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1、第第11章章植物组织培养植物组织培养 提纲提纲植物组培的研究进展植物组培的研究进展1.1.植物组织培养的理论基础植物组织培养的理论基础 1.11.1植物的无性繁殖植物的无性繁殖 1.21.2植物细胞全能性理论植物细胞全能性理论 1.31.3植物细胞的脱分化与再分化植物细胞的脱分化与再分化2.2.植物组织培养植物组织培养 2.12.1实验材料的清洗和消毒实验材料的清洗和消毒 2.22.2培养基培养基 2.32.3接种接种 2.42.4种质保存种质保存 2.52.5植物细胞的大规模培养技术植物细胞的大规模培养技术 思考题思考题 组培问题组培问题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
2、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，德国科学家SchleideSchleide 和和SchwannSchwann发表了细胞学发表了细胞学说，奠定了组织培养的理论基础。说，奠定了组织培养的理论基础。19021902年，德国植物学家年，德国植物学家HaberlandtHaberlandt 根据细胞学说，提出植物根据细胞学说，提出植物细胞全能性（细胞全能性（totipotencytotipotency）理论。理论。19041904年，年，HanningHanning 最先成功地培养了萝卜和辣根菜的胚。最先成功地
3、培养了萝卜和辣根菜的胚。19221922年，年，Knudson Knudson 采用胚培养法获得大量兰花幼苗。采用胚培养法获得大量兰花幼苗。克服其种克服其种子发芽困难的问题。子发芽困难的问题。玉米成熟胚的培养玉米成熟胚的培养Haberlandt：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活跃用番茄根尖建立起第一个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。
4、生长的无性繁殖系，从而使非胚器官的培养首先获得成功。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）1934年：年：Gautherete培养山毛杨、黑杨形成层组织产生了培养山毛杨、黑杨形成层组织产生了Callus1937年：年：White发现发现3种种B族维生素和族维生素和IAA对植物生长有用对植物生长有用1939年：年：Gautherete培养胡萝卜根小外植体成功培养胡萝卜根小外植体成功1939年：年：White培养烟草种间杂种幼茎切段原形成层成功培养烟草种间杂种幼茎切段原形成层成功组织培养的奠基人组织培养的奠基人- White3、快速发展和应
5、用阶段快速发展和应用阶段（从（从20世纪世纪50年代末至今）年代末至今）l 19581958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等用胡萝卜根的愈伤组织细胞进行悬浮培养，成功诱导出胞进行悬浮培养，成功诱导出胚状体胚状体并分化为完整的小植株。并分化为完整的小植株。这是这是第一次实现人工体细胞胚培养，是植物组织培养的第一第一次实现人工体细胞胚培养，是植物组织培养的第一个突破。个突破。l 19601960年英国学者年英国学者CockingCocking用用酶法分离原生质体成功酶法分离原生质体成功。这是。这是植植物组织培养的第二个突破。物组织培养的第二个突
6、破。l 19621962年，年，MurashingeMurashinge 和和SkoogSkoog 在烟草培养中筛选出至今仍在烟草培养中筛选出至今仍被广泛使用的被广泛使用的MSMS培养基培养基。l 1964-19661964-1966年，印度科学家年，印度科学家GuhaGuha 和和MaheswariMaheswari 在曼陀罗花在曼陀罗花药培养中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。l19721972年，年，Carlson Carlson 通过两个种的烟草通过两个种的烟草原生质体融合原生质体融合培养，获培养，获得了得了第一个体细胞杂交的杂种植株第一个体细胞杂交
7、的杂种植株。野胡萝卜的胚状体野胡萝卜的胚状体原生质体原生质体单倍体育种单倍体育种原生质体融合原生质体融合第第11章章植物组织培养植物组织培养11.1植物组织培养的理论基础植物组织培养的理论基础11.1.1植物的无性繁殖植物的无性繁殖11.1.2植物细胞全能性理论植物细胞全能性理论11.1.3植物细胞的脱分化与再分化植物细胞的脱分化与再分化11.2植物组织培养的过程植物组织培养的过程11.2.1植物材料的清洗与消毒植物材料的清洗与消毒11.2.2培养基培养基11.2.3接种接种11.2.4种质保存种质保存11.2.5植物组织和细胞的大规模培养植物组织和细胞的大规模培养11.1植物组织培养的理论基
8、础植物组织培养的理论基础植物组织培养（植物组织培养（Tissueculture）是指用是指用无菌无菌方法使植物体的离体方法使植物体的离体（invitro)器官、组织和细胞在器官、组织和细胞在人为提供的条件人为提供的条件下生长和发育的所有培养技术的总称，也下生长和发育的所有培养技术的总称，也称之为离体培养（称之为离体培养（Invitroculture）或试管）或试管培养。培养。器官（器官（organ)：根、茎、叶、花、果实、种子根、茎、叶、花、果实、种子组织（组织（tissue)：花药、胚珠、胚、胚乳、形成层等花药、胚珠、胚、胚乳、形成层等11.1.1植物的无性繁殖植物的无性繁殖一、有性生殖一、
9、有性生殖1、有性生殖是生物界中最普遍的一种生殖、有性生殖是生物界中最普遍的一种生殖方式。它是指两个方式。它是指两个性细胞性细胞两两结合形成合两两结合形成合子，进而形成新的个体。子，进而形成新的个体。性细胞是通过减数分性细胞是通过减数分裂产生的。裂产生的。2、优点：其后代具有了两个亲本的遗传物、优点：其后代具有了两个亲本的遗传物质，具有更大的生活力和变异性。质，具有更大的生活力和变异性。二、无性生殖二、无性生殖无性生殖是不经生殖细胞的两两结合，由母无性生殖是不经生殖细胞的两两结合，由母体直接产生新个体的方式。从本质上讲，是体直接产生新个体的方式。从本质上讲，是由由体细胞体细胞进行的繁殖就是无性生
10、殖。进行的繁殖就是无性生殖。植物无性生殖的方式主要是植物无性生殖的方式主要是营养生殖营养生殖-由植物营养器官（根、茎、叶）的一部分，由植物营养器官（根、茎、叶）的一部分，在与母体脱落后，发育成一个新的个体。在与母体脱落后，发育成一个新的个体。如马铃薯的块茎、蓟的根、秋海棠的叶如马铃薯的块茎、蓟的根、秋海棠的叶营养生殖甘薯甘薯 马铃薯马铃薯营养生殖用腋芽來繁殖的甘蔗用腋芽來繁殖的甘蔗营养生殖落地生根吊兰大蒜summarysummary植物中常常植物中常常有性繁殖有性繁殖和和无性繁殖无性繁殖共共存存,在有性繁殖受到破坏的时候在有性繁殖受到破坏的时候(花花被破坏被破坏)通常会选择无性繁殖通常会选择无
11、性繁殖.有性繁殖使个体的基因发生变异有性繁殖使个体的基因发生变异,能更好的适应环境能更好的适应环境,无性繁殖往往花费较少的能量无性繁殖往往花费较少的能量,且且成功机会高。成功机会高。11.1.2植物细胞全能性理论植物细胞全能性理论定义：定义：1902年由年由Haberlandt提出，提出，即植物体细胞在即植物体细胞在适当的条件下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整植适当的条件下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整植株的能力。株的能力。20世纪世纪80年代：年代：每一个植物细胞具有该植物的全部遗每一个植物细胞具有该植物的全部遗传信息，在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传信传信息，在适当条件下可表达出该细
12、胞的所有遗传信息，分化出植物有机体所有不同类型细胞，形成不同息，分化出植物有机体所有不同类型细胞，形成不同类型的器官甚至胚状体，直至形成完整再生植株。类型的器官甚至胚状体，直至形成完整再生植株。从从一一个个细细胞胞发发育育成成一一个个植植株株离体细胞离体细胞具有生命的特征属性，在全能性的基具有生命的特征属性，在全能性的基础上，提供合适的营养和环境条件，离体细胞础上，提供合适的营养和环境条件，离体细胞经历经历脱分化脱分化（dedifferentiation）和）和再分化再分化（redifferentiation）过程，可形成）过程，可形成再生植物再生植物。 植物细胞全能性理论是植物植物细胞全能性
13、理论是植物组织培养的核心理论组织培养的核心理论11.1.3植物细胞的脱分化与再分化植物细胞的脱分化与再分化1、细胞分化、细胞分化（cellulardifferentiation）。含义：由一个或一种细胞增殖产生的后代，含义：由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态结构和生理功能上发生稳定性的差异在形态结构和生理功能上发生稳定性的差异的过程。的过程。随着分化发育的进程，细胞逐渐丧失其分化随着分化发育的进程，细胞逐渐丧失其分化潜能。从潜能。从全能全能性到性到多能多能性，再到性，再到单能单能性，最性，最后后失去分化潜能失去分化潜能成为成为成熟定型成熟定型的细胞。的细胞。植物细胞的分化细胞分化细胞分化是
14、是组织分化组织分化和和器官分化器官分化的基的基础础，是离体培养再分化和植株再生得以实现是离体培养再分化和植株再生得以实现的基础。的基础。2、植物细胞的脱分化、植物细胞的脱分化脱分化：脱分化：由由高度分化高度分化的植物器官、组织或细胞在的植物器官、组织或细胞在一定条件下，一定条件下，重新重新获得分裂能力，产生获得分裂能力，产生愈伤愈伤组织组织的过程，又称的过程，又称去分化去分化。或者说，离体培养条件下，一个或者说，离体培养条件下，一个已分化已分化的细胞的细胞回回复复到原始到原始无分化无分化状态或状态或分生分生组织细胞状态或组织细胞状态或胚性胚性细胞细胞的状态的过程。的状态的过程。细胞全能性细胞全
15、能性脱分化脱分化个体再生个体再生再分化再分化细胞分裂细胞分裂细胞全能性的表达是通过细胞脱分化和再分化实现的，细胞全能性的表达是通过细胞脱分化和再分化实现的，在大多数情况下，在大多数情况下，脱分化是细胞全能性表达的前提，脱分化是细胞全能性表达的前提，再分化是细胞全能性表达的最终体现再分化是细胞全能性表达的最终体现。愈伤组织的诱导愈伤组织的诱导愈伤组织：愈伤组织：脱分化后脱分化后的细胞，经过细胞的细胞，经过细胞分裂分裂，产，产生生无组织结构无组织结构、无明显极性无明显极性的、的、松散的细胞团松散的细胞团。愈伤组织的诱导是组培的第一步和关键步骤。愈伤组织的诱导是组培的第一步和关键步骤。外植体外植体（
16、静止细胞）（静止细胞）培养基培养基诱导诱导愈伤组织愈伤组织(分裂细胞分裂细胞)活化活化细胞细胞愈伤组织的种类愈伤组织的种类:分为：分为：胚性胚性愈伤组织愈伤组织（Embryoneniccallus）和和非胚性非胚性愈伤组织。愈伤组织。胚性愈伤组织：能形成体细胞胚的愈伤组织胚性愈伤组织：能形成体细胞胚的愈伤组织。质地较坚实，颜色有乳白色或黄色，表面具球形颗粒，其生长缓慢；质地较坚实，颜色有乳白色或黄色，表面具球形颗粒，其生长缓慢；从细胞学来看，胚性愈伤组织由等直径细胞组成，细胞较小，原生质从细胞学来看，胚性愈伤组织由等直径细胞组成，细胞较小，原生质浓厚，无液泡，常富含淀粉粒，核大，分裂活性强。浓厚，无液泡，常富含淀粉粒，核大，分裂活性强。非胚性愈伤组织：不能分化形成体细胞胚。非胚性愈伤组织：不能分化形成体细胞胚。资料资料黄瓜子房组织经脱分化形成胚性愈伤组织黄瓜子房组织经脱分化形成胚性愈伤组织愈伤组织愈伤组织（callus）培养培养（）、愈伤组织的形成（）、愈伤组织的形成在细胞脱分化过程中，大多数情况下在细胞脱分化过程中，大多数情况下形成愈伤组织。愈伤组织的细胞往往是形成愈伤组织。愈伤组织
