组织培养育苗技术课件

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1、林木组织培养育苗技术,植物组织培养 通常是用植物的各种组织，包括有性的和无性的组织碎片及单细胞，在人为控制的环境里，用含有大量元素和微量元素的无机盐、有机生长物质和糖类等的液体或琼胶培养基，加以培养，使其先长出愈伤组织，然后诱导愈伤组织生根、发芽，长成完整的新植株。 组织培养的应用 1 无性系快速繁殖： 濒危植物，名优特新产品。利用组织培养使其再生小植株，并在试管内大量繁殖，这是目前植物最快速的繁殖方法。 当今，全世界植物组织培养工厂的年产值已达数十亿美元。试管苗的工厂化已成为一种不可忽视的新兴产业。 2 种质的保存和基因库的建立 3 花药培养和花药单倍体育种 4 药用植物的工厂化生产 5 突

2、变体的筛选培育,组织培养的优越性 (一)培养条件可以人为控制 植物组织培养中植物材料完全是在人为提供的培养基质及小气气候环境条件下进行生长的，摆脱了大自然中四季、昼夜变化频繁，还刁；时受灾害性气候影响的刁；利因素，并且条件均一，对植物生长有利，便于稳定地生产大量苗木。 (二)生长周期短、繁殖率高 由于植物组织培养可以人为控制培养条件，可根据不同植物不同离体部位的不 同要求而提供不同的培养条件，因此培育幼苗生长快，繁殖率高，能及时提供规格 整齐一致的优质种苗。如一个杨树腋芽，利用组织培养技术一年可生产100万棵苗木。一个苹果树的茎尖，一年内能繁殖出1000亿棵苗木。由于繁殖系数极大，因而 能在短

3、期内生产大量苗木。,组织培养的优越性 (三)管理方便，利于自动化控制 植物组织培养是在一定的场所环境下，人为提供一定的温度、光照、湿度、营养、激素等条件，进行高度集约化的高密度科学培养生产，与田间育苗相比省去了中耕、除草、浇水、施肥、防治病虫等一系列繁杂的劳动工序，可以大量节省劳动力及田间育苗所需要的土地，便于进行自动化控制的工厂化大生产。 (四)有利于遗传和育种 利用组织培养技术，能使某株的优良性状及有利变异保存下来，同时，加速了优良品种的推广，缩短了育种周期，便于获得常规育种难以或无法得到的新基因型，创造新的品种或物种。 (五)便于种质的保存和交换 利用组织培养法来建立“种质银行”或“基因

4、库”，保存手续简便，极易长途运输，便于地区间、国际间的种质交流，而且可以节约大量土地、人力和物力。,植物组织培养发展(一） 植物组织培养是在二十世纪发展起来的 1902年，德国植物生理学家Haberlands根据细胞学理论，大胆地提出了高等植物的器官和组织可以不断分割，并提出了植物细胞全能性的理论，其采用组织培养技术，对单子叶植物叶的栅栏组织、表皮等分离出的细胞进行培养，但未能诱导培养细胞分裂，培养没有成功。,植物组织培养发展（二） 1904年，有人首次进行萝卜胚胎培养获得成功。到了30年代，又有人研究了光、温度、通气， pH、培养基的组成等各种培养条件对生长的影响，并以番茄根、小麦根尖、烟草

5、幼茎等为材料进行组织培养获得成功。1934年还有人进行了山毛柳、黑杨等形成层组织的培养。这些工作确定了组织培养的基本方法。1943年出版了植物组织培养手册一书，使植物组织培养成为先进的植物无性繁殖技术并开始发展为一门新兴的学科。以后，随着科学研究的不断进行，培养材料逐步扩大，培养方法逐步发展，培养基逐步改进，实验手段逐步完备。目前，植物组织培养技术已在农业、林业、园艺等各个领域及生产实践中得到越来越广泛的应用。,植物组织培养发展（三） 我国的组织培养工作的开展也是比较早的。早在本世纪30年代初期，李继侗教授就对银杏的胚进行了组织培养研究，罗宗洛教授研究了离体根尖培养的适宜条件 50后代以来，特

6、别是近十几年来，我国很多科研单位和高等院校都开展了植物组织培养的研究，其中有些科研成果已应用在生产上，收到了良好的经济效益。,？,组织培养的理论基础 细胞的全能性 植物的体细胞，在适当的条件下，具有不断分裂和繁殖，发展成完整植株的潜在能力。 细胞分化与脱分化 细胞分化指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在的发育方式改变的过程。脱分化是其相反的过程。指从分化状态形成原初细胞的过程。,生物个体的每个细胞在遗传上是相同的，具有相同的基因组成。 个体中不同细胞具有的不同功能是由于细胞各基因活化状态不同。在一个成熟已分化的细胞中，通常仅有5%-10% 的基因处于活化状态而其他基因处于阻碣状态。 细胞

7、选择性地活化和阻碣DNA链上不同的基因，导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在的发育方式改变，最终使细胞表现出执行特定的功能。基因活化和阻碣不同表现为合成不同的酶或蛋白质分子，引起生理状态和过程的变化，因此，在形态结构上的分化出现之前往往先出现生理生化上的分化。而活化细胞各基因的过程即脱分化过程。 最基本问题是一个全能细胞是通过什么方式使其大部分遗传信息不再表达即细胞分化通过什么方式分化的， 怎样选择性地活化和阻碣DNA链上不同的基因 怎样激活DNA链上被阻碣的基因,植物细胞发育途径的决定和分化的稳定性 细胞发育途径的决定指胚胎细胞所具有的多种发育潜能，随着发育过程逐渐受到抑制，从而使胚胎细

8、胞发生不可逆的特化现象。细胞一经“决定”，其发育途径即不在改变。如在胚胎发育中，苗端和根端一经确立，他们便以其各自特定的方式不断分裂而衍生出一系列在结构上不同的细胞、组织和器官，执行一定的功能，该现象称为分化的稳定性。 植物细胞脱分化 植物细胞分化的稳定性是相对的。 植物组织、细胞不易在细胞分裂中保持其具有的分化状态，而通常是细胞迅速增殖并脱分化，形成愈伤组织，并在不同的条件下表现出不同的形态发生潜力。（与动物不同点） 在植物组织培养中，细胞不易保持其原有的分化状态，而在不同的培养条件下在形态发生方面表现出极大的可塑性。细胞分裂的取向、分裂的速度和细胞生长的方向对分化都有重要影响；,植物组织和

9、细胞培养中植株再生途径 器官形成途径 由于在植物组织培养中细胞不易保持其原有的分化状态可通过诱导分化形成根、茎、叶、花等器官或变态器官如吸器、鳞茎、球茎、块茎等。 体细胞胚胎发生途径 由于在植物组织培养中细胞不易保持其原有的分化状态可通过诱导分化形成胚状结构（胚状体），随后再生成整体植株。,器官形成途径 （一） 由外植体上原有的器官原基形成 （二） 由外植体形成的器官原基形成 1 分生细胞团形成 （1） 离体的外植体脱分化，形成愈伤组织，在新形 成的愈伤组织或继代培养的愈伤组织中形成分生细胞团， （ 2）外植体的部分细胞在重新分裂后直接形成分生细胞团而不经过典型的愈伤组织即可形成器官原基 （3

10、）分生细胞团可以继续形成愈伤组织 2 由分生细胞团分化形成不同的器官原基。 3 由器官原基形成器官,体细胞胚胎发生途径 1 诱导愈伤组织的形成 2 筛选具有胚胎发生能力的原始细胞团（PEM ， Proembryogenic masses) 3 诱导形成胚状体。研究表明由原始细胞团形成胚状体的细胞分裂方式与和合子胚形成过程中几乎相同 4 胚状体形成植株,组织培养中的器官形成方式 根芽与茎芽 1) 芽产生后，于形成芽的基部张根而形成小植株； 2) 一种是先产根，在根上长出芽来； 3) 在愈伤组织的不同部位分别形成芽和根，然后两者结合形成一株植物。 离体培养成花三种方式 1) 外植体直接分化形成花芽

11、； 2) 外植体形成明显的愈伤组织再由愈伤组织直接分化形成花芽； 3) 外植体再生营养枝（苗）后，再生枝在试管内再形成花芽；,影响器官和体细胞胚胎形成的因素 1 培养基 2 培养环境条件 3 培养材料的生理状态 4 继代培养,培养基 * 基本培养基的类型MS培养基， LS培养基， BL培养 基 ，ER培养基， N6培养基，MH培养基 * 植物激素在分化中具有明显的调节作用； 生长素： 吲哚乙酸IAA ，萘乙酸NAA，吲哚丁酸 IBA 分裂素：激动素KT ，6-苄基嘌呤BA，异戊基嘌呤2IP， 玉米素 赤霉素GA ， 脱落酸ABA， 乙烯 等 * 培养基的物理性质 琼脂培养基和液体培养基 渗透压

12、， PH等,培养环境条件 在植物组织培养中，必须控制温度、光照、湿度等各种环境条件。 （1）光照强度、 光周期、光质。 （2）温度 （3）空气气流流速。 在进行液体培养时，通过振荡的方法进行通气 （4）湿润器或干燥器。,培养材料 1 取材的器官或组织类型 一般同一种植物的不同器官或组织所形成的愈伤组织在形态和生理上差别不大，但对随后分化成的器官密切相关, 下列再生能力具有差异： 1） 不同器官或组织类型 2 ） 同一器官不同部位的相同组织类型 3 ）外植体的大小 组织培养所用外植体的大小，大多由 植物材料的形状所决定，小到数毫克，通常在10-100毫克。 2 取材植株的个体发育状况 有两方面的

13、差异：植株的生命周期和年季节变化 3 常用的外植体：幼胚、营养芽（顶芽和侧芽）、茎段、叶、幼花芽、花器等,继代培养分化潜力的丧失 在继代培养中发生内在的生理生化变化，对细胞分化和器官形成有明显影响。 1 新分离的组织具有较强的再生能力，易形成各种器官和胚状体，但在继代培养中能力下降。 2 自发生长或驯化：在继代培养中无需再加入生长物质即可维持其生长。 3 继代培养中组织和细胞常表现出遗传上的不稳定 4 组织培养中保持遗传的稳定性是一个重要的课题,林木组陪苗工厂化集约化生产 基本条件 1 无菌操作 2 中心实验室 3 可控温度、湿度和光照的苗圃 过程 1 树种选择 2 组培成苗 3 试管苗的移栽

14、,试管苗的移栽 木本植物的组织培养，从试管苗木移出到盆栽千口大田种植是非常困难的一关，稍不注意就难成活。由于由试管移到盆栽或大田的试管苗，环境发生了很大的变化。为了使苗木适应移栽环境，保证移栽的成活，除要求试管苗具有发育完整、良好的根系外，更重要的是正确地移栽和移栽后的科学管理。 (一)炼苗 (二)苗的取出 (三)移栽 (四)移栽苗的管理,组 织 培 养 技 术 一 实验设备及培养条件 无菌条件，在严格的无菌条件下培养植物材料。 培养条件 在人工控制温度、光照、湿度培养植物材料。 1无菌操作室和预备室 2培养室 3化学实验室： 4细胞学实验室 5摄影室 6灭菌室,培养基的制备 （一）培养基的成

15、分 培养基的成分主要可以分水、无机盐、有机化合物、天然复合物、培养体的支持材料等五大类。有时还有添加抗生物质及中药等其他物质。 （二）培养基的种类 长期以来，根据组织培养的不同目的和选用的不同材料，科学工作者们设计了不同种类的培养基。 （三）培养基的制备步骤,培养基的成分（一）-水 1水：培养基大部分是水。配制培养基时，一般用重蒸馏水，即蒸馏水再蒸馏一次，使水中不含或少含某些离子，保证培养基中成分完全人为控制。,培养基的成分（二） -无机盐 2无机盐 （1）氮：是培养基中大量需要的。大多数培养基既含硝态氮，又含铵态氮。 （2）磷：是植物必须的一种元素。它作为能源的ATP合成所不可缺少的，培养基

16、中以PP43的形式添加。 （3）钾、钙、镁、硫等元素：这些元素是植物生长所必需的。缺乏这些元素会产生缺素症，影响酶的活性、方向和新陈代谢。 （4）微量元素：主要包括铁、锌、铜、锰等。植物对这些元素的需要量甚微，稍多即发生毒害。铁是用量较多的一种微量元素，铁在培养基中常以硫酸亚铁和Na2EDTA（螯合剂）制成螯合物的形式出现。,培养基的成分（三） - 有机化合物（1） 3有机化合物 （1）碳水化合物：糖是组织培养中不可缺少的碳源，也是能量物质，而且也有维持一定渗透压（一般在1.54大气压范围之内）的作用。一般以15%的蔗糖最常用，也有用葡萄糖和果糖的。 （2）维生素类：维生素是植物组织培养中经常使用的，有维生素C、B1、B6、生物素、烟酸、叶酸等，有的外植体（用于组织培养的植物材料）、愈伤组织会合成维生素，可以不必添加。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关系，维生素B6对根的生长有促进作用。,培养基的成分（三）- 有机化