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1、植物组织培养教案一、本课程的性质、地位和作用植物组织培养是以植物细胞、组织、器官为研究对象，运用工程学原理，利用人工培养基按照预定目标，对植物的器官、组织、细胞和原生质体进行培养，改变生物性状，生产生物产品，为人类生产和生活服务的一门综合性技术科学，也是现代生物技术的核心技术之一。在植物的优良品种快速繁殖、脱毒苗木生产、缩短育种进程、种质资源保存等方面具有其它技术无法比拟的优势。它的主要研究内容是研究在无菌及离体条件下，细胞、组织、器官所需营养条件和环境条件；细胞、组织、器官的形态发育规律，植物材料的快速大量繁殖方法；原生质体融合方法与机理；再生个体的遗传变异；种质资源的离体保存机理与方法；通
2、过植物细胞工程实现对动植物的遗传改造, 创造新的生物种质,为人类造福。二、教学目的及要求了解植物组织培养的发展概况、发展现状、未来发展趋势及在生产实践中应用。理解植物组织培养的基本原理。了解植物组织培养实验室或商业性种苗生产企业的设计与构建。熟悉培养室常用仪器、设备及用具，并掌握其使用方法，熟知组织培养实验室常用药品，并掌握其性质、用途及配制方法。了解植物组织培养中如洗涤、灭菌、培养基配制、无菌操作等技术环节，并掌握其操作规程，会熟练操作。了解影响植物组织培养的环境条件。掌握植物器官、愈伤组织、胚胎、花药与花粉、细胞、原生质体培养及种质资源保存的基础技术。掌握植物组培快繁及脱毒苗培育技术。熟知
3、外植体初代培养、诱导增殖、壮苗与生根及瓶苗驯化等各技术环节，并了解组织培养中污染、褐变及超度含水态苗发生的原因及控制措施。了解重要植物的组培快繁与脱毒技术及组培苗工厂化生产与经营管理。三、内容与课时安排(36学时)章 节 目 录课堂讲授内容及学时分配表章 节内 容学 时概述2第1章植物组织培养实验室的构建和操作技术7第2章愈伤组织培养3第3章器官培养3第4章胚胎培养3第5章花药和花粉培养3第6章细胞培养3第7章原生质体培养和体细胞杂交3第8章植物脱毒技术3第9章常见植物的脱毒与快繁技术4第10章组培苗工厂化生产的经营与管理1第11章种质保存10 概 述（2学时）一 植物组织培养的概念二植物组织
4、培养的发展三植物组织培养的应用本章小结目的要求：(1) 掌握组织培养的概念和类型；(2) 掌握组织培养的特点；(3) 了解组织培养发展史；(4) 初步掌握组织培养在农业实践上的应用。 一、植物组织培养的概念（一）植物组织培养的概念高等植物的组织培养（tissue culture）技术是指分离一个或数个体细胞或植物体的一部分在无菌条件下培养的技术。通常我们所说的广义的组织培养，是指通过无菌操作分离植物体的一部分(即外植体explant)，接种到培养基上，在人工控制的条件进行培养，使其生成完整的植株。（二）植物组织培养的生理依据细胞全能性(cell totipotency)：植物体的每一个细胞都携
5、带有一套完整的基因组，并具有发育成为完整植株的潜在能力。植物生长调节物质对于植物细胞组织的分化和决定具有关键性作用。它包括：生长素类、细胞分裂素类、赤霉素、脱落酸、乙烯等生长素类主要用于愈伤组织的形成，体细胞胚的产生及试管苗的生根。常用的有2,4-D、NAA、IBA、IAA等。其作用强弱为2,4-DNAAIBAIAA。细胞分裂素类则有促进细胞的分裂与分化，延迟组织的衰老，促进芽的产生等作用。常用的有Zip、KT、6-BA、ZT等作用强弱顺序为。ZipKT6-BAZT。赤霉素则有促进已分化的芽伸长生长，打破种子休眠的作用。常用的为GA3。（三）植物组织培养的类型组织培养按培养对象可分为组织或愈伤
6、培养、器官培养、植株培养、细胞和原生质体培养等。1组织或愈伤组织培养（tissue, callus culture）为狭义的组织培养，是对植物体的各部分组织进行培养，如茎尖分生组织、形成层、木质部、韧皮部、表皮组织、胚乳组织和薄壁组织等等；或对由植物器官培养产生的愈伤组织进行培养，二者均通过再分化诱导形成植株。2 器官培养（organ culture）即离体器官的培养，根据作物和需要的不同，可以包括分离茎尖、茎段、根尖、叶片、叶原基、子叶、花瓣、雄蕊、雌蕊、胚珠、胚、子房、果实等外植体的培养3植株培养（plant culture）是对完整植株材料的培养，如幼苗及较大植株的培养。4细胞培养（ce
7、ll culture）是对由愈伤组织等进行液体振荡培养所得到的能保持较好分散性的离体单细胞或花粉单细胞或很小的细胞团的培养。5原生质体培养（protoplast culture）是用酶及物理方法除去细胞壁的原生质体的培养。组织培养是本世纪发展起来的一门新技术，由于科学技术的进步，尤其是外源激素的应用，使组织培养不仅从理论上为相关学科提出了可靠的实验证据，而且一跃成为一种大规模、批量工厂化生产种苗的新方法，并在生产上越来越得到广泛的应用。植物组织培养之所以发展如此之快，应用的范围如此之广泛，是由于具备以下几个特点： 培养条件可以人为控制组织培养采用的植物材料完全是在人为提供的培养基质和小气候环境
8、条件下进行生长，摆脱了大自然中四季、昼夜的变化以及灾害性气候的不利影响，且条件均一，对植物生长极为有利，便于稳定地进行周年培养生产。生长周期短，繁殖率高植物组织培养是由于人为控制培养条件，根据不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培养条件，因此生长较快。另外，植株也比较小，往往20-30d为一个周期。所以，虽然植物组织培养需要一定设备及能源消耗，但由于植物材料能按几何级数繁殖生产，故总体来说成本低廉，且能及时提供规格一致的优质种苗或脱病毒种苗。管理方便，利于工厂化生产和自动化控制 植物组织培养是在一定的场所和环境下，人为提供一定的温度、光照、湿度、营养、激素等条件，极利于高度集约化和高密度工厂
9、化生产，也利于自动化控制生产。它是未来农业工厂化育苗的发展方向。它与盆栽、田间栽培等相比省去了中耕除草、浇水施肥、防治病虫害等一系列繁杂劳动，可以大大节省人力、物力及田间种植所需要的土地。二 、植物组织培养的发展植物组织培养的研究可以追溯到20世纪初期，根据其发展情况，大体可以分为三个时期。1萌芽阶段 组织培养技术的蓬勃发展只是近50年的事，但它的整个历史可以追溯至19世纪末和上世纪初。20世纪初，在Schleiden和Schwann所发展起来的细胞学说的推动下，1902年德国植物学家Haberlandt提出了高等植物的器官和组织为许多细胞组成的观点，以及植物细胞全能性的理论，即植物的体细胞，
10、在适当的条件下，具有不断分裂和繁殖，发育成完整植株的潜在能力。他首次发表了植物离体细胞培养实验的报告。1912年，Habefiandt的学生Kotte和美国的Robins在根尖培养中获得了组织培养的成功。Kotte采用了无机盐、葡萄糖、蛋白胨、天冬酰胺，及添加各种氨基酸的培养基。Robins用含无机盐、葡萄糖或果糖的琼脂培养基，培养了长度为1.453.75cm的豌豆、玉米和棉花的茎尖，形成了一些缺绿的茎和根。2奠基阶段 自Haberlandt的实验之后，直到1934年美国的White由番茄根建立了第一个活跃生长的无性繁殖系，并反复转移到新鲜培养基中继代培养，使根的离体培养实验获得了真正的成功，
11、并在以后28年间培养了1600代。这之后，White又以小麦根尖为材料，研究了光、温度、通气、pH值、培养基组成等各种培养条件对生长的影响，并于1937年建立了第一个组织培养的综合培养基，其成分均为已知化合物，包括3种B族维生素，即吡哆醇、硫胺素和烟酸，该培养基后来被定名为White培养基。与此同时，Gautherer（1934）在研究山毛柳和黑杨等形成层的组织培养实验中，提出了B族维生素和生长素对组织培养的重要意义，并于1939年连续培养胡萝卜根形成层获得首次成功。同年，White由烟草种间杂种的瘤组织， Nobecourt由胡萝卜均建立了与上述类似的连续生长的组织培养物。因此，Gauthe
12、rer，White和Nobecourt一起被誉为组织培养学科的奠基人。我们现在所用的培养方法和培养基，基本上都是由这三位科学家建立的。后来，White于1943年发表了植物组织培养手册专著，使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。3快速发展和应用阶段40年代Skoog和崔徵在烟草茎切段和髓培养以及器官形成的研究中发现，腺嘌呤或腺苷可以解除培养基中生长素（IAA）对芽形成的抑制作用，而能诱导形成芽，从而明确了腺嘌呤与生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件之一。即这一比例高时，产生芽；这一比例低时，则形成根；相等则不分化。在寻找促进细胞分裂的物质过程中，Miller等人于1956年发现了激动素。不久
13、即知道激动素可以代替腺嘌呤促进发芽，并且效果可增加3万倍。结果上述控制器官分化的激素模式变为激动素与生长素的比例关系。这方面的成功发现，有力地推动了植物组织培养的发展。1952年；Morel和Martin通过茎尖分生组织的离体培养，从已受病毒侵染的大丽花中首次获得无病毒植株。19351945年Muir把单细胞放在一张铺在愈伤组织上面的滤纸上培养，使细胞发生了分裂，即实施了看护接种技术，使单细胞培养获得初步成功。1960年，Cocking等人用真菌纤维素酶分离植物原生质体获得成功。1971年，Takebe等在烟草上首次由原生质体获得了再生植株，这不仅在理论上证明了无壁的原生质体同样具有全能性，而
14、且在实践上为外源基因的导入提供了理想的受体材料。80年代中期以来，对禾谷类作物的原生质体培养也相继告捷，在这方面中国学者做出了重要贡献。1962年印度Guha等人成功地在毛叶曼陀罗花药培养中，由花粉诱导得到单倍体植株，从而促进了花药和花粉培养的研究。 以后相继在烟草、水稻、小麦、玉米、番茄、辣椒、草莓、苹果等多种植物培养中获得成功，其数目达到160多种，其中烟草、水稻和小麦等的花药育种培养在中国取得了引入注目的成就。 1960年，Morel提出了一个离体无性繁殖兰花的方法，其繁殖系数极高。由于这一方法有很大的应用价值，很快被兰花生产者所采用，迅速建立起兰花工业。1973年Carlson等通过两
15、个烟草物种之间原生质体融合，获得了第一个体细胞杂种，Cocking等倡导的原生质体培养和体细胞杂交，研究得到了迅速发展，已经能使矮牵牛和烟草属的杂种细胞增殖分化生成杂种植株。在整个植物组织培养发展的历史中，我国学者做出多方面的贡献，除了前述的崔徵的研究成效以外，还有1993年李继侗等关于玉米等植物离体根尖培养的研究工作，以及罗士韦关于幼胚和茎尖培养，李正理关于离体胚的研究培养、王伏雄等关于幼胚的研究培养工作。三、植物组织培养的应用植物组织培养成为生物科学的一个广阔领域，除了在基础理论的研究上占有重要地位以外，还在农业生产中也得到越来越广泛的应用。（一）植物组织培养的快速繁殖用植物组织培养的方法进行快速繁殖(rapidpropagation)是生产上最有潜力的应用，包括花卉观赏植物、蔬菜、果树、大田作物及其他经济作物。快繁技术不受季节等条件的限制，生长周期短，而且能使不能或很难繁殖的植物进行增殖。快速繁殖可用下列手段进行：通过茎尖、茎段、鳞茎盘等产生大量腋芽；通过根、叶等器官直接诱导产生不
