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1、韩晓红韩晓红生物工程系生物工程系联系电话：联系电话：13618667972Email:植物组织培养植物组织培养 Plant tissue culture主要内容：主要内容： 第第1 1章绪论章绪论植物组织培养概念及类型植物组织培养概念及类型植物组织培养的基本理论植物组织培养的基本理论植物组织培养的发展简史植物组织培养的发展简史植物组织培养的应用植物组织培养的应用1.1 植物组织培养的应用植物组织培养的应用1、快速繁殖和、快速繁殖和作物脱毒作物脱毒1.微型繁殖兰花工业 (1)微型繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术. (2)特点: 保持优良品种的遗传特性; 高效快速地实现种苗的大量繁殖.
2、1960年年G.Morel采用兰花的茎尖培养，采用兰花的茎尖培养，实现了去病毒和快速繁殖两个目的。这是实现了去病毒和快速繁殖两个目的。这是经过茎尖经过茎尖原球茎原球茎小植株的方式而再生小植株的方式而再生的。的。G.MorelMorel提出的这种离体无性繁殖方法，其繁殖系数极高，很提出的这种离体无性繁殖方法，其繁殖系数极高，很快被兰花生产者所采用，迅速建立起快被兰花生产者所采用，迅速建立起兰花工业兰花工业。植物离体微繁技。植物离体微繁技术及脱毒技术得到了迅速发展，实现了产业化。术及脱毒技术得到了迅速发展，实现了产业化。蝴蝶兰卡特兰：洋兰之王兜兰垂花蕙兰建兰金嘴墨兰石斛兰石斛兰西藏虎头兰文心兰文心
3、兰扇贝兰快速繁殖实现工厂化育苗快速繁殖实现工厂化育苗2.作物脱毒 (1)材料:无病毒的茎尖 (2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得2、作物育种、作物育种1.单倍体育种 (1)方法:花药的离体培养 (2)优点: 后代稳定遗传,都是纯合体; 明显缩短育种年限.2.突变体的利用 (1)产生:植物组织培养 (2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种神奇的人工种子 (1)特点: 后代无性状分离 不受气候,季节和地域限制 (2)技术: 植物组织培养. (3)结构: 人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.3、植物有用产物生产、植物有用产物生产植物组织培养大量生产紫草素现现在在已已有有胡胡萝萝卜卜、芹芹菜
4、菜、柑柑橘橘、咖咖啡啡、棉棉花花、玉玉米米、水水稻稻、橡橡胶胶等等几几十十种种植植物物的的人人工工种种子子试试种种成成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。 紫草紫草紫草素紫草素 愈伤组织愈伤组织4、遗传、生理生化和病理研究、遗传、生理生化和病理研究花药和花粉培养获得的单倍体和纯和的二倍体植物，是花药和花粉培养获得的单倍体和纯和的二倍体植物，是研究细胞遗传的好材料研究细胞遗传的好材料。细胞是一切生理功能的场所。细胞和原生质体培养研究细胞是一切生理功能的场所。细胞和原生质体培养研究细胞营养、代谢、抗病性等非常理想细胞营养、代谢、抗病性等非常理想。植物组织
5、培养与植物基因工程植物组织培养与植物基因工程: :含有目的基因的农杆菌Regeneration of Plants from Cells or Tissue Is an Important Research ToolThis is the most common way of producing transgenic Arabidopsis.1.2 植物组织培养的概念及类型：植物组织培养的概念及类型：植物组织培养：植物组织培养： 是指在是指在无菌无菌条件下利用条件下利用人工培养基人工培养基对对离体离体的植物器官、组织、细胞、原生质体的植物器官、组织、细胞、原生质体等进等进行的培养。行的培养。l
6、按培养材料分为（按培养材料分为（Gamborg等等)：愈伤组织培养愈伤组织培养器器官官培培养养茎尖分生组织培养茎尖分生组织培养原生质体培养原生质体培养最为常见的组织培养最为常见的组织培养胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、叶、胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、叶、花和幼果的部分组织的培养花和幼果的部分组织的培养植物组织培养的类型植物组织培养的类型游离单细胞培养游离单细胞培养细胞团培养细胞团培养悬浮细胞培养悬浮细胞培养 外植体（外植体（explant)：由活体植物体上切取下来的，用于组织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、细胞或原生培养的各种接种材料。包括各种器官、组
7、织、细胞或原生质体等。质体等。愈伤组织（愈伤组织（callus）：原指植物受伤后在伤口表面形成的一团原指植物受伤后在伤口表面形成的一团薄壁细胞；在组织培养中，是指在人工培养基上由外植体形成薄壁细胞；在组织培养中，是指在人工培养基上由外植体形成的一团无序生长的具有旺盛分裂能力的薄壁细胞。的一团无序生长的具有旺盛分裂能力的薄壁细胞。叶诱导愈伤组织叶诱导愈伤组织1.3 植物组织培养的基本理论植物组织培养的基本理论1 1.2.1 .2.1 植物细胞的全能性植物细胞的全能性 一个生活的植物细胞，只要有完整的膜系统一个生活的植物细胞，只要有完整的膜系统和细胞核，它就会带有一套发育成一个完整植和细胞核，它就
8、会带有一套发育成一个完整植株的遗传基础，并具备发育成完整植物体的株的遗传基础，并具备发育成完整植物体的潜潜在能力在能力。 细胞全能性的实现条件和差异细胞全能性的实现条件和差异全能性实现的条件：细胞再生的潜力与细胞分化程度成负相关。受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞l离体状态离体状态l有一定营养物质、激素和其他外界条件有一定营养物质、激素和其他外界条件植物细胞全能性的实现：植物细胞全能性的实现：1.植物的生活史（生命周期）植物的生活史（生命周期）受受精精卵卵合合子子胚胚组组织织器器官官植植物物体体早期胚胎发育早期胚胎发育分化分化形成形成构成构成已已分分化化细细胞胞愈愈伤伤组组织织组组织织器
9、器官官植植物物体体脱分化脱分化再分化再分化形成形成构成构成2.植物组培过程（组培周期）植物组培过程（组培周期）1.2.2 1.2.2 细胞分化、脱分化和再分化细胞分化、脱分化和再分化l 分化分化：指细胞在形态结构和功能上发生永久性的适度变化过指细胞在形态结构和功能上发生永久性的适度变化过程。程。l 脱分化脱分化：成熟的细胞转变到分生状态的过程，而进行分裂形成熟的细胞转变到分生状态的过程，而进行分裂形成无分化的细胞团，即形成愈伤组织的过程。成无分化的细胞团，即形成愈伤组织的过程。l 再分化：再分化：脱分化的细胞再次分裂、分化并形成不同组织，进脱分化的细胞再次分裂、分化并形成不同组织，进而构成器官
10、和植株的过程。而构成器官和植株的过程。模式植物烟草组织培养的过程模式植物烟草组织培养的过程: :1. 器官发生途径：器官发生途径： 由愈伤组织或外植体诱导形成不定根或不定芽，由愈伤组织或外植体诱导形成不定根或不定芽，再获得再生植株的方法。再获得再生植株的方法。百合鳞叶培养百合鳞叶培养1.2.3 1.2.3 器官发生和胚状体发生器官发生和胚状体发生- -再分化过程的两种途径再分化过程的两种途径器官发生途径器官发生途径外植体外植体愈伤组织愈伤组织不定芽不定芽不定根不定根再生植株再生植株脱分化脱分化再分化再分化愈伤组织愈伤组织芽芽分化分化再生苗再生苗胚状体胚状体小小麦麦愈伤组织器官发生途径愈伤组织器
11、官发生途径魔芋胚状体魔芋胚状体 2 体细胞胚胎发生途径体细胞胚胎发生途径（胚状体发生途径）（胚状体发生途径） ： 是指在愈伤组织中产生出一些与种子中的胚相似的结是指在愈伤组织中产生出一些与种子中的胚相似的结构，即同时形成一个有苗端和根端的双极性结构，而发育成再构，即同时形成一个有苗端和根端的双极性结构，而发育成再生植株的途径。生植株的途径。胚状体发生途径胚状体发生途径外植体外植体脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织胚状体胚状体再生植株再生植株再分化再分化再分化过程的两种途径：再分化过程的两种途径：分化、分化、成熟细胞成熟细胞分生状分生状态细胞态细胞茎芽、根的分化茎芽、根的分化再生植株再生植株胚状体胚状
12、体器官发生器官发生胚状体发生胚状体发生脱分化再分化试管苗的形成试管苗的形成外植体外植体无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成培养室培养室移栽移栽再分化再分化脱分化脱分化植物组培技术基本过程植物组培技术基本过程l培养条件可以人为控制培养条件可以人为控制l生长周期短，繁殖率高生长周期短，繁殖率高植物组织培养特点植物组织培养特点l管理方便，利于工厂化生产和自动化控制管理方便，利于工厂化生产和自动化控制1.4 植物组织培养发展简史植物组织培养发展简史1 1、萌芽阶段：、萌芽阶段：( (从从2020世纪初到世纪初到3030年代中）年代中）1838-18391838-1839年，德国科学家年
13、，德国科学家SchleideSchleide 和和SchwannSchwann发表发表了了细胞学说细胞学说，奠定了组织培养的理论基础。，奠定了组织培养的理论基础。Haberlandt：1902年，提出了年，提出了 植物细胞全能性学说植物细胞全能性学说观点：观点：贡献：贡献：提出细胞全能性提出细胞全能性首次进行离体细胞培养首次进行离体细胞培养高等植物的组织和器官可高等植物的组织和器官可以分割成单个细胞以分割成单个细胞小野芝麻和凤眼兰的栅栏细胞和虎眼万年青属表皮细胞小野芝麻和凤眼兰的栅栏细胞和虎眼万年青属表皮细胞无分裂无分裂细胞高度分化细胞高度分化+培养基中无生长激素培养基中无生长激素Knop+蔗
14、糖蔗糖19341934年，美国植物生理学家年，美国植物生理学家White White 用番茄根尖建立起第一个用番茄根尖建立起第一个活跃生长的无性繁殖系，从而使活跃生长的无性繁殖系，从而使非胚器官的培养首先获得成功。非胚器官的培养首先获得成功。19371937年，年，WhiteWhite发现发现3 3种种B B族维生素族维生素和和IAAIAA对植物生长有用。对植物生长有用。创立了创立了WhiteWhite培养基。培养基。培养基。培养基。19431943年年WhiteWhite发表了植物组织发表了植物组织培养手册的专著，使植物组织培养手册的专著，使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。培养开始成为一
15、门新兴的学科。2 2、奠基阶段、奠基阶段（从（从2020世纪世纪3030年代末到年代末到5050年代中）年代中）P.R.White3 3、快速发展和应用阶段（从、快速发展和应用阶段（从2020世纪世纪5050年代末至今）年代末至今） 1958 1958年，英国科学家年，英国科学家Steward Steward 等用胡萝卜根的愈伤组织细胞等用胡萝卜根的愈伤组织细胞进行悬浮培养，成功诱导出胚进行悬浮培养，成功诱导出胚状体并分化为完整的小植株。状体并分化为完整的小植株。这是这是第一次获得植株再生成功，第一次获得植株再生成功，首次通过实验证实了细胞全能首次通过实验证实了细胞全能性，是植物组织培养的第一
16、个性，是植物组织培养的第一个突破。突破。 19601960年英国学者年英国学者CockingCocking用酶用酶法从番茄幼根中分离得原生质法从番茄幼根中分离得原生质体成功。这是体成功。这是植物组织培养的植物组织培养的第二个突破。第二个突破。Edward C. Cocking1962年，年，Murashinge 和和Skoog 在烟草培养中筛选出在烟草培养中筛选出至今仍被广泛使用的至今仍被广泛使用的MS培养基培养基。1964-1966年，印度科学家年，印度科学家Guha 和和Maheswari 在曼陀在曼陀罗花药培养中罗花药培养中首次由花粉诱导得到了单倍体植株首次由花粉诱导得到了单倍体植株。1972年，年，Carlson 通过两个种的烟草原生质体融合培养，通过两个种的烟草原生质体融合培养，获得了获得了第一个体细胞杂交的杂种植株第一个体细胞杂交的杂种植株。我国学者在组培研究工作中的贡献：我国学者在组培研究工作中的贡献：1933年，李继侗等关于银杏胚胎的培养。年，李继侗等关于银杏胚胎的培养。1935到到1942年，罗宗洛，玉米等植物的离体根尖培养。年，罗宗洛，玉米等植物的离体根尖培养。19
