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1、第一章 绪论,第二节 植物组织培养发展简史；植物组织培养在农业生产 上的应用,第一节 植物组织培养的概念及类型,主要内容：,植物组织培养含义,组织培养的类型,植物组织培养的发展简史,植物组织培养在农业上的应用,A Glimpse of Plant Tissue Culture,一、基本概念 What Is Tissue Culture? Or in vitro culture? Or micropropagation?,第一节 植物组织培养的概念和类型,营养器官：根、茎、叶、花、形成层,生殖器官：花药、胚珠、胚、胚乳,植物组织培养（Tissue culture） 用无菌方法使植物体的离体（in
2、 vitro)器官、组织和细胞在人为提供的条件下生长和发育的所有培养技术的总称，也称之为离体培养（In vitro culture）或试管培养。,细胞：原生质体,Characteristics of Plant Tissue Culture Techniques,培养条件可以人为控制,生长周期短，繁殖率高,植物组织培养特点,管理方便，利于工厂化生产和自动化控制,植物组织培养的理论基础细胞全能性,细胞全能性（cell totipotency) ：植物体的每一个具有完整结构的细胞都具有该物种全部遗传物质，在一定条件下具有发育成完整植物体的潜在能力。,植物细胞全能性的表达,脱分化（dediffere
3、ntiation)：将已分化的功能细胞，放在培养基上培养后，细胞重新进入分裂状态。一个成熟的细胞转变为分生状态的过程叫脱分化。,一个细胞一旦沿着某一条特定的途径分化发育后，一般不会再回复到未分化状态，但在组织培养条件下，可能发生脱分化和再分化。,再分化（redifferentiation):经脱分化的组织或细胞在一定的培养条件下可转变为各种不同的细胞类型，形成完整植株的过程。,植物全能性的表达,离体的植物器官、组织、细胞,游离单细胞或原生质体,胚状体,根、芽,愈伤组织,人工种子,再生植株,脱分化,再分化,再分化,脱分化,愈伤组织,再分化,根芽,再生植株,植物组织培养过程,合适的外植体 离体的植
4、物器官、组织、细胞,移栽,外植体：由活体植物体上切取下来的，用于组织培养的各种接种材料。包括各种器官、组织、细胞、原生质体等。即能被诱导产生无性增殖系的器官或组织。,胡萝卜离体根,愈伤组织：在人工培养基上由外植体形成的一团无序生长状态的薄壁细胞。指经组织培养产生的可传代的未分化细胞。,组织培养植株再生的途径,魔芋胚状体,1）、体细胞胚胎发生途径（胚状体发生途径） ：在组织培养中起源于一个非合子细胞，经过胚胎发生和胚胎发育过程（经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚5个时期），形成具有双极性的胚状结构，而发育成再生植株的途径。,胚状体发生途径,2）、愈伤组织途径 将外植体接种在人工培养基上，由
5、于植物生长调节剂的存在，细胞脱分化形成愈伤组织，然后通过再分化形成再生植株。它是最为常见的。,原球茎-主要是兰科植物在诱导时，分化出的原初植物形态，具有完整的植株器官原基，成苗容易。 胚状体-由愈伤组织或表面形成的许多类似胚的突起，是初步分化的幼小生命体，芽根有共同的维管束，是双极性结构，起源于单细胞，无嵌合现象，结构完整，可直接形成小植株，成苗率高，去分化难，再分化也很难。,由愈伤组织或外植体诱导形成芽、根，获得再生植株的方法。,百合鳞叶培养,愈伤组织,芽分化,再生苗,胚状体,小麦,愈伤组织发生途径,愈伤组织,外植体,愈伤组织,芽,根,再生植株,脱分化,再分化,高生长素(2,4-D),高(生
6、长素/细胞分裂素),低(生长素/细胞分裂素),植株发生途径,按培养材料分为：,悬浮细胞培养单细胞培养,胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、叶、花和幼果的培养,二、 植物组织培养的类型,细 胞 培 养,原生质体培养,器 官 培 养,烟 草,器官培养： 将植物的器官如胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、叶、花和幼果的部分组织接种在无菌培养基上进行培养。,细胞和原生质体培养：细胞培养是将植物的单个细胞分离出来，并进行培养； 原生质体培养是指将植物细胞的细胞壁通过机械、物理或化学的方法去除，然后再进行培养。,根据培养方式：固体培养、液体培养 固体培养：将培养物放在含有琼脂等固化剂的培养基表面进行培养。 液体培养：
7、将培养物放在未加固化剂的培养基内培养，一般需进行震荡，又称液体 震荡培养。,固体培养,液体培养,固体培养法是最常用的方法。该方法简单，易行，但养分吸收不均，生长速度不均衡，并常有褐化中毒现象发生。 液体培养法由于液体中氧气含量较少，常用震荡培养的方法以确保氧气的供给往复式摇床或旋转式摇床进行培养，速度一般为50-200rmin，这种定期浸没的方法，既能使培养基均一，又能保证氧气的供给。,固体培养、液体培养的特点：,根据培养物量的多少：大量培养、微量培养。 根据培养过程中是否需光：光培养、暗培养 根据培养方法的不同：平板培养、微室培养、悬浮培养,按培养过程分为: 初代培养和继代培养,初代培养（P
8、rimary culture）： 指外植体的最初培养。继代培养（Subculture）：将初代培养得到的培养体移植于新鲜培养基中，这种反复多次移植的培养，称为继代培养。,第二节 植物组织培养技术的发展历史1、 早期探索阶段 （1930年以前） 1893年，Schwann和Scheiden提出细胞学说及植物细胞全能性理论。1902年，德国植物生理学家Haberlandt第一次尝试采用植物组织培养技术对小野芝麻、风眼兰叶肉组织及万年青属植物的表皮细胞进行培养，但未能培养成活。1904年，Hanning首次对十字花科的萝卜和辣根的胚培养成功。1922年，Knudson将兰花种子在离体的条件下非共生萌
9、发。同年，Knotte和Robbins对离体根尖进行了培养。Robbins还对豌豆、玉米及棉花的茎尖进行了培养，只形成一些缺绿的叶和根。1925年，Laibach利用胚培养技术对亚麻的种间杂种胚进行了培养，并于1929年利用亚麻的胚培养来克服杂交不亲和性。,2、植物组织培养技术的初步形成（1930-1960年）1933年，我国植物生理学家李继侗培养银杏胚胎，并发现银杏胚乳提取液可促进离体胚的生长。1937年，White发现B族维生素对离体根培养的重要性。并指出IAA对植物生长发育的控制起重要作用。1937、1938年，Gantheret在培养基中加入上述生长因子，使得柳树形成层诱导形成的愈伤组
10、织连续生长。Nobecomt对烟草种间杂种茎段的形成层细胞培养也得到了类似的结果。1948年，Skoog等通过对烟草茎段和髓培养发现，不定芽和不定根的发生由生长素/腺嘌呤的比例决定。1950年，Ball从红杉愈伤组织培养中再生获得器官。,1952年，Morel和Martin通过分生组织培养获得大丽花的脱毒植株，同年，首次应用微型嫁接技术。 1953年，Tuleche首次从花粉培养中获得银杏的单倍体愈伤组织。 1955年，Miller等发现了一种促进细胞分裂的植物激素激动素，后来发现激动素可用来代替腺嘌呤促进芽的形成，而且其效力比后者高3万倍。 1957年，Skoog和Miller发现改变细胞分
11、裂素/生长素比例，可以控制根和芽的发生。 1958年，Maheshwari和Rangaswamy从柑橘胚珠的珠心组织培养中再生获得体细胞胚；同年，Reinert 和Steward分别从胡萝卜的愈伤组织和细胞培养中再生得到原胚，为以后的组织培养中器官发生和体细胞胚胎发生奠定了基础，也为植物细胞全能性理论提供了证据。,3、植物组织培养技术的发展（1960年以后） 1960年，Morel利用兰花茎尖培养对兰花进行营养繁殖； 1962年，Murashige和Skoog开发出最著名的Murashige和Skoog培养基（MS基本培养基），并被后来广泛采用的基本培养基。 1964年，印度人Guha和Mah
12、eshwari利用曼陀罗花粉培养获得第一例单倍体植株。从而开辟了单倍体育种技术。 1971年，Takebe等获得第一例原生质体培养的再生植株。 1972年，Carlson等利用原生质体融合在两个烟草属中进行种间杂交。 1974年，Murashige等利用细胞分裂素诱导茎尖侧芽分枝。Zaenen和Larebeke分别发现土壤农杆菌（Agribacterium）中的根瘤诱导的主要成分是Ti质粒。 1978年，Melchers等进行了番茄和马铃薯的体细胞杂交。,1979年，Marton提出了利用植物原生质体和土壤农杆菌共培养的方法进行转化。 1981年，Larkin和Scowcroft引入“体细胞无
13、性系变异（Somaclonal variation）”这一术语。 1982年，Krens等的工作证明，原生质体可以摄入裸露的DNA，表明可以用外源DNA对原生质体进行遗传转化。 1982年，Zimmermann利用电刺激进行原生质体融合。 1985年，Horsch等用土壤农杆菌对叶盘进行感染和转化，并得到再生的转化植株。,植物组织培养技术的发展特点,研究材料范围逐步扩大 培养方法逐步完善 培养基不断改进 实验手段逐步完备,植物再生植株的途径,第三节 植物组织培养的应用领域,1、快速繁殖,2、种苗脱毒,3、远缘杂交,8、植物性药物和生物制品的生产,7、基因工程,6、种质保存,4、突变育种,5、单
14、倍体育种,一、植物快速繁殖,植物快速繁殖技术是植物组织培养技术的一个重要组成部分，在生产中起的作用最大，应用也最广泛。,加速育种提高物种优良性状工厂化生产,大量快速繁殖,植物的有性繁殖周期长，数量较少，一粒种子发 育成一株新植株。而运用快速无性繁殖技术可在短期内 获得大量遗传性一致的植株，如石刁柏一个腋芽半年可 以繁殖1200倍，一株的腋芽一年可繁殖7万株。传统的的无性繁殖方法如扦插、分根、压条、嫁接等方 法 ，繁殖系数低、速度慢，不能适应现代化生产要求， 但快速无性繁殖技术周期短、速度快、效率高 ，在植物 优良品种的快速繁殖及推广方面取得了巨大成功。同时可用于珍稀植物的快速繁殖，抢救与繁殖珍
15、、稀、 濒危植物，比如红豆杉。,脱毒快速繁殖技术,现已发现的植物病毒有500多种，一些植物病毒相当严重，给生产造成极大损失，如葡萄扇叶病毒。使葡萄减产10%50%，花卉病毒使各种花卉严重退化，致使花少而小，甚至造成畸变和变色。利用组织培养脱毒后所得到的无毒植株，形状明显优于原来染病植株。,大规模生产,农作物：甘蔗、甘薯、马铃薯 果树：葡萄、柑橘、苹果、桃 花卉：菊花、香石竹、蝴蝶兰 苗木：桂花、银杏 药材：太白七药、红豆杉、紫草、人参,甘蔗茎尖快速繁殖,甘蔗脱毒苗与常规苗相比，果蔗增产33.6%69.4%，糖料蔗蔗茎增产15.1%52.1%、蔗糖分提高0.12%1.71%(绝对值)。,柑橘的快
16、速繁殖（非试管苗）,桔子传统都是以嫁接的方式进行繁殖,其成苗需要1-2年的时间才能成苗,繁殖速度非常的慢,而采用植物非试管快繁技术 ，采其一个枝段,在智能化控制的快繁苗床给其创造最佳的生根环境,就能快速的生根成苗 。 选择幼小的桔树,取粗壮的枝条作为离体材料,一般取材长度为5厘米,下切口靠芽带一定斜度斜剪,再用快繁宝处理,处理后繁殖于智能化控制的快繁苗床, 能快速的生根 。,菊花快速繁殖,菊花组织培养，茎尖是主要培养部位，其它还可采用茎段、花托、花瓣、叶片等。用于快速繁殖、加快繁殖速度的，可采用大于1厘米以上的茎段。如培养脱毒苗，则以采用小于0.6厘米的茎尖培养，有较好的脱毒效果。,桂花快速繁殖,根据当年的气候特点结合桂 花的生长物候期特点确定萌发芽 的取材时间，一般在每年的2 3月份；对金桂萌发芽消毒，消 毒时间控制在37min，以茎尖 作为培养对象能够获得高达86.1 的诱导率。,
