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1、 中小学教育资源站（http:/)，百万免费教育资源当下来，无须注 册！中小学教育资源站 http:/ 专题 3 植物的组织培养技术课题 1 菊花的组织培养相关知识链接相关知识链接1958 年，美国科学家斯图乐德取胡萝卜韧皮部的一些细胞，放入含有植物激素、无机盐和糖类等物质的培养液中培养，结果这些细胞旺盛地分裂和生长，形成一个细胞团块，继而分化出根、茎和叶，移栽到花盆后，长成了一株新的植物。教材内容全解教材内容全解要点一 植物组织培养的基本过程 1. 基本知识基本知识 概念：植物的细胞分化是指在植物个体发育过程中，细胞在形态、结构和 生理上都会出现稳定性的差异，形成这些差异的过程叫做细胞分化
2、特点：细胞分化具有持久性、稳定必和不可逆性。细胞分化发生在生物整 个生命活动过程中，胚胎时期分化程度达到最大，这是其持久性； 在胚胎发育早期，细胞在外观上尚未出现明显变化前，细胞分化的 前途就已决定，以后依次渐变，不能逆转，这是其不可逆性；在整 个分裂、分化过程中，细胞内遗传物质是不变的、稳定的，这是其 稳定性 原因：细胞分化是细胞对环境变化的一种反应，是特定基因在一定时间、 空间条件下特定表达的结果，即细胞分化是基因选择性表达的结果意义：在多细胞生物中，细胞通过分裂而增殖，使细胞数目增多，通过分 化而形成生物体内各种组织，进而形成器官、系统，共同完成生物 体的各项生命活动，因此细胞的分裂、生
3、长、分化是生物个体发育 的基础 提示由于细胞分化导致组织形成和器官成熟，因此，细胞的分化是生物体发育的细胞学基础。分化的细胞所呈现出的形态、结构和生理功能的变化，源于细胞内化学物质的变化，如组成结构的蛋白质和催化化学反应的酶。细胞分化的实质是不同部位的细胞内的基因在一定因素的影响下，在特定时间和特定空间条件下的选择性表达。细胞分化后，细胞内的遗传物质并未改变，但形成了不同的 RNA 和蛋白质。细 胞 分 化中小学教育资源站（http:/)，百万免费教育资源当下来，无须注 册！中小学教育资源站 http:/ 概念：高度分化的植物细胞，仍具有发育为完整个体的潜能，植物细胞的 这种特性，叫做植物细胞
4、的全能性。这是美国生物学家斯图尔德通 过胡萝卜韧皮部细胞的培养实验而得以验证的 特点：理论上讲，每一个生物细胞都具有全能性，但细胞全能性大小随分 化程度的不同而不同，随生物种类不同而不同。一般情况下，受精 卵全能性最高，其次是生殖细胞，体细胞也具有全能性，在体细胞 中，分生区细胞比成熟区细胞的全能性更易表达。在不同生物中， 植物体细胞比动物体细胞全能性易表达。高度分化的动物细胞全能 性受到限制，但其细胞核仍具有全能性。 原因：体细胞一般都是通过有丝分裂，由同一个受精卵增殖而来，已分化 的细胞中都具有一整套和受精卵相同的染色体，携带有本物种全部 的遗传信息，因此，在适宜的条件下，分化后的细胞都具
5、有恢复分 裂、重新分化发育成完整植株的潜能 意义：植物细胞全能性是植物组织培养的理论基础，为植物组织培养技术 成为现实而提供了理论上的依据和支持拓展动物体细胞随着分化程度的提高，细胞的全能性逐渐受到了限制，分化潜能变窄，但其细胞核仍具有全能性。例如，克隆羊就是将乳腺细胞核取出放入去核的卵细胞内，使体细胞的细胞核表现出全能性而得到的。在生物体的所有细胞中，受精卵的全能性是最高的。进行有性生殖的生物体的任何一个细胞，都是由受精卵分裂、分化而成的。生殖细胞，尤其是卵细胞，虽然分化程度很高，但是仍然较高的潜在的全能性。在某些条件下，卵细胞可以进行孤雌生殖，由一个卵细胞分化形成各种类型的细胞。例如，蜜蜂
6、中的雄蜂，蚂蚁中的雄蚁，都是由卵细胞孤雌生殖产生的后代。体细胞的全能性比生殖细胞低得多。细胞全能性的物质基础：生物体的每一个细胞都含有本物种所特有的全套遗传物质，都有发育成完整新个体所必需的全套基因。植物组织培养：指离体的植物器官、组织或细胞，在无菌条件下，通过脱分化和再分化形成完整植株的过程，是植物细胞工程研究较早，应用比较成熟的技术手段。脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞，在离体状态下产生愈伤组织的过程，又叫去分化。愈伤组织是离体器官、组织、细胞在培养过程中，通过细胞分裂而形成的，细胞的 全能性 （理论 基础）中小学教育资源站（http:/)，百万免费教育资源当下来，无须注 册！中小
7、学教育资源站 http:/ 其细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。 、再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化为根、芽等器官，这个过程叫再分化。再分化形成的试管苗移栽后，就可发育为完整的植株。2. 植物细胞培养的过程植物细胞培养的过程 离体的植物器官、组织或细胞（外植体） 愈伤组织 根、 芽植物体要点二 影响植物组织培养的因素【重点】材料：种类、年龄、保存时间长短等大量元素：N、P、K、Ca、Mg、S 等无机物 营养微量元素：B、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co等有机物：维生素、甘氨酸、烟酸、肌醇、蔗糖等常用植物激素：生长素、细胞分裂素等高：利
8、于根分化，抑制芽形成 激素 生长素与细胞分裂 低：利于芽分化，抑制根形成 素用量的比值 适中：促进愈伤组织生长pH：5.8 左右温度：1822光照：每日用日光灯照射 12h 1. 材料材料不同的植物组织，培养的难易程度差别很大。例如，烟草和胡萝卜组织培养较为容易，而枸杞愈伤组织的芽诱导就比较难。因此，植物材料的选择直接关系到实验的成败。对于同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。脱分化再分化方法规律方法规律 （1）植物细胞只有脱离了植物体，在一定的外部因素作用下，经过细胞分裂形成愈伤 组织，才能表现出全能性，由愈伤组织细胞发育、分化出新的植物体。 （2）脱分化与再分化的比
9、较比较项目具体过程形成体特点条件脱分化由外植物体形成愈伤组 织排列疏松、高度液 泡化的薄壁细胞团离体 提供营养物质 （有机物、无机物）提供激素 提供其他适宜条 件再分化由愈伤组织形成幼苗或 用胚状体结构有根、芽或有生根 发芽的能力影响因素中小学教育资源站（http:/)，百万免费教育资源当下来，无须注 册！中小学教育资源站 http:/ 2. MS 培养基培养基植物组织培养常用的一种培养基是 MS 培养基，其主要成分包括以下几个：（1）无机营养大量元素：除碳（C） 、氢、氧外，还有氮、磷、钾、钙、镁、硫等元素。氮常用的是硝态氮（如硝酸钾等）和铵态氮（如硫酸铵等） ，但大多数的培养基以硝态氮为主
10、，MS 培养基和 B5培养基则既含硝态氮，又含铵态氮。通常铵的含量超过 8mmolL-1，对培养物就有毒害作用，但在愈伤组织和细胞悬浮培养中，硝态氮加上铵态氮的物质的量浓度可以提高到 60mmolL-1。所以一些在含硝态氮的培养基上生长良好的植物材料，加铵态氮后生长效果更好。在胡萝卜胚状体的分化中，若培养基中仅含硝酸盐则不能分化，只有铵盐同时存在时才会产生胚状体的分化。微量元素：包括铁（Fe） 、铜（Cu） 、钼（Mo） 、锌（Zn） 、锰（Mn） 、钴（Co） 、硼（B）和碘（I）等。在植物组织弹头中需要量甚微，过量就会引起植物细胞的酶系失活、代谢障碍、蛋白质变性以及组织死亡等毒害现象，物质
11、的量浓度为 10-710-5 mmolL-1就可满足需要。（2）有机营养维生素类：植物组织培养中经常使用维生素 C、维生素 B1（盐酸硫胺素）、维生素 B6（盐酸吡哆素） 、维生素 H（生物素） 、叶酸和烟酸等，一般使用质量浓度为 0.110mgL-1。有的外植物体、愈伤组织会合成维生素，可以不必添加，但生长早期往往为缺乏。氨基酸：有甘氨酸、丝氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、水解酪蛋拓展维生素在植物组织的生长中起着重要作用，因为它们以辅酶的形式参与生物催化剂酶系的活动，参与细胞内蛋白质、脂肪、糖代谢等重要生命活动。维生素 C 有防止组织变褐的作用。维生素 B1 与愈伤组织的产生和生活力有密切
12、关系，其质量浓度如低于50gL-1，培养的组织不久就转为深褐色而死亡。维生素 B6 对根的生长有促进作用。烟酸对植物的代谢过程和胚的发育都有一定作用。肌醇本身没有促进生长的作用，但它有助于活性物质发挥作用，并参与糖代谢，能使培养组织快速生长，对胚状体和芽的形成有良好的促进作用。通常使用的质量浓度为50100gL-1。此外，在植物组织培养中经常使用的不有泛酸和泛酸钙等。中小学教育资源站（http:/)，百万免费教育资源当下来，无须注 册！中小学教育资源站 http:/ 白（CH）和水解乳蛋白（LH）等，是重要的有机氮源。有要添加物：是一些成分比较复杂，大多含氨基酸、激素、酶等的复杂化合物，它们对
13、细胞和组织的增殖与分化有明显的促进作用，但成分大多不清楚，含量也不稳定，所以一般应发行量避免使用，特别是新的生长调节物质不断产生，更缩小了它们的使用范围。但因其对一些难以培养的材料具有的特殊作用，故在一些实验中还常应用。例如：香蕉、马铃薯、酵母菌提取液等。琼脂：是一种从海藻中提取出来的凝胶状物质，作为凝固剂，一般使用浓度为 0.6%1%。琼脂在植物组织培养中除固化作为培养材料的支持物外，还具有吸附能力，对组织培养是有利的，它能像活性炭一样除去细胞代谢废物。但因是天然产物，牌号、批号不同，品质会有差别，用量也有所不同，有时还可能含有一些有害物质，使用前要浸洗。琼脂以色白、洁净的为佳。活性炭：加入
14、活性炭的目的是除去琼脂中的有毒物或培养物产生的芳香族代谢废物。活性炭可防止组织变褐并刺激胚的发生与生根。活性炭因制造方法和来源不同，差异较大，更换牌号时应注意。（3）植物生长调节物质植物生长调节物质是培养基中的关键物质，对植物组织培养起着重要、明显的调节作用。植物生长调节物质包括生长素、细胞分裂素及赤霉素等。生长素类常用的有 2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D） 、萘乙酸（NAA） 、吲哚丁酸（IBA） 、吲哚乙酸（IAA）等。它们作用的强弱顺序为 2，4-D萘乙酸吲哚丁酸吲哚乙酸。吲哚乙酸为天然植物生长素，也可用化学方法合成，但它见光易分解，高温高压时也易被破坏，故应置于棕色瓶中，放在 45下
15、保存。萘乙酸和 2，4-D 都是人工合成的物质，它们在 120下仍然稳定。细胞分裂素常用的有激动素（KT） 、6-苄基嘌呤（6-BA） 、玉米素（ZT）和 2-异戊烯腺嘌呤等。它们作用强弱的顺序为玉米素=2-异戊烯腺嘌呤6-苄基嘌呤激动素。它们经高温高压灭菌后性能仍稳定，只是激动素受光易分解，故应在 45低温、黑暗下保存。细胞分裂素有促进细胞分裂和分化、延迟组织衰老、增强蛋白质合成、抑制顶端优势、促进合侧芽生长及显著地改变其他激素作用的特点。赤霉素在组织培养中使用的只有 GA3 一种，它是一种天然产物，能促进已分化的芽伸长生长。其他如脱落酸（ABA） 、乙烯利及三十烷醇也有使用。提示甘氨酸能促进离体根的生长，对植物组织的生长也有良好的促进作用， 通常用量为 23 mgL-1。丝氨酸、谷氨酰胺有利于花药胚状体发生或不定 芽的分化。水解酪蛋白和水解乳蛋白也是多种氨基酸的混合物，对培养材料 胚状体可不定芽的分化有良好的促进作用，通常用量是 3002000 mgL-1。中小学教育资源站（http:/)，百万免费教育资源当下来，无须注 册！中小学教育资源站 http:/ 通常认为生长素和细胞分裂素的比值大时有利于要的形成；比值小时，则有利于芽的形成。低浓度 2，4-D 有利于胚状体的分化
