植物细胞工程的理论基础.ppt

第二章植物细胞工程的理论基础,1.细胞全能性2.离体条件下植物的形态发生3.影响植物离体形态发生的因素,1.细胞全能性,细胞全能性的一般概念二.离体培养中细胞的脱分化三.细胞再分化四.愈伤组织培养,定义：一个细胞所具有的产生完整生物个体的固有能力称之为细胞的全能性。细胞全能性的绝对性与相对性:（1）从理论上讲，所有细胞（体细胞、性细胞）在离体条件下均能发育成完整的植株。（2）但实际上，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；细胞全能性并不意味着任何细胞均可以直接产生植物个体；植物细胞全能性的表现程度存在明显的差异。,一.细胞全能性的一般概念,植物细胞全能性表现：,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。,分生组织,细胞全能性的表达是通过细胞脱分化和再分化实现的，在大多数情况下，脱分化是细胞全能性表达的前提，再分化是细胞全能性表达的最终体现。,二.离体培养中细胞的脱分化（Dedifferentiation）,1.定义：脱分化是指一个成熟细胞转变为分生状态并形成无组织结构的细胞或愈伤组织的现象。,2.影响细胞脱分化的因素,损伤植物生长调节剂光照细胞位置外植体的生理状态植物种类差异,注意：并不是所有的细胞脱分化的结果都必然形成愈伤组织。有些植物体的细胞脱分化以后直接形成胚性细胞，进而形成体细胞胚。,定义：指在植物组织培养中，对处于脱分化状态的植物细胞或组织重新进行分化，形成另一种或几种类型的细胞、组织、器官，甚至形成完整植体的过程。类型:胚状体发生途径器官发生途径先形成芽，后在芽基部长根；先形成根，后在根基部生芽；分别形成芽和根，然后产生输导组织连接；仅形成根或芽。,三.细胞的再分化（Redifferentiation）,再分化的影响因素,理论上所有的细胞都可再生植株，但目前还做不到，主要原因：不同植物种类再分化的能力差异很大；对某些植物的植株再生条件还没有完全掌握。,四.愈伤组织培养,定义：脱分化后的细胞，经过细胞分裂，产生无特定组织结构、无明显极性的、松散的细胞团称为愈伤组织（Callus）。愈伤组织的形成、生长和保持形成：诱导期、分裂期、分化期生长：继代培养会引起次生代谢物质的积累水平或能力的变化、延长培养期可导致生长素的自给或自养，出现驯化现象。质地：分疏松型和致密型两类。生长素和细胞分裂素的含量影响其质地。,种类,1、胚性愈伤组织（Embryoneniccallus）：表面光滑、组织结构紧凑、细胞小、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2、非胚性愈伤组织：表面粗糙、组织结构疏松、细胞大。,保持,在愈伤组织继代过程中，会出现生长势下降、褐变、分化和形态发生能力降低甚至丧失。原因：遗传（染色体畸变、基因畸变）生理因素（激素平衡、细胞对生长调节物质的敏感性发生了变化，可通过培养条件的改变而恢复。）类型：胚性愈伤易保持；非胚性愈伤保持较困难。,愈伤组织状态调控,优良愈伤的特性：旺盛的自我繁殖能力容易散碎高度的再分化（胚性、器官）能力经过长期继代而不改变原有能力采取的措施；选择适当的基因型和适当外植体选择正确的培养基（种类、浓度、激素类物质配比）采取特殊手段防止培养过程中不良因素的发生,2.离体条件下植物的形态发生,一器官发生途径二胚状体发生途径,一器官发生途径,概念：植物的离体器官的发生：培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根（adventitiousroots）、不定芽（adventitiousshoots）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。,离体培养中器官发生的方式,通过器官发生形成再生植株大体上有三种方式：第一种方式是先芽后根；如小麦，芦荟、苹果第二种方式为先根后芽；如枸杞、苜蓿等第三种方式是在愈伤组织的不同部位形成芽和根，再通过维管组织的联系形成完整植株。如胡萝卜、石刁柏,3器官发生途径的类型,间接发生：经愈伤组织后形成器官直接发生：外植体不经过典型的愈伤组织即可直接形成器官原基。,直接分化出器官,先形成愈伤组织再长芽,二胚状体发生途径,概念：植物胚胎发生：植物胚的发育过程。（双子叶植物胚胎发生过程：原形胚、球形胚、心形胚、鱼雷形胚、成熟胚）胚状体：在植物组织培养过程中起源于一个非合子胚细胞，经过胚胎发生和胚胎发育过程形成的具有双极性的胚状结构。体细胞胚胎发生：植物离体培养细胞产生胚状体的过程。（200多种）成熟的胚状体可以像合子胚一样长出根、芽，萌发再生植株。,2.体细胞胚胎的发生方式,直接发生途径：不经过愈伤组织间接发生途径：经过愈伤组织,3.体细胞胚胎的发生过程,一般体细胞胚的发生需经5个阶段：胚性愈伤组织的诱导、体细胞胚胎诱导、体细胞胚胎早期分化发育、体细胞胚胎成熟、体细胞胚胎萌发和成苗,绝大多数体细胞胚胎起源于单细胞，所以在遗传转化中，如果能获得胚状体发生途径的高效再生体系，是最理想的转化条件。,4.体细胞胚胎的起源,3.影响植物离体形态发生的因素,一、植物的种类和基因型二、培养材料的生理状态三、培养基四、培养条件,一、植物的种类和基因型,不同的物种和同一物种不同的基因型，其形态发生能力差异很大。如柑橘中胚状体发生能力：甜橙宽皮橘柚子遗传上或亲缘关系上越相近的培养材料，其培养条件越类似。,二、培养材料的生理状态,1.植株的发育年龄幼态组织老态组织2.培养器官或组织类型3.培养时间和细胞倍性,2.培养器官或组织类型,同一植物不同器官再生能力不同同一器官不同部位的组织再生能力不同外植体的大小对器官再生有影响外植体的部位（形态结构）近轴面远轴面不同季节来源的外植体外植体的生长环境也影响外植体的生理状态,3.培养时间和细胞倍性,培养时间过长、继代次数过多，会降低形态发生能力细胞倍性也影响形态发生能力。花粉单倍体培养和花药壁二倍体培养对渗透压要求不同。单倍体高渗透压二倍体细胞,三、培养基,1.植物营养铵态氮、钾离子和高糖原利于胚状体形成；无机磷促进器官发生；不加还原态氮利于生根；碳水化合物的种类及浓度对体胚发育有重要作用；其他如AA、天然复合物,2.植物生长调节剂（最关键）,生长素类：促进生长、生根；与CTK搭配诱导不定芽及侧芽萌发。2，4-DCTK：促进分化和芽的形成，抑制根的发育和衰老。6-BA、TDZGA：促进茎的伸长，打破休眠，促进芽的生成。乙烯：对芽的诱导有促进或抑制作