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1、细胞工程CellEngineering1Chapter3、植物组织与细胞培养31植物细胞工程概述植物细胞工程概述32植物组织培养植物组织培养33植物细胞培养植物细胞培养231植物细胞工程概述植物细胞工程概述311植物细胞工程是细胞工程的一个重要分支学科。植物细胞工程是细胞工程的一个重要分支学科。3312植物细胞工程（植物细胞工程（plantcellengineering）植物细胞工程（植物细胞工程（plantcellengineering）：）：是是在植物细胞全能性的基础上，以植物细胞为在植物细胞全能性的基础上，以植物细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或基本单位，在体外条件下进行培养、
2、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良品种或按照人们的意愿发生改变，从而改良品种或创制新种，或加速繁殖植物个体，或获得有创制新种，或加速繁殖植物个体，或获得有用产物的过程。用产物的过程。4313植物细胞工程内容：植物细胞工程内容：A、植物细胞工程（对象或内容）、植物细胞工程（对象或内容）植物细胞与组织培养技术植物细胞与组织培养技术植物细胞融合技术植物细胞融合技术植物细胞质工程技术植物细胞质工程技术植物染色体工程技术植物染色体工程技术转基因植物技术转基因植物技术B、植物细胞工程（目的或应用）、植物细胞工程（目的或应用）植
3、物细胞工程与育种植物细胞工程与育种植物细胞工程与体外快速繁殖植物细胞工程与体外快速繁殖植物细胞工程与优质种质体外保存植物细胞工程与优质种质体外保存植物细胞工程与药物植物细胞工程与药物食品工业化生产食品工业化生产5314存在的理论与生产问题存在的理论与生产问题植物细胞全能性的本质植物细胞全能性的本质细胞分化机制和代谢途径的调控细胞分化机制和代谢途径的调控理论理论培养细胞中的生理、后成杂种培养细胞中的生理、后成杂种问题问题（rpigenetic）和遗传的变异）和遗传的变异体细胞杂交和有性杂交的比较体细胞杂交和有性杂交的比较不亲和性机制不亲和性机制细胞和组织培养方法细胞和组织培养方法细胞器的分离和引
4、入细胞器的分离和引入技术技术原生质体诱导融合原生质体诱导融合改进改进细胞的培养筛选及鉴定细胞的培养筛选及鉴定花粉和花药培养药物生产的中间试验花粉和花药培养药物生产的中间试验试管苗的大规模繁殖和生产试管苗的大规模繁殖和生产6315植物组织培养与细胞培养的区别：植物组织培养与细胞培养的区别：形成形成时间时间对象对象培养培养方式方式目标目标特点特点植物植物组织组织培养培养早早组织组织或细胞或细胞模拟体内模拟体内体外培养体外培养植物快速植物快速繁殖组织繁殖组织培养技术培养技术无性无性繁殖繁殖植物植物细胞细胞培养培养晚晚细胞细胞（不能形（不能形成组织）成组织）实验室无实验室无菌条件菌条件生产次生生产次生
5、代谢产物代谢产物7316植物细胞与组织培养技术内容与分类：植物细胞与组织培养技术内容与分类：试管苗、人工种子、单倍体诱导试管苗、人工种子、单倍体诱导植物组织培养技术（植物微繁殖技术）植物组织培养技术（植物微繁殖技术）原生质体培养、体细胞杂交、原生质体培养、体细胞杂交、micropropagation体细胞变异、种质保存体细胞变异、种质保存植物细胞培养技术（植物细胞大量培养）植物细胞培养技术（植物细胞大量培养）植物细胞大量培养技术植物细胞大量培养技术根据对象不同，培养方式也可分为：根据对象不同，培养方式也可分为：根据水平不同：根据水平不同：植株培养（植株培养（plantletculture）植物
6、胚胎培养植物胚胎培养(plantembryoculture)细胞类型（体、生殖细胞）细胞类型（体、生殖细胞）植物器官培养植物器官培养(plantorganculture)单倍体、二倍体和多倍体单倍体、二倍体和多倍体植物组织培养植物组织培养(planttissueculture)离体、人工无菌环境离体、人工无菌环境愈伤组织培养愈伤组织培养(callusculture)原生质体培养原生质体培养(plantprotoplastculture)832植物组织与器官培养植物组织与器官培养321定义：定义：植物组织与器官培养植物组织与器官培养是指在无菌条件下，是指在无菌条件下，将离体的植物器官（如根尖、茎
7、尖、叶、花、将离体的植物器官（如根尖、茎尖、叶、花、未成熟的果实、种子等）、组织（如花药组未成熟的果实、种子等）、组织（如花药组织、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖织、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、胚胎（如成熟和未成熟的胚）、细胞等）、胚胎（如成熟和未成熟的胚）、原生质体等培养在人工配置的培养基上，给原生质体等培养在人工配置的培养基上，给予适当的培养条件，诱发产生愈伤组织、潜予适当的培养条件，诱发产生愈伤组织、潜伏芽，或者长成新的完整植株的一种实验技伏芽，或者长成新的完整植株的一种实验技术。术。9323发展历程：发展历程：10324几个概念几个概念一、愈伤组织（一、愈伤组织（c
8、allus）：）：是指由外植体组织增生的细胞是指由外植体组织增生的细胞产生的一团（大小、形状、液泡化程度、胞质含量和细产生的一团（大小、形状、液泡化程度、胞质含量和细胞壁特性）不定型的疏散排列的薄壁细胞。（细胞水平胞壁特性）不定型的疏散排列的薄壁细胞。（细胞水平已分化，但没有组织、器官水平分化，无组织结构）已分化，但没有组织、器官水平分化，无组织结构）二、外植体（二、外植体（explantation）：）：是指植物组织培养中用来是指植物组织培养中用来进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。原生质体等。三、（去）脱分化（三、（去
9、）脱分化（dedifferentiation）：）：是指外植体在是指外植体在人工培养条件下，经多次细胞分裂后而失去原有分化状人工培养条件下，经多次细胞分裂后而失去原有分化状态，形成无结构的愈伤组织或细胞团的过程，使其回复态，形成无结构的愈伤组织或细胞团的过程，使其回复到胚性细胞的状态。（胚性愈伤组织或类似组细胞、干到胚性细胞的状态。（胚性愈伤组织或类似组细胞、干细胞）细胞）11四、再分化（四、再分化（redifferentiation）：）：是指外植体可以由脱是指外植体可以由脱分化状态再度分化成另一种或几种类型的细胞、组织、分化状态再度分化成另一种或几种类型的细胞、组织、器官，甚至最终再生成完
10、整植株。器官，甚至最终再生成完整植株。五、继代培养（五、继代培养（subculture）：是指愈伤组织在培养基是指愈伤组织在培养基上生长一段时间后，营养物枯竭，水分散失，并已积累上生长一段时间后，营养物枯竭，水分散失，并已积累了一些代谢产物，此时需要将这些组织转移到新的培养了一些代谢产物，此时需要将这些组织转移到新的培养基上进行培养的方式。基上进行培养的方式。六、胚状体（六、胚状体（embryoid）：）：是指在外植体上产生了类似是指在外植体上产生了类似于由生殖细胞发育来的合子胚（于由生殖细胞发育来的合子胚（zygoticembryo）的体细）的体细胞胚（胞胚（somaticembryo）。它
11、可来自植物的根、茎、叶）。它可来自植物的根、茎、叶和花等组织的细胞，也可来自花药壁及未成熟的幼穗等，和花等组织的细胞，也可来自花药壁及未成熟的幼穗等，胚状体的形成可通过愈伤组织途径，也可不经脱分化直胚状体的形成可通过愈伤组织途径，也可不经脱分化直接从子叶和下胚轴部位形成。接从子叶和下胚轴部位形成。1213胚状体的发育顺序胚状体的发育顺序与受精卵发育极为相与受精卵发育极为相似，经过原胚似，经过原胚球形胚球形胚心形胚心形胚鱼雷胚鱼雷胚子叶胚五个时期，最后形成子叶胚五个时期，最后形成小植株，由于胚状体和器官发生均可起小植株，由于胚状体和器官发生均可起源于愈伤组织或直接来自于外植体，故源于愈伤组织或直
12、接来自于外植体，故常常混淆，可参见下表。常常混淆，可参见下表。14151617325植物细胞全能性途径：植物细胞全能性途径：分生组织直接分生芽而达到快速繁殖目的分生组织直接分生芽而达到快速繁殖目的分生组织先形成愈伤组织，后再分化实现细胞全能性分生组织先形成愈伤组织，后再分化实现细胞全能性游离细胞或原生质体形成胚状体游离细胞或原生质体形成胚状体单极分化：有根无芽或无根有芽单极分化：有根无芽或无根有芽双极分化：分化的芽、根分开，双极分化：分化的芽、根分开，形成多个分生中心，形成多个分生中心，不能移栽成活不能移栽成活先芽后根：易成活先芽后根：易成活先根后芽：易成活先根后芽：易成活1819326植物组
13、织培养基本步骤：植物组织培养基本步骤：一、培养材料的采集；一、培养材料的采集；二、培养材料的消毒；二、培养材料的消毒；三、制备外植体；三、制备外植体；四、接种和培养；四、接种和培养；五、根的诱导；五、根的诱导；六、组织苗的练苗移栽。六、组织苗的练苗移栽。20植物材料的采集和取材植物材料的采集和取材21外外植植体体的的制制备备22植物组织培养过程植物组织培养过程23试管苗试管苗24327愈伤组织培养的基本过程：愈伤组织培养的基本过程：一、愈伤组织的形成；一、愈伤组织的形成；二、愈伤组织的生长；二、愈伤组织的生长；三、愈伤组织的分化和形态的发生三、愈伤组织的分化和形态的发生。25262728328
14、植物组织培养的应用：植物组织培养的应用：一、无性快速繁殖技术一、无性快速繁殖技术20世纪世纪80年代，广西、甘蔗试管苗工厂年代，广西、甘蔗试管苗工厂21世纪，香蕉试管繁殖世纪，香蕉试管繁殖二、获得无病毒植株二、获得无病毒植株对象为病毒易染的植物对象为病毒易染的植物蔬菜水果：甘草、草莓、马铃薯蔬菜水果：甘草、草莓、马铃薯花卉：康乃馨、菊花、郁金香、水仙、百合、鸢尾花卉：康乃馨、菊花、郁金香、水仙、百合、鸢尾理论基础：理论基础：White（怀特），（怀特），1943年，发现生长点年，发现生长点附近少病毒附近少病毒三、新品种选育三、新品种选育四、在遗传、生理生化和病理学研究上的应用四、在遗传、生理生
15、化和病理学研究上的应用理论研究理论研究29五、种质资源的保存五、种质资源的保存烟草、胡萝卜细胞悬液低温保存烟草、胡萝卜细胞悬液低温保存六、人工种子六、人工种子是指最外层包裹胶囊状固定化膜的是指最外层包裹胶囊状固定化膜的植物胚状体，体外模拟天然种子，防水散失、植物胚状体，体外模拟天然种子，防水散失、外部冲击、含营养料。外部冲击、含营养料。复合凝聚（复合凝聚（+-互作）互作）界面聚合（成膜）界面聚合（成膜）离子交换凝聚（络合作用）离子交换凝聚（络合作用）变温凝聚（高、固，低、液）变温凝聚（高、固，低、液）30七、植物组织器官的生物反应器培养七、植物组织器官的生物反应器培养是指那些用来生产植物次生代
16、谢产物的组织是指那些用来生产植物次生代谢产物的组织器官（生长快，生理、生化特征稳定）培养物的大规器官（生长快，生理、生化特征稳定）培养物的大规模工厂化批量生产过程。模工厂化批量生产过程。毛状根培养：（雾化、流化、气升式反应器）生产毛状根培养：（雾化、流化、气升式反应器）生产青篙素，抗疟疾（高效、低毒）；青篙素，抗疟疾（高效、低毒）；芽的培养：（气液交替式培养系统）浅层培养，用芽的培养：（气液交替式培养系统）浅层培养，用人造纤维支持，解决过深、呈玻璃化，人造纤维支持，解决过深、呈玻璃化，浅、易受剪切力影响；浅、易受剪切力影响；体细胞胚的培养：（自旋过滤式反应器）气升式剪体细胞胚的培养：（自旋过滤
17、式反应器）气升式剪切力小。切力小。31329存在问题：存在问题：一、理论问题：一、理论问题：细胞全能性与激素作用机制；细胞全能性与激素作用机制；二、技术问题：二、技术问题：效率偏低、外植体诱导时间效率偏低、外植体诱导时间长、培养基配方、继代培养植株变异、长、培养基配方、继代培养植株变异、新型反应器工艺设备改进；新型反应器工艺设备改进；三、应用范围：三、应用范围：工厂化、成本高、资金多。工厂化、成本高、资金多。3233植物细胞培养植物细胞培养331定义：定义：植物细胞培养：植物细胞培养：是指在离体条件下，将愈是指在离体条件下，将愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养伤组织或其他易分散的组织置于液
18、体培养基中进行振荡培养，得到悬浮细胞，再通基中进行振荡培养，得到悬浮细胞，再通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量细过继代培养使细胞增殖，从而获得大量细胞群体的技术。它是在组培基础上发展起胞群体的技术。它是在组培基础上发展起来的。来的。3334332方法：方法：35363738333植物细胞培养基植物细胞培养基A、准备：灭菌与消毒、准备：灭菌与消毒39B、组成：、组成：无机盐类：（无机盐类：（mol/L）硝酸盐）硝酸盐+少许（铵盐少许（铵盐+TCA盐）盐）碳源：蔗糖或葡萄糖常用，果糖差碳源：蔗糖或葡萄糖常用，果糖差植物生长激素：（植物生长激素：（mg级）级）IAA（吲哚乙酸）、（吲哚乙酸）、IB
19、A（吲（吲哚丁酸）、哚丁酸）、2、4-D、NAA（萘乙酸）、（萘乙酸）、BA、细胞分裂素、玉米素、细胞分裂素、玉米素氮源：水解酪蛋白氮源：水解酪蛋白+少许氨基酸少许氨基酸有机酸：有机酸：TCA酸酸柠檬酸、苹果酸柠檬酸、苹果酸复合物质：细胞生长调剂，复杂物质如：酵母抽提液、复合物质：细胞生长调剂，复杂物质如：酵母抽提液、麦芽抽提液、椰子汁、水果汁麦芽抽提液、椰子汁、水果汁404142334植物细胞生物器培养植物细胞生物器培养A、植物细胞特性与细胞培养、植物细胞特性与细胞培养与微生物比较，植物细胞大；与微生物比较，植物细胞大；悬浮培养时，植物细胞易结团，悬浮培养时，植物细胞易结团，2mm，浓度高、
20、粘度大，浓度高、粘度大，分泌粘多糖（硅油降低粘度），产生泡沫，需消泡；分泌粘多糖（硅油降低粘度），产生泡沫，需消泡；细胞有壁，易受剪切力高的装置损伤；细胞有壁，易受剪切力高的装置损伤；与微生物细胞相比，生长慢，周期长，分批与微生物细胞相比，生长慢，周期长，分批2-3周，半连周，半连续与连续续与连续2-3周；周；与微生物细胞比较，需光、好气，与微生物细胞比较，需光、好气，CO2/O2比要控制；比要控制；单细胞单细胞3-5天分裂，天分裂，1周小细胞团成愈伤组织，可转移至分周小细胞团成愈伤组织，可转移至分化培养基上；化培养基上；植物悬浮细胞生长与增殖可分为：植物悬浮细胞生长与增殖可分为：延迟、对数生
21、长、直线生长、减缓、静止、衰亡期；延迟、对数生长、直线生长、减缓、静止、衰亡期；4344B、植物细胞培养过程、植物细胞培养过程45335植物细胞培养的应用植物细胞培养的应用46336原生质体原生质体培养培养（技术线（技术线路，以经路，以经济海藻济海藻红篱为红篱为例）例）47【习题】【习题】1、名词解释，并简要说明它们间关系：、名词解释，并简要说明它们间关系：去分化与再分化去分化与再分化 外植体与胚状体外植体与胚状体 无毒苗与快繁苗无毒苗与快繁苗2、简要分析愈伤组织和胚状体在植物细胞全、简要分析愈伤组织和胚状体在植物细胞全能性的实现途径中的作用？能性的实现途径中的作用？3、简要比较植物组织培养与植物细胞培养？、简要比较植物组织培养与植物细胞培养？4、植物原生质体培养的技术关键是什么？、植物原生质体培养的技术关键是什么？48
