植物胚胎培养与离体受精

一、什么是植物胚胎培养胚胎培养（embryoculture）是植物组织培养的一个主要领域。植物胚胎培养是指对植物的胚（种胚）及胚器官（如子房、胚珠）进行人工离体无菌培养，使其发育成幼苗的技术。从离体胚到完整的植株，其发育途径有3条：1、正常胚胎发育途径2、脱分化形成愈伤组织3、早熟萌发产生畸形苗第1页/共26页第一页，共27页。二、植物胚胎培养的意义1、克服杂种胚的败育，获得稀有杂种例：程桂琴等（2000）通过离体胚培养成功地获得了纤毛鹅观草和5个四倍体小麦种（品种）的属间杂种植株及愈伤组织，有效地克服了纤毛鹅观草和四倍体小麦杂种胚发育小的问题。第2页/共26页第二页，共27页。2、获得单倍体和多倍体植株例1：孙敬三等利用小麦X玉米获得了小麦单倍体。例2：伊华林等以柑橘异源四倍体杂种为父本与单胚的二倍体柑橘类型杂交，通过幼胚获得了三倍体植株。第3页/共26页第三页，共27页。2、获得单倍体和多倍体植株例1：孙敬三等利用小麦X玉米获得了小麦单倍体。例2：伊华林等以柑橘异源四倍体杂种为父本与单胚的二倍体柑橘类型杂交，通过幼胚获得了三倍体植株。第4页/共26页第四页，共27页。3、打破种子休眠，促进胚萌发例：Arrillaga等（1992）证明用各种方法处理未经层积处理的花白蜡完整种子，都不能明显提高种子的发芽率，但将种子浸泡24h后，取出胚进行离体的胚培养，胚萌发率高达90%以上。因此他们认为离体胚培养可以解除种子休眠。第5页/共26页第五页，共27页。5、克服种子生活力低下和自然不育性，提高种子发芽率例：Musabalbisiana是商品香蕉的1个野生亲缘物种，其种子在自然条件下不能萌发，然而通过离体胚的培养很容易产生幼苗第6页/共26页第六页，共27页。三、植物胚胎培养的内容1、胚培养（1）成熟胚培养（2）幼胚培养2、胚珠培养3、子房培养4、胚乳培养5、植物离体受精 第7页/共26页第七页，共27页。三、植物胚胎培养的内容1、胚培养（1）成熟胚培养（2）幼胚培养2、胚珠培养3、子房培养4、胚乳培养5、植物离体受精 第8页/共26页第八页，共27页。1.来自同一花粉管的两个精子是定向还是随机运动到卵细胞或中央细胞？2.配子之间是否有识别过程以至特异结合？3.配子融合的动力学机制？4.植物如何避免多精入卵问题？5.受精对卵细胞的激活作用始自何时？通过何种机制？何种信号？

第9页/共26页第九页，共27页。试管受精（test-tubefertilization）

将胚珠或子房在离体培养的条件下进行授粉和受精的方法。（60年代）

离体受精（IVF）

指在离体环境中完成被子植物的精、卵融合而且利用受精所产生的“离体合子”培养再生植株，做到整个受精与胚胎发育过程完全在离体条件下完成。（90年代）第10页/共26页第十页，共27页。离体受精的技术基础

（一）1.配子分离

1)卵细胞的分离

酶学的方法直接解剖法2)精细胞的分离渗透压冲击法机械分离法

第11页/共26页第十一页，共27页。离体受精的技术基础

（二）

2.单对配子融合

微电融合85%融合率，只有此法融合的产物再生了植株。

高钙—低PH介导融合电融合方法的代替技术。

一般钙条件融合

PEG诱导的融合

第12页/共26页第十二页，共27页。离体受精的技术基础（三）3.人工合子的培养

培养方法——目前常采用微室饲养培养

将商品生产的微室置入饲养细胞的小培养皿中，培养物接微室内，通过室底部微孔滤膜吸取周围饲养细胞释放的活性物质，促进其发育。

第13页/共26页第十三页，共27页。FeederCell:

未成熟胚悬浮细胞或小孢子细胞

FeederCell促进被饲养物生长的原因：

1）增加细胞密度2）细胞旺盛分裂或分化过程中产生活性物质

——生长促进因子(GPF)（维持细胞分裂、生长和发育所必需的）第14页/共26页第十四页，共27页。

从离体受精到植株开花约需100天，形成的籽粒具有正常发育的胚和胚乳。

目前，唯一一例离体融合产生的合子培养获得再生可育植株是在玉米中实现的。

第15页/共26页第十五页，共27页。第16页/共26页第十六页，共27页。IVF的研究意义1.

为受精生物学的重要理论问题的探索与解决开辟了新的途径；

2.

用于遗传育种中可以克服自交不亲和性，进行作物改良。第17页/共26页第十七页，共27页。离体受精的细胞学研究现状1.配子识别——判别糖蛋白的作用

利用分离的雌、雄配子对其细胞膜特征，如表面膜蛋白特别是糖蛋白的分布等直接进行分析，这可以帮助判断糖蛋白在被子植物中是否和在动物及低等植物中一样是配子识别必不可少的；2.膜融合——多精入卵问题的探讨3.胞质融合——精细胞质全部进入卵细胞4.核融合——融合过程中的信号问题

第18页/共26页第十八页，共27页。离体受精的细胞学研究现状1.配子识别——判别糖蛋白的作用2.膜融合——多精入卵问题的探讨

膜融合的方式，在不同的离体受精系统中融合的原理是不同的，一种是精细胞质很快进入卵细胞，精细胞膜作为其中的一部分参与了受精卵细胞膜的重组。另一种是精细胞整体进入卵细胞，精细胞膜并不参与融合产物细胞膜的形成。

3.胞质融合——精细胞质全部进入卵细胞4.核融合——融合过程中的信号问题

第19页/共26页第十九页，共27页。离体受精的细胞学研究现状1.配子识别——判别糖蛋白的作用2.膜融合——多精入卵问题的探讨

3.胞质融合——精细胞质全部进入卵细胞

体内自然受精过程中，至少部分被子植物的精细胞质未能进入卵细胞；而在离体受精时，精细胞质则全部进入卵细胞。4.核融合——融合过程中的信号问题

第20页/共26页第二十页，共27页。

离体受精的细胞学研究现状1.配子识别——判别糖蛋白的作用2.膜融合——多精入卵问题的探讨3.胞质融合——精细胞质全部进入卵细胞

4.核融合——融合过程中的信号问题

核融合一般在精—卵融合后35-90min出现。烟草卵细胞有明显的极性即液泡端和胞质端，但无论精子在卵细胞哪一端融合，卵细胞质都可很快地移向精核处将其纳入并包被。

第21页/共26页第二十一页，共27页。IVF的研究意义

1.

为受精生物学的重要理论问题的探索与解决开辟了新的途径；2.

用于遗传育种中可以克服自交不亲和性，进行作物改良。

离体受精所能克服的是那些以花粉—柱头或花粉—花柱相互作用为基础的不亲和障碍，并不是万能的。第22页/共26页第二十二页，共27页。中央细胞和精细胞的融合及发育

第23页/共26页第二十三页，共27页。当前热点问题

利用离体受精系统研究受精与早期胚胎发生过程中的基因表达，是本领域研究由细胞水平进入分子水平的新趋势，主要工作是1.构建DNA文库研究基因表达；

2.利用显微注射技术（Microinjection）来将外源基因导入卵和合子的实验。

第24页/共26页第二十四页，共27页。Thankyou!第25页/共26页第二十五页，共27页。感谢您的观看。第26页/共26页第二十六页，共27页。内容总结一、什么是植物胚胎培