第三章 植物组织与器官培养

1、第三章 植物组织与器官培养 l第一节 植物组织培养概述 A Glimpse of Plant Tissue Culture 一、什么是植物组织培养一、什么是植物组织培养 What Is Tissue Culture?What Is Tissue Culture? Or Or in vitroin vitro culture? culture? Or micropropagation? Or micropropagation? 概概 述述 （一）概念：（一）概念： 器官（器官（organ)：根、茎、叶、花、果实、种子根、茎、叶、花、果实、种子 组织（组织（tissue)：花药、胚珠、胚、胚乳、形

2、成层等花药、胚珠、胚、胚乳、形成层等 植物组织培养（植物组织培养（Tissue culture） 是指用是指用无菌无菌方法使植物体的离体方法使植物体的离体（in vitro)in vitro) 器官、组织和细胞在器官、组织和细胞在人为提供的条件人为提供的条件下生长和下生长和 发育的所有培养技术的总称，也称之为离体培发育的所有培养技术的总称，也称之为离体培 养（养（In vitro cultureIn vitro culture）或试管培养。）或试管培养。 概概 述述 （二）植物组织培养的理论基础（二）植物组织培养的理论基础细胞全能性细胞全能性 1、细胞全能性、细胞全能性（cell totipo

3、tency) ：植物体：植物体 的每一个具有完整细胞核的细胞都具有的每一个具有完整细胞核的细胞都具有 该物种全部遗传的物质，在一定条件下该物种全部遗传的物质，在一定条件下 具有发育成完整植物体的潜在能力。具有发育成完整植物体的潜在能力。 概概 述述 离体的植物离体的植物 器官、组织、器官、组织、 细胞细胞 脱分化脱分化 愈愈 伤伤 组组 织织 再分化再分化 根根 芽芽 再再 生生 植植 株株 2、植物组织培养过程、植物组织培养过程 概概 述述 3 3、组织培养植株再生的途径、组织培养植株再生的途径 魔芋胚状体魔芋胚状体 1）、体细胞胚胎发生途径）、体细胞胚胎发生途径（胚状体发生途径）（胚状体发

4、生途径） ： 是指在组织培养中起源于一个非合子细胞，经过胚胎是指在组织培养中起源于一个非合子细胞，经过胚胎 发生和胚胎发育过程（经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚发生和胚胎发育过程（经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚 和子叶胚和子叶胚5 5个时期），形成具有双极性的胚状结构，而发育成个时期），形成具有双极性的胚状结构，而发育成 再生植株的途径。再生植株的途径。 概概 述述 胚状体发生途径胚状体发生途径 外植体外植体 脱脱 分分 化化 愈伤组织愈伤组织 胚状体胚状体 再生植株再生植株 再再 分分 化化 概概 述述 2）、器官发生途径：）、器官发生途径： 由愈伤组织或外植体诱导形成不定根由愈伤组织或外

5、植体诱导形成不定根 或不定芽，再获得再生植株的方法。或不定芽，再获得再生植株的方法。 百合鳞叶培养百合鳞叶培养 外植体器官发生途径外植体器官发生途径 概概 述述 愈伤组织愈伤组织芽分化芽分化 再生苗再生苗 胚状体胚状体 小小 麦麦 愈伤组织器官发生途径愈伤组织器官发生途径 概概 述述 外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 芽芽 根根 再生植株再生植株 脱分化脱分化 再分化再分化 高生长素高生长素(1,2-D) 高高(生长素生长素/细胞分裂素细胞分裂素) 低低(生长素生长素/细胞分裂素细胞分裂素) 器官发生途径器官发生途径 概概 述述 愈伤组织愈伤组织 概概 述述 l按培养材料分为（按培养材料分为（G

6、amborg等等)： 愈伤组织培养愈伤组织培养 器器 官官 培培 养养 细细 胞胞 培培 养养 原生质体培养原生质体培养 最为常见的组织培养最为常见的组织培养 悬浮细胞培养悬浮细胞培养 单细胞培养单细胞培养 胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、叶、胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、叶、 花和幼果的部分组织的培养花和幼果的部分组织的培养 （三）、植物组织培养的类型（三）、植物组织培养的类型 概概 述述 l根据培养器官的不同：根据培养器官的不同： 叶培养、根培养、花药培养、胚珠培养、茎叶培养、根培养、花药培养、胚珠培养、茎 尖培养等尖培养等 烟草烟草 （三）、植物组织培养的类型（三）、植物组织培养的类型 概

7、概 述述 l (1)固体培养法固体培养法 l 是最常用的方法。该方法简单，易行，但养是最常用的方法。该方法简单，易行，但养 分分布不均，生长速度不均衡，并常有褐化中毒现分分布不均，生长速度不均衡，并常有褐化中毒现 象发生。象发生。 l (2)液体培养法液体培养法 l 由于液体中氧气含量较少，常用振动培养的由于液体中氧气含量较少，常用振动培养的 方法以确保氧气的供给方法以确保氧气的供给 l 往复式摇床或旋转式摇床进行培养，速度一往复式摇床或旋转式摇床进行培养，速度一 般为般为50-200r50-200rminmin，这种定期浸没的方法，既能使，这种定期浸没的方法，既能使 培养基均一，又能保证氧气

8、的供给。培养基均一，又能保证氧气的供给。 固体培养、液体培养的特点：固体培养、液体培养的特点： 概概 述述 l根据培养物量的多少：根据培养物量的多少： 大量培养、微量培养大量培养、微量培养。 l根据培养过程中是否需光：根据培养过程中是否需光： 光培养、暗培养光培养、暗培养 l根据培养方法的不同：根据培养方法的不同： 平板培养、微室培养、悬浮培养等平板培养、微室培养、悬浮培养等 （三）、植物组织培养的类型（三）、植物组织培养的类型 概概 述述 l按培养过程分为按培养过程分为:初代培养和继代培养初代培养和继代培养 初代培养（初代培养（Primary culture）：）： 指外植体的最初培养。指外

9、植体的最初培养。 继代培养（继代培养（Subculture）：）： 将初代培养得到的培养体移植于新鲜培养基中这将初代培养得到的培养体移植于新鲜培养基中这 种反复多次移植的培养，称为继代培养。种反复多次移植的培养，称为继代培养。 （三）、植物组织培养的类型（三）、植物组织培养的类型 概概 述述 二、植物组织培养发展简史二、植物组织培养发展简史 1 1、萌芽阶段萌芽阶段：( (从从2020世纪初到世纪初到3030年代中）年代中） 1838-1839 1838-1839年，德国科学家年，德国科学家Schleide Schleide 和和SchwannSchwann发表了细胞学发表了细胞学 说，奠定了

10、组织培养的理论基础。说，奠定了组织培养的理论基础。 19021902年，德国植物学家年，德国植物学家Haberlandt Haberlandt 根据细胞学说，提出植物根据细胞学说，提出植物 细胞全能性（细胞全能性（totipotencytotipotency）理论。理论。 19041904年，年，Hanning Hanning 最先成功地培养了萝卜和辣根菜的胚。最先成功地培养了萝卜和辣根菜的胚。 19221922年，年，Knudson Knudson 采用胚培养法获得大量兰花幼苗。采用胚培养法获得大量兰花幼苗。克服其种克服其种 子发芽困难的问题子发芽困难的问题 1925年：年：Laibach亚

11、麻种间杂交幼胚培养得到杂种亚麻种间杂交幼胚培养得到杂种 玉米成熟胚的培养玉米成熟胚的培养 概概 述述 Haberlandt： 观点：观点： 贡献：贡献：提出细胞全能性提出细胞全能性 首次进行离体细胞培养首次进行离体细胞培养 高等植物的组织和器官可高等植物的组织和器官可 以分割成单个细胞以分割成单个细胞 小野芝麻和凤眼兰的栅栏细胞和虎眼万年青属表皮细胞小野芝麻和凤眼兰的栅栏细胞和虎眼万年青属表皮细胞 无分裂无分裂 细胞高度分化细胞高度分化+培养基中无生长激素培养基中无生长激素 Knop+蔗糖蔗糖 概概 述述 19341934年，美国植物生理学家年，美国植物生理学家White White 用番茄根

12、尖建立起第一个活跃用番茄根尖建立起第一个活跃 生长的无性繁殖系，从而使非胚器官的培养首先获得成功。生长的无性繁殖系，从而使非胚器官的培养首先获得成功。 2 2、奠基阶段奠基阶段（从（从2020世纪世纪3030年代末到年代末到5050年代中）年代中） 1934年：年：Gautherete培养山毛杨、黑杨形成层组织产生了培养山毛杨、黑杨形成层组织产生了Callus 1937年：年：White发现发现3种种B族维生素和族维生素和IAA对植物生长有用对植物生长有用 1939年：年：Gautherete培养胡萝卜根小外植体成功培养胡萝卜根小外植体成功 1939年：年：White培养烟草种间杂种幼茎切段原

13、形成层成功培养烟草种间杂种幼茎切段原形成层成功 1939年：年：Nobecourt培养胡萝卜根块茎薄壁组织成功培养胡萝卜根块茎薄壁组织成功 概概 述述 组织培养的奠基人组织培养的奠基人 概概 述述 3 3、快速发展和应用阶段快速发展和应用阶段（从（从2020世纪世纪5050年代末至今）年代末至今） l 1958 1958年，英国科学家年，英国科学家Steward Steward 等用胡萝卜根的愈伤组织等用胡萝卜根的愈伤组织 细胞进行悬浮培养，成功诱导出胚状体并分化为完整的小植细胞进行悬浮培养，成功诱导出胚状体并分化为完整的小植 株。这是株。这是第一次实现人工体细胞胚，是植物组织培养的第一第一次

14、实现人工体细胞胚，是植物组织培养的第一 个突破。个突破。 l 1960 1960年英国学者年英国学者CockingCocking用酶法分离原生质体成功。这是用酶法分离原生质体成功。这是 植物组织培养的第二个突破。植物组织培养的第二个突破。 l 19621962年，年，Murashinge Murashinge 和和Skoog Skoog 在烟草培养中筛选出至今在烟草培养中筛选出至今 仍被广泛使用的仍被广泛使用的MSMS培养基培养基。 l 1964-1966 1964-1966年，印度科学家年，印度科学家Guha Guha 和和Maheswari Maheswari 在曼陀罗花在曼陀罗花 药培养

15、中药培养中首次由花粉诱导得到了单倍体植株首次由花粉诱导得到了单倍体植株。 l19721972年，年，Carlson Carlson 通过两个种的烟草原生质体融合培养，通过两个种的烟草原生质体融合培养， 获得了获得了第一个体细胞杂交的杂种植株第一个体细胞杂交的杂种植株。 概概 述述 植物再生植株的途径植物再生植株的途径 概概 述述 l第二节 植物胚胎培养 第一小节、胚培养第一小节、胚培养 胚培养：胚培养：采用人工的方法将胚从种子、子房或采用人工的方法将胚从种子、子房或 胚珠中分离出来，再放在无菌的条件下，让胚珠中分离出来，再放在无菌的条件下，让 其进一步生长发育，以至形成幼苗的过程。其进一步生长

16、发育，以至形成幼苗的过程。 第第4章章 胚胎培养胚胎培养 一、培养类型一、培养类型 1、幼胚培养、幼胚培养2、成熟胚培养、成熟胚培养 二、培养过程： 1、幼胚培养过程：、幼胚培养过程： l取子房取子房 l常规表面消毒常规表面消毒 l解剖镜下，取胚珠、去珠被、取出完整解剖镜下，取胚珠、去珠被、取出完整 幼胚。幼胚。 l固体培养固体培养 l幼胚的发育方式：幼胚的发育方式： l 1）胚性发育；胚性发育； l 2）早熟发育；早熟发育； l 3）产生愈伤组织产生愈伤组织 第一小节、胚培养第一小节、胚培养 2、成熟胚培养过程-以玉米成熟胚培养为例 1）玉米种子消毒）玉米种子消毒 2）在黑暗条件下，将种子放

17、在无菌湿润的含）在黑暗条件下，将种子放在无菌湿润的含 滤纸的培养皿中培育滤纸的培养皿中培育6hr。 3）将吸涨的种子在无菌培养皿内将胚分离出将吸涨的种子在无菌培养皿内将胚分离出 来来 4）无菌水冲洗）无菌水冲洗3次次 5）在）在MS培养基中暗培养。培养基中暗培养。 6）观察：）观察：2d出现胚根，出现胚根，3-4 d出现胚芽，出现胚芽，10d 长成幼苗。长成幼苗。 玉米成熟胚的培养玉米成熟胚的培养 第一小节、胚培养第一小节、胚培养 三、培养基与培养条件 1、培养基、培养基 2、培养条件：培养条件： 1）糖类：）糖类： 2）附加成分）附加成分 3）光照）光照 4）培养方式：）培养方式： l 幼胚

18、培养适于液体培养，幼胚培养适于液体培养， l 成熟胚适于固体培养成熟胚适于固体培养 第一小节、胚培养第一小节、胚培养 四、胚培养的应用 1)在远缘杂交育种中在远缘杂交育种中:克服杂种胚不能正常克服杂种胚不能正常 发育发育 2)克服珠心胚的干扰克服珠心胚的干扰,提高育种效率提高育种效率 3)缩短育种周期缩短育种周期 4)测定休眠种子的萌发率测定休眠种子的萌发率 5)理论研究中的应用理论研究中的应用 第一小节、胚培养第一小节、胚培养 胚乳培养胚乳培养是指将胚乳从母体上是指将胚乳从母体上 分离出来，在无菌的环境条件分离出来，在无菌的环境条件 下培养，使其生长发育形成幼下培养，使其生长发育形成幼 苗的

19、过程。苗的过程。 第二小节、胚乳培养 n胚乳外植体制备胚乳外植体制备:种子消毒种子消毒-取出胚乳取出胚乳 n培养培养:WhiteWhite或或MSMS诱导培养基诱导培养基-25-2725-27- -暗暗 或弱光或弱光 n发育发育:诱导形成愈伤组织诱导形成愈伤组织-再分化形成胚状再分化形成胚状 体或不定芽体或不定芽-生根培养生根培养-植株。植株。 第二小节、胚乳培养第二小节、胚乳培养 一、胚乳培养过程一、胚乳培养过程 胚乳培养过程胚乳培养过程 胚乳胚乳 胚状体发育成苗胚状体发育成苗 不定芽苗不定芽苗 愈伤组织愈伤组织形态发生形态发生 第二小节、胚乳培养第二小节、胚乳培养 二、胚乳再生植株的染色体

20、倍数 l稳定型：稳定型：三倍体三倍体 l畸变型：畸变型：除少数是三倍体，多数是由多种除少数是三倍体，多数是由多种 倍性细胞组成的嵌合体倍性细胞组成的嵌合体 第二节、胚乳培养第二节、胚乳培养 三、胚乳培养的应用 1、胚乳培养胚乳培养可得到三倍体植株，产生无可得到三倍体植株，产生无 籽果实。或加倍形成六倍体植株进行育籽果实。或加倍形成六倍体植株进行育 种。种。 2、胚乳培养胚乳培养可得到倍性不同的愈伤组织，可得到倍性不同的愈伤组织， 可分离和筛选各种类型的非整倍体植株。可分离和筛选各种类型的非整倍体植株。 第二节、胚乳培养第二节、胚乳培养 第三小节 胚珠和子房培养 一、胚珠培养一、胚珠培养 定义：

21、是指将胚珠从母体定义：是指将胚珠从母体 上分离出来，在无菌的上分离出来，在无菌的 人工环境条件下培养，人工环境条件下培养， 使其生长发育形成幼苗使其生长发育形成幼苗 的过程。的过程。 倒生胚珠倒生胚珠 胚珠培养类型： 1、受精胚珠的培养、受精胚珠的培养 2、未受精胚珠的培养、未受精胚珠的培养 第三小节第三小节 胚珠和子房培养胚珠和子房培养 （二）、培养基：（二）、培养基： White,Nitsch,MS （三）、胚珠的发育：三）、胚珠的发育： A 受精胚珠：一是形成种子；二是形成愈伤组织受精胚珠：一是形成种子；二是形成愈伤组织 B 未受精胚珠：形成单倍体植株。未受精胚珠：形成单倍体植株。 第三

22、小节第三小节 胚珠和子房培养胚珠和子房培养 （一）、胚珠培养的基本过程：（一）、胚珠培养的基本过程： 二、子房培养 定义定义：子房培养是指将子子房培养是指将子 房从母体上分离出来，房从母体上分离出来， 在无菌的人工环境条件在无菌的人工环境条件 下培养，使其生长发育下培养，使其生长发育 形成幼苗的过程。形成幼苗的过程。 第三小节第三小节 胚珠和子房培养胚珠和子房培养 类型类型 授粉子房的培养授粉子房的培养 未授粉子房的培养未授粉子房的培养 （一）子房培养的培养过程 l1 1、制备外植体、制备外植体：在开花前后适宜时期取：在开花前后适宜时期取 子房或幼花，消毒子房或幼花，消毒 l2 2、子房培养、

23、子房培养：固体或液体培养均可：固体或液体培养均可 （二）培养基（二）培养基:N6,MS 第三小节第三小节 胚珠和子房培养胚珠和子房培养 单核胚囊单核胚囊 3个反足细胞（合点端个反足细胞（合点端N） 8核胚囊核胚囊 1个中央细胞（中央个中央细胞（中央2X1N） (7细胞胚囊细胞胚囊) 2个助细胞（珠孔端个助细胞（珠孔端N） 1个卵细胞（珠孔端个卵细胞（珠孔端N） 三次有丝分裂三次有丝分裂 第三小节第三小节 胚珠和子房培养胚珠和子房培养 胚囊发育过程：胚囊发育过程： p性细胞（卵细胞、助细胞、极核、反性细胞（卵细胞、助细胞、极核、反 足细胞）足细胞）-胚状体或愈伤组织胚状体或愈伤组织-单倍单倍 体植株；体植株； p体细胞（珠被、子房壁）体细胞（珠被、子房壁）-胚状体或愈胚状体或愈 伤组织伤组织-二倍体植株；二倍体植株； 第三小节第三小节 胚珠和子房培养胚珠和子房培养 （三）培养子房的发育：（三）培养子房的发育： 三、胚珠和子房培养的应用 （二）子房培养的应用（二）子房培养的应用 l1 1、授粉子房培养目的授粉子房培养目的：挽救杂种胚：挽救杂种胚 l2 2、未授