植物组织培养1.ppt

1、,天津农学院农学系,植物组织培养(plant tissue culture),绪 论一、生物技术概述 二、细胞工程的定义三、植物组织培养的发展史四、植物组织培养的应用,一、生物技术概述,生物技术是以生物科学为基础，利用生物个体或生物器官、组织、细胞的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系（包括细胞系），以及与工程原理相结合进行产品加工生产的综合性技术体系。,一 定义,细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质以获得新型生物或一定细胞产品的一门综合性科学技术。 广义的细胞工程包括所有的生物组织

2、、器官及细胞离体操作和培养技术，狭义的细胞工程则是指细胞融合和细胞培养技术。,根据研究生物类型不同，细胞工程可分为动物细胞工程、植物细胞工程、微生物细胞工程。 动物细胞工程包括：细胞培养技术（包括组织培养、器官培养）；细胞融合技术；胚胎工程技术 （核移植、胚胎分割等）；克隆技术（单细胞系克隆、器官克隆、个体克隆）。 植物细胞工程包括：植物组织、器官培养技术；细胞培养技术；原生质体融合与培养技术；亚细胞水平的操作技术等。,根据实验操作对象可分为：细胞与组织培养细胞融合细胞核移植染色体操作转基因生物等,以细胞工程为基础，发展派生了不少以工程冠名的新领域：组织工程胚胎工程染色体工程,植物细胞工程,1

3、、细胞与组织培养,细胞培养（cell culture）和组织培养（tissue culture）都属于体外培养（in vitro culture），是指生物细胞和组织在离体条件下的生长和增殖。是细胞工程的最基本技术。,2、细胞融合细胞融合（cell fusion）又称细胞杂交（cell hybridization）是指两个或两个以上的细胞融合形成一个细胞的.,3、细胞核移植(nuclear transplantation),利用显微操作技术将细胞核与细胞质分离，然后再将不同来源的核与质重组，形成杂种细胞。,体细胞克隆羊 多莉,277次乳腺细胞核移植实验； 获得29个发育为8细胞的“胚”； 13

4、头代孕母亲； 1996年7月5日，羊羔6LL3，被命名为“多莉”。,全球首只克隆猫和“妈妈”在一起,（1）既然绵羊的体细胞可以被成功地克隆成一个新的个体，是否意味着人类也可以克隆自己呢？ （2）是否应该允许进行克隆人的实验？,时代封面故事“争论克隆人”,多利于1996年7月5日出生，2003年2月14日死亡。维尔穆特领导培育的世界上第一只体细胞克隆动物-克隆羊“多利”于2003年2月因肺部感染而死亡,患关节炎时的多利,克隆有缺陷 克隆鼠突然“发福”,4、染色体工程(chromosome engineering ),把单个的染色体或染色体组转入或移出受体细胞，从而形成新的染色体组合和遗传构成。,

5、5、胚胎工程(embryonic engineering),以生殖细胞和胚胎细胞为对象进行的操作，主要技术包括体外受精、胚胎切割、胚胎移植等。,二.植物组织培养的概念,1、植物组织培养的概念 植物组织培养是指在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、细胞以及原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适当的培养条件，使其长成完整植株，统称植物组织培养。Gamborg曾根据所培养的植物材料的不同，把组织培养分为5种类型，即愈伤组织培养，悬浮细胞培养、器官培养、茎尖分生组织培养和原生质体培养。,根据培养目的可分为：试管嫁接、试管授粉、试管加倍、试管育种等。 依据培养方法：平板培养、微室培养、悬浮培养、单细

6、胞培养等。,2、植物组织培养的发展历史,探索阶段（1902-1929） 1902年，德国植物学家Haberlandt提出了高等植物的器官和组织可以不断分割，直至分到单个细胞的观点。他认为，如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力，那么可以通过植物细胞培养，把单个细胞培养成一个新个体。,在此思想指导下，许多科学家从事组织培养研究. 1904年，德国植物胚胎学家Hanning 用萝卜和辣根的胚进行离体培养，提早长成了小植株，首次获得胚培养成功。 成熟 发芽常规，幼胚 种子 植物 培养 组织培养 幼胚 植株,1922年，Knudson 对兰花幼胚进行培养获得幼苗，克服了兰花种子发芽难的困难。 192

7、2，Kotte和Robbins对豌豆、玉米、棉花等的茎尖、根尖进行了离体培养。发现了培养的分生组织只能进行有限的生长 1925年，Laibach 进行亚麻种间杂种幼胚培养，成功地得到了杂种植物。证明了胚培养在植物远源杂交中利用的可能性,培养技术建立阶段（1930-1959）,作为一门技术，它必须具有一定的程序性。也就是说，它应该具有一定的技术模式。在这一阶段，植物组织培养建立了两个与培养技术有关的重要模式: 一是培养基模式， 二是激素调控模式。,White、Gautheret、Nobecourt 等科学家被誉为植物组织培养的奠基人。 在此基础上建立了植物组织培养的综合培养基，包括无机盐成分、有

8、机成分和生长刺激因素。这是随后创立的各种培养基的基础，同时也建立了植物组织培养的基本方法，成为当今各种植物组织培养的技术基础。,40年代末开始，进行从脱分化细胞组织培养进入探讨器官再分化的研究。 细胞（组织、器官）脱分化 愈伤组织 再分化不定芽 不定根 植株,植物组织培养应用举例,脱分化：离体培养条件下，一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生组织细胞状态或胚性细胞的状态的过程就是细胞脱分化 再分化：脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在特定的条件（离体培养）下，重新恢复细胞分化能力，并经历器官发生形成单极性的芽或根，或经历胚胎发生形成双极性的胚状体，进一步发育成完整生物体，这一过程称为细胞再分化

9、。,1957年Skoog和Miller提出了植物激素控制器官形成的概念，指出通过改变培养基中生长素和细胞分裂素的比率，可以控制器官的分化，即生长素和细胞分裂素高促进根的分化，低促进茎和芽的分化。 1958年，Steward 和Reinert以胡萝卜根的悬浮细胞诱导分化成完整的小植株，发现了体细胞胚，为细胞离体培养中研究形态发生机制开拓了新的领域。,应用研究阶段（1960- ）,1、原生质体培养和细胞融合。 1971年，Takebe 等从烟草原生质体得到再生植株，首次获得原生质体植株再生成功。 1972年，Carlson 等通过两个烟草物种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种植株。 197

10、8年，Melchers进行了马铃薯和番茄的融合实验，获得了第一个属间杂种植株 到目前为止，组织培养、原生质体培养、细胞融合已在许多植物上获得再生成功。,2、微繁技术 1960年，Morel提出了利用茎尖离体快速繁殖兰花的方法，在此基础上，国际上建立了兰花工业，取得了巨大的经济效益和社会效益。,3、花药培养技术 1973年，Nitch采用花药预培养的方法，首次获得了烟草花粉植株。4、次生产物生产,3、 植物组织培养的任务,（1）研究植物器官、组织和细胞在离体培养条件下，所需要的有机营养、无机营养、植物激素等培养条件和刺激因素。（2）研究植物器官、组织和细胞，在离体培养条件下，所需的温度、湿度和光

11、照等环境条件。（3）研究植物的不同生理年龄、遗传组成（基因型）在离体培养条件下，形态发生的规律。（4）研究离体培养条件下再生植株群体的遗传稳定性和变异性。,植物组织培养的应用,（一）、脱毒和快速繁殖 许多植物，特别是无性繁殖植物，带有病毒，并直接传给子代，严重影响产量和质量。一般茎尖生长点不带病毒。所以，利用茎尖培养再生的植株，可能不带病毒，再进行大量繁殖生产脱毒苗。脱毒苗用于生产可明显提高产量、质量和商品价值。目前已在许多植物上得到应用，如甘薯、马铃薯、草莓、果树、花卉等。,许多名贵植物，之所以名贵，是因为繁殖系数太低，种子结实率低或者不结种子，而营养繁殖又很慢。利用组织培养再生植株，进行大量繁殖，可以大大提高繁殖系数。目前组织培养快速繁殖已在许多植物上应用，最早是兰花（60年代）,（二）、利用培养变异，筛选优良 突变体。 植物离体培养，能够明显提高突变率，并且会有各种各样的生理和形态突变，如株高、花色、植株形态、生育期、耐性等等。可以从中选择优良突变体，培育新品种。,（三）、利用远缘杂交幼胚培养，获得杂种植株，克服其杂交不亲和性。 有些植物远缘杂交，能正常受精，但受精胚往往败育。此种情况下，可以将幼胚在败