教学课件PPT植物细胞工程的理论基础.ppt

1、细胞工程,邢朝斌科技楼0510Tel:3726238E-mail:,Cell Engineering,第二章 植物细胞工程的理论基础,细胞工程邢朝斌,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,第二节 器官发生,第三节 离体培养下的遗传与变异,第一节 细胞分化与细胞全能性,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,一、细胞全能性的一般概念,二、细胞分化,三、离体培养中细胞的 脱分化、再分化,一、细胞全能性的一般概念 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:,一、细胞全能性的一般概念,第二章植物细胞工程的理论基

2、础,第一节 细胞分化与细胞全能性,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 特化细胞,一、细胞全能性的一般概念,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,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 厚角组织 输导组织 厚壁组织。,一、细胞全能性的一般概念,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,脱分化途径,完整植株,愈伤组织,外植体,二、离体培养中细胞的脱分化,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,直接伸长途径,完整植株,茎尖 幼胚,原植物,二、

3、离体培养中细胞的脱分化,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,外植体（explant）：植物组织培养中用来进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。,二、离体培养中细胞的脱分化,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,外植体,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。,二、离体培养中细胞的脱分化,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,愈伤组织,愈伤组织的种类： 1、胚性愈伤组织 ：表面光滑、组织结构紧凑、细胞小、再生力强。,二、离体培养中细胞的脱分化,第二章植物细胞工程

4、的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,胚性愈伤组织,愈伤组织的种类： 2、非胚性愈伤组织：表面粗糙、组织结构疏松、细胞大。,二、离体培养中细胞的脱分化,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,非胚愈伤组织,注意：1、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。2、多数愈伤组织内的细胞并不都是未分化的细胞，即同一愈伤组织内的细胞之间其状态存在一定的差异。,二、离体培养中细胞的脱分化,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,细胞分化：是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

5、的过程。 时间上的分化： 空间上的分化：,三、细胞分化,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,1.细胞分化与极性建立： 极性建立的标志 细胞的不均等分裂。 极性的建立和维管成分的产生，是植物细胞分化的基本特征。,三、细胞分化,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,2.影响细胞分化的因素： a.激素 生长素能促进维管组织形成 细胞分裂素与木质部的发生有关,三、细胞分化,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,三、细胞分化,1,2,2.53.5%,4,数量很少的木质部,木质部形成，韧皮部不能形成,木质部和韧皮部都能形成,韧皮部形成，木

6、质部不能形成,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,b、蔗糖浓度,2.影响细胞分化的因素： c.光照 光照对于维管组织的分化具有促进作用 d.温度,三、细胞分化,第二章植物细胞工程的理论基础,第一节 细胞分化与细胞全能性,暗培养下的烟草愈伤组织,第二节 器官发生,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,一、离体培养中器官发生的方式,二、器官分化的过程,三. 影响器官分化的因素,第二节 器官发生,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、不定芽等器官的过程。,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,一、离体培养中器官发生的方式

7、,第一种方式是先芽后根 如小麦，芦荟、苹果,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,一、离体培养中器官发生的方式,第二种方式为先根后芽 如枸杞、苜蓿等,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,一、离体培养中器官发生的方式,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,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,二、器官分化的过程,离体条件下，经过愈伤组织再分化器官一般要经过三个生长阶段： 1、外植体经过诱导形成愈伤组织。,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,二、器官分化的过程,离体条件下，经过愈伤组织再分化器官

8、一般要经过三个生长阶段： 2、形成生长中心。,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,二、器官分化的过程,离体条件下，经过愈伤组织再分化器官一般要经过三个生长阶段： 3、器官原基及器官形成。,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,注意： 在有些情况下，外植体不经过典型的愈伤组织即可形成器官原基，这一途径有两种情况，一是外植体中已存在器官原基，进一步培养即形成相应组织器官进而再生植株，另一种情况是外植体形成分生细胞团后在分生细胞团上直接形成器官原基。,二、器官分化的过程,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,一般认为，芽和茎原基通常起源于培养组织中比较表层的细胞，即外

9、起源，而根原基则发生在组织较深处，是内起源。,二、器官分化的过程,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,三、影响器官分化的因素,1.外植体 位置、状态及组织类型 外植体不同取材组织类型对芦荟增殖的影响,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,三、影响器官分化的因素,1.外植体 位置、状态及组织类型 外植体不同取材位置类型对芦荟茎盘增殖的影响,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,三、影响器官分化的因素,具有变态器官（如鳞茎、球茎、块茎等）的植物，在培养中往往也容易形成相应的变态器官。,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,三、影响器官分化的因素,2.生长调

10、节剂 生长调节剂在细胞生长与个体发育中具有重要的调控作用。离体培养下的器官分化在大多数情况下是通过外源提供适宜的植物生长调节剂来实现的。种类、浓度和不同类型生长调节剂的比例是影响根芽等分化的关键。,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,三、影响器官分化的因素,3.光照 光照有利于维管组织和叶绿体形成进而分化芽。 愈伤组织的诱导培养一般在黑暗或弱光照条件下进行 分化培养的初期连续光照能促进愈伤组织变绿，随后的昼夜交替则有利于细胞极性的建立，从而促进器官分化。,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,三、影响器官分化的因素,4.温度 愈伤组织诱导培养时，温度可以适当提高，而分化温

11、度比诱导温度要低。 与光周期相似，某些需要通过低温春化的植物，在离体培养中器官形成有时也需要低温处理,第二章植物细胞工程的理论基础,第二节 器官发生,第三节 离体培养下的遗传与变异,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,一、培养细胞变异的类型,二、变异原因,三、影响培养细胞遗传变异的因子,四、体细胞无性系变异的诱导,五、优良变异的筛选方法,六、体细胞无性系变异的利用,七、变异的抑制,一、培养细胞变异的类型 离体培养中，组织、细胞、原生质体培养再生植株中，会有各种各样的变异。 组织培养条件下所表现的遗传与变异特征称之为体细胞遗传与变异。,第二章植物细胞工程的理论基础,第三

12、节 离体培养下的遗传与变异,第三节 离体培养下的遗传与变异,自发产生的变异 变异率： 10-710-6,诱发产生的变异 变异率： 10-510-4,第二章植物细胞工程的理论基础,一、培养细胞变异的类型,第三节 离体培养下的遗传与变异,一、培养细胞变异的类型,1,2,一、培养细胞变异的类型,1.自发产生的变异,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,A.染色体多倍性和非整倍性,一、培养细胞变异的类型,1.自发产生的变异,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,B.畸形变异,一、培养细胞变异的类型,1.自发产生的变异,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节

13、 离体培养下的遗传与变异,C.非遗传变异 （a）外遗传变异,一、培养细胞变异的类型,1.自发产生的变异,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,C.非遗传变异 （ b ）生理适应,一、培养细胞变异的类型,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,2、诱发产生的变异 （抗镰刀菌毒素细胞变异系的分离）,二、变异原因,1、 植物本身的 异质性 （嵌合性）,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,不是真正意义上的突变,二、变异原因,2、培养条件引起的变异 1）培养基中添加的激素 2）形成愈伤组织时，细胞分裂异常 3）环境条件的改变,第二章

14、植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,三、影响离体培养细胞遗传变异的因子,1、供体植株 倍性水平、基因型、细胞的分化程度 2、培养基及培养方式 培养基的成分、物理状态及培养类型 3、继代培养的次数 越多，细胞变异的几率就越大,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,四、体细胞无性系变异的诱导,自发变异往往频率较低，为了增加变异频率，在培养基中添加化学诱变剂或使用物理方法处理，这样，细胞群体中就会产生各种各样的变异。,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,四、体细胞无性系变异的诱导,诱变剂类型： 物理诱变剂：X射线、 射线、中子、粒

15、子、粒子和紫外线等。化学诱变剂：烷化剂、碱基类似物、移码诱变剂和某些抗生素类等。,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,五、优良变异的筛选方法,1、离体条件下体细胞无性系变异的筛选的优点：（1）所需空间小。（2）不受季节限制，筛选效率高。（3）诱变和筛选条件可控。（4）接触面大、突变率高。 （5）避免了嵌合体。,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,五、优良变异的筛选方法,2、体细胞变异材料的选择 （1）目标性状的可行性。 选择综合性状良好的植物品种材料 （2）试验植物的细胞培养技术水平。 起始材料要有良好的培养技术 （3）选择合适的细胞类型。

16、优先考虑原生质体和悬浮细胞系,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,五、优良变异的筛选方法,3、筛选方法 （1）直接筛选法 在设计的选择条件下，能使培养细胞或再生个体获得直接感官上的差异。 如：抗除草剂、抗盐碱的突变个体,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,培养及筛选过程（在细胞水平上）：,培养 细胞,耐性愈伤组织,再生 植株,耐性 植株,五、优良变异的筛选方法,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,培养及筛选过程（在再生植株水平上）：,外植体,愈伤组织,再生 植株,耐性 植株,五、优良变异的筛选方法,第二章植物细胞工程的理论基础,第三节 离体培养下的遗传与变异,2、间接筛选法 间接选择法是一种借助于与突变表现型有关的性状作为选择指标的筛选方法。 由于在离体培养中直接接种病原物会严重阻碍细胞生长，因此常用于抗病突变体的筛选。,五、优良变异的筛选