形成完整植株的过程 云南红豆杉 中国红豆杉 1 3植物的形态建成 1 1 1愈伤组织诱导与器官分化1 3 2植物体细胞胚胎发生1 3 3离体器官诱导1 3 4影响植物离体形态发生的因素 植物形态建成的两条途径 愈伤组织诱导和器官分化植物体细胞胚胎发生 小麦幼胚愈伤组织诱导和器官分化 木薯的组培及植株再生 1 3 1愈伤组织诱导与器官分化 1 3 1 1愈伤组织诱导 1 诱导期 2 分裂期 3 分化期 愈伤组织和不定芽的诱导 脱分化后的细胞 经过细胞分裂 产生无组织结构 无明显极性的 松散的细胞团称为愈伤组织 愈伤组织的种类 1 胚性愈伤组织 Embryoneniccallus 表面光滑 组织结构紧凑 黄绿色 细胞小 易碎 再生力强 胚性愈伤组织容易形成胚状体 所以被称为胚性愈伤组织 易形成芽 2 非胚性愈伤组织 表面粗糙 组织结构疏松 细胞大 淡黄色或白色 可以用于悬浮细胞系的建立 1 3 1 2器官分化植物离体器官发生 指培养条件下的组织或细胞团 愈伤组织 分化形成不定根 不定芽等器官的过程 不定根 从茎 叶上生出的根叫做不定根 不定芽 不是从叶腋或枝顶发出 而是从叶子 根上或从树干上发出的芽 1 3 1 2器官分化1 离体培养中器官发生的方式 1 先长芽 再长根 如小麦 2 先形成根 再形成芽 如枸杞 3 在愈伤组织不同部位分别形成芽和根 如胡萝卜 4 仅形成芽或根 如茶树 1 3 1 2器官分化2 器官分化的过程 1 外植体经过诱导形成愈伤组织 2 生长中心 的形成 3 器官原基及器官形成 生长中心 拟分生组织 器官原基 芽形成 1 3 2植物体细胞胚胎发生 胚状体 embryoid 或体细胞胚 somaticembryo 在植物组织培养中 没有经过受精过程 起源于一个非合子细胞 但经过了胚胎发生和胚胎发育过程形成具有双极性的胚状结构 离体培养的植物体细胞胚胎发生方式为两种 直接方式 外植体某些部位直接诱导分化成体细胞胚胎 间接方式 由愈伤组织或悬浮细胞中产生体细胞胚 体细胞胚 somaticembryo 的结构和发育特点 1 体细胞胚胎发生的双极性 2 体细胞胚胎发生的生殖隔离 器官发生和体细胞胚的发生 1 3 3离体器官诱导 根 茎等器官的发生可以重建植株 变态根 茎等器官的发生可以重建植株 离体培养形成花器官 1 3 4影响植物离体形态发生的因素 1 3 4 1植物的种类和基因型 1 3 4 2植物材料的生理状态 1 3 4 3培养基 1 3 4 4培养条件 1 3 4 2植物材料的生理状态 1 植物的发育年龄2 培养器官或组织类型3 培养时间和细胞倍性 1 3 4 3培养基 1 植物营养元素2 植物生长调节剂 1 生长素2 4 D 2 4 二氯苯氧乙酸 2 细胞分裂素6 BA 6 苄氨基嘌呤 3 赤霉素 GA 4 乙烯 1 4基因表达与位置效应及器官分化信息传递 1 4 1基因表达与位置效应1 4 1 1基因表达 1 培养再生植株 基因型选择是关键 2 细胞全能性 基因表达与细胞本身的关系 3 基因表达具有时间 空间顺序 1 位置