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1、植物组织培育技术植物组织培育技术 第一章第一章绪绪论论一、植物组织培育的概念一、植物组织培育的概念(一一)概概念念植物组织培育植物组织培育Planttissueculture广义上是指无菌条件下，在特定的培广义上是指无菌条件下，在特定的培育基上对离体的植物器官、组织、细胞育基上对离体的植物器官、组织、细胞和原生质体甚至包括完好植株进展培育和原生质体甚至包括完好植株进展培育的技术。的技术。二主要特征二主要特征1在培育容器中进展；在培育容器中进展；2无菌培育环境，排除了微生物如真菌、细菌以及害虫等的侵入；无菌培育环境，排除了微生物如真菌、细菌以及害虫等的侵入；3各种环境因子如营养因子、激素因子以及
2、光照、温度等物理因子处于人工控制之下，并可到达最各种环境因子如营养因子、激素因子以及光照、温度等物理因子处于人工控制之下，并可到达最适条件。适条件。4通常突破了正常的植物发育过程和格局；通常突破了正常的植物发育过程和格局；5随着单细胞和原生质体培育技术的开展，对植物显微构造进展操作成为能够。随着单细胞和原生质体培育技术的开展，对植物显微构造进展操作成为能够。三植物组织培育类型：根据不同分类的根据可以分为三植物组织培育类型：根据不同分类的根据可以分为不同类型。不同类型。1.根据培育资料不同分为：根据培育资料不同分为：完好植株培育完好植株培育PlantCulture：对幼苗和较大植株等的：对幼苗和
3、较大植株等的培育。培育。胚胎培育胚胎培育EmbryoCulture：包括成熟胚、幼胚、子房、：包括成熟胚、幼胚、子房、胚珠等的培育。胚珠等的培育。器官培育器官培育OrganCulture：包括离体根、茎、叶、果：包括离体根、茎、叶、果实、种子、花器官的培育。实、种子、花器官的培育。组织培育组织培育TissueCulture：如分生组织、薄壁组织、：如分生组织、薄壁组织、输导组织培育。输导组织培育。细胞培育细胞培育CellCulture：指对单细胞或较小的细胞团：指对单细胞或较小的细胞团进展培育。进展培育。原生质体培育原生质体培育ProtoplastCulture：指对去掉细胞壁后：指对去掉细胞
4、壁后所获得的原生质体进展培育。所获得的原生质体进展培育。矮牵牛茎尖离体培育培育矮牵牛茎尖离体培育培育牡丹成熟胚的离体培育与快速繁衍牡丹成熟胚的离体培育与快速繁衍Matureembryocultureandrapidpropagationoftreepeony微型月季茎段离体培育微型月季茎段离体培育花烛叶片离体快速繁衍花烛叶片离体快速繁衍大蒜根尖培育及植株再生大蒜根尖培育及植株再生大蒜试管鳞茎诱导大蒜试管鳞茎诱导人参细胞悬浮人参细胞悬浮培育培育非洲紫罗兰原生质体分别、培育及植株再生非洲紫罗兰原生质体分别、培育及植株再生2.根据再生途径分根据再生途径分为：器官器官发生途径生途径Organogene
5、sis：直接器官直接器官发生途径：植物器官可以直接由外植生途径：植物器官可以直接由外植体上体上诱导。如茎尖培育。如茎尖培育。间接器官接器官发生途径：成熟生途径：成熟细胞胞经过脱分化脱分化dedifferentiation及再分化及再分化redifferentiation过程而构成新的程而构成新的组织和器官的和器官的过程。如叶片培育。程。如叶片培育。体体细胞胚胎胞胚胎发生生Somaticembryogenesis：体胚体胚发生途径是指二倍体或生途径是指二倍体或单倍体的体倍体的体细胞在胞在特定条件下未特定条件下未经性性细胞交融而胞交融而经过与合子胚与合子胚发生生类似的途径似的途径发育出新个体的形状
6、育出新个体的形状发生生过程。程。经体胚体胚发生构成生构成类似合子胚的构造称似合子胚的构造称为胚状体胚状体embryoid或体或体细胞胚胞胚(somaticembryo).直接器官发生直接器官发生间接器官发生间接器官发生体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生贯叶金丝桃不定芽直接再生过程贯叶金丝桃不定芽直接再生过程优化培育基优化培育基无蔗糖无蔗糖1%蔗糖蔗糖5%蔗糖蔗糖 无BAP BAP 0.1mg/l BAP 5.0mg/l 无NAA非洲紫罗兰叶片培育非洲紫罗兰叶片培育优化培育基优化培育基无蔗糖无蔗糖1%蔗糖蔗糖5%蔗糖蔗糖 无BAP BAP 0.1mg/l BAP 5.0mg/l 无NAA台湾百合离体培
7、育台湾百合离体培育大花蕙兰原球茎增殖与植株再生大花蕙兰原球茎增殖与植株再生器官发生途径原球茎的构成：器官发生途径原球茎的构成：大蒜愈伤组织培育大蒜愈伤组织培育日本牵牛花的离体培育日本牵牛花的离体培育禾本科牧草的体胚发生过程禾本科牧草的体胚发生过程菊花体菊花体细胞胚胎胞胚胎发生及植株再生生及植株再生大蒜体细胞胚胎发生过程大蒜体细胞胚胎发生过程 人工种子人工种子Artificial seedArtificial seed，SyntheticSyntheticSeedSeed：是指植物离体培育产生的胚状体或不：是指植物离体培育产生的胚状体或不定芽被包裹在含有营养和维护功能的人工胚乳定芽被包裹在含有营
8、养和维护功能的人工胚乳和人工种皮中，从而构成能发芽出苗的颗粒体。和人工种皮中，从而构成能发芽出苗的颗粒体。作为繁衍资料。作为繁衍资料。3.根据培育基的类型分为根据培育基的类型分为:固体培育固体培育Solidculture:琼脂、卡拉胶等固化。琼脂、卡拉胶等固化。半液半固体培育半液半固体培育(SemisolidCulture)：固液双层。：固液双层。液体培育液体培育(LiquidCulture)：震荡、旋转或静置培：震荡、旋转或静置培育。育。液体培育的优点：液体培育的优点：A不运用凝固剂，节约消费本钱不运用凝固剂，节约消费本钱B营养吸收充分；营养吸收充分；C操作过程简化。操作过程简化。固体培育：
9、固体培育：液体培育液体培育体胚液体培育体胚液体培育不同类型液体培育安装不同类型液体培育安装液体培育体系液体培育体系菠萝种苗液体培育系统菠萝种苗液体培育系统丹参毛状根培育丹参毛状根培育分类属性分类属性培育类型培育类型按培育资料按培育资料按培育方式按培育方式器官培育器官培育胚胎培育胚胎培育组织培育组织培育细胞培育细胞培育原生质体培育原生质体培育液体培育液体培育固体培育固体培育二、二、植物植物组织培育开展培育开展简史史1、实际预备阶段段探探求求阶段段20世世纪30年年代代前前1667年年，虎虎克克R.Hooke发现细胞胞；1756年年，Duhamel发现了愈了愈伤组织构成。构成。18381839，S
10、chleiden(1838施施莱莱登登提提出出植植物物细胞胞学学说)和和Schwann1839年年施施旺旺以以为细胞胞学学说也适用于也适用于动物物创建了建了细胞学胞学说。1902年年德德国国的的Haberlandt(哈哈布布兰特特)：“植植物物离离体体细胞胞培培育育实验。提提出出了了高高等等植植物物的的器器官官和和组织可可以以不不断断分分割割、直直至至单个个细胞胞，并并大大胆胆提提出出在在试管管培培育育植植物物，预言言离离体体细胞胞在在生生理理、发育上有潜在的全能性。育上有潜在的全能性。 即：一切植物的细胞在适当的条件下具有不断分裂和繁衍并发育成独立个体，可增殖，具有分化为完好植株的潜在才干。
11、Cell有全部遗传信息和发育成完好植株的才干，但处于完好植株的生活细胞受整体Cell控制即gene受阻or other发扬作用，完好植株上Cell细胞只表达一定形状生理功能。 上述阶段仅是探求，没有本质上进展，主要受当时实际程度、科研和设备条件的限制，未诱导出完好植株。2 2、开开展展时时期期奠奠基基阶阶段段，3030年年代代中中至至5050年年代末代末 组组培培的的真真正正建建立立和和开开展展，从从19341934年年开开场场才算有了突破。才算有了突破。 1933 李继侗、沈同用银杏胚乳提取物培育银杏胚获得胜利，获得3mm以上大小的胚，即可正常生长成小植株并发现胚乳提取物能促进银杏离体胚的生
12、长，为后人利用植物组织提取液促进培育物生长提供了实验根据。这是初次利用天然提取物。 1934年，美国的White怀特用无机盐、糖类和酵母抽提物的培育基进展番茄根尖切段培育，建立了第一个活泼生长的无性繁衍系。无机盐、三种B族维生素、取代酵母浸出液19341968继代1600代后仍能正常生长。 1943年，white出版了第一本专著。1945年年F.Skoog和和崔崔澄澄发发现现腺腺嘌嘌呤呤促促细细胞胞分分裂裂、组组织织成成芽芽。Skoog和和催催澄澄在在烟烟草草茎茎段段和和髓髓培培育育以以及及器器官官构构成成的的研研讨讨中中发发现现，腺腺嘌嘌呤呤或或腺腺苷苷可可以以解解除除生生长长素素IAA对对
13、芽芽构构成成的的抑抑制制造造用用，而而诱诱导导构成芽。构成芽。1956年年Miller发发现现了了激激动动素素Kinetion其其效效果果为为腺嘌呤的腺嘌呤的3万倍。万倍。1957Skoog和和Miller提提出出有有关关植植物物激激素素控控制制器器官官构构成的概念成的概念细胞分裂素细胞分裂素茎茎生长素生长素根根 1958 1958 Reiner Reiner and and StewardSteward，从从胡胡萝萝卜卜愈愈伤伤组组织织和和细细胞胞培培育育中中，诱诱导导分分化化产产生生了了体体细细胞胞胚胚，这这是是人人类类第第一一次次实实现现了了人人工工体体细细胞胞胚胚，并并获获得得个个体体
14、植植株株。使使HaberlandtHaberlandt愿愿望望突突现现了了，科学证明了全能性实际。科学证明了全能性实际。 在在此此阶阶段段，WhiteWhite等等的的任任务务建建立立了了植植物物组组织织培培育育的的综综合合培培育育基基，它它包包括括无无机机盐盐、有有机机成成分分和和生生长长刺刺激激要要素素，同同时时建建立立了了植植物物组组织织培培育育的的根根本方法，成为当今植物组织培育的技术根底。本方法，成为当今植物组织培育的技术根底。胜利缘由：胜利缘由：1植植物物生生长长调调理理物物质质的的运运用用，突突现现了了对对离体细胞生长和分化的控制离体细胞生长和分化的控制2B族族V生生素素对对植植
15、物物细细胞胞生生长长的的重重要要性性认认识和采用识和采用1934，white3由由White和和Gautheret开展的根本方法开展的根本方法3 3 快速开展阶段快速开展阶段6060年代以来年代以来 可概括为以下四个方面：可概括为以下四个方面：1 1根底研讨领域成果显著：根底研讨领域成果显著： 1962 Murashige & Skoog 1962 Murashige & Skoog 在烟草在烟草培育中挑选出卓有效果的培育中挑选出卓有效果的MSMS培育基。培育基。 1965 Vasil & Hildebrandt 1965 Vasil & Hildebrandt 由由分别培育的烟草单细胞胜利培
16、育出完分别培育的烟草单细胞胜利培育出完好再生植株。从细胞程度证明了植物好再生植株。从细胞程度证明了植物细胞具有全能性。细胞具有全能性。2原生原生质体培育体培育获得突破：得突破：1971Takebe在烟草上初次由原生在烟草上初次由原生质体体获得了再生植株。再次得了再生植株。再次证明植物明植物细胞的全能胞的全能性。原生性。原生质体培育体培育为外源基因的外源基因的导入提供了入提供了理想的受体，促理想的受体，促进了体了体细胞交融技胞交融技术的开展的开展细胞程度胞程度分子程度分子程度3 3花药培育获得显著成果：花药培育获得显著成果： 1964 Guha 1964 Guha 初次实现了花药的离初次实现了花
17、药的离体培育。该技术主要用于遗传育种任体培育。该技术主要用于遗传育种任务，可大大缩短育种周期，提效率。务，可大大缩短育种周期，提效率。我国科学家在烟草、水稻、小麦的单我国科学家在烟草、水稻、小麦的单倍体培育中获得了重要成果。倍体培育中获得了重要成果。4 4微繁技微繁技术得到广泛运用：得到广泛运用： 1960 Morel 1960 Morel 提出了离体快繁提出了离体快繁兰花的花的方法。方法。“兰花工花工业如今微繁技如今微繁技术曾曾经广广泛用于各泛用于各经济作物的消作物的消费，并可以与茎，并可以与茎尖分生尖分生组织培育脱毒技培育脱毒技术结合起来在无合起来在无毒种苗的繁育中毒种苗的繁育中发扬作用。
18、作用。60年代以来，植物组培技术可以得到快年代以来，植物组培技术可以得到快速开展，很重要的一个缘由就在于走出了实速开展，很重要的一个缘由就在于走出了实验室，经过与良种选育、遗传育种和植物基验室，经过与良种选育、遗传育种和植物基因工程技术的结合，在植物改良中发扬了重因工程技术的结合，在植物改良中发扬了重要作用。要作用。在组培开展史上，我国科学家作出了多方面在组培开展史上，我国科学家作出了多方面的奉献。早期的李继侗、罗宗洛、罗士伟、崔的奉献。早期的李继侗、罗宗洛、罗士伟、崔瀓等人都作了很多有价值的任务。进入瀓等人都作了很多有价值的任务。进入70年代年代以后，我国科学家在原生质体培育以及花药培以后，
19、我国科学家在原生质体培育以及花药培育做出了举世公认的重要成果育做出了举世公认的重要成果得到了世界同得到了世界同行的普遍注重和赞赏。行的普遍注重和赞赏。我国成果：我国成果：我我国国从从7070年年代代开开展展花花药培培育育单倍倍体体育育种种和和原原生生质体培育棉花、玉米、谷子、高粱、大麦。体培育棉花、玉米、谷子、高粱、大麦。全全国国科科技技大大会会以以来来，我我国国在在组培培方方面面大大量量研研讨取取举瞩目成就不少科研成果志在世界前列。瞩目成就不少科研成果志在世界前列。我我国国植植物物组织培培育育技技术普普及及程程度度及及技技术程程度度均均居居世界世界领先程度周永青先程度周永青19901990我
20、我国国是是世世界界上上从从事事植植物物组培培人人数数最最多多，实验室室面面积最大的国家最大的国家陈维伦 1990 1990。朱至清研制的朱至清研制的N6N6培育基培育基获国家国家发明二等明二等奖。国国家家“六六五五“七七五五“八八五五和和“九九五五都都把把生生物物技技术列列为国家重点攻关工程。国家重点攻关工程。 三、植物组织培育技术的运用三、植物组织培育技术的运用1 1、优质种苗的快速无性繁衍：、优质种苗的快速无性繁衍： 1 1无性繁衍作物及不易繁衍作物的快速繁衍无性繁衍作物及不易繁衍作物的快速繁衍园艺植物种苗工厂化消费园艺植物种苗工厂化消费兰科植物消费兰科植物消费ABECFG花烛属植物花烛属
21、植物厥类植物厥类植物盆栽及切花植物的繁衍盆栽及切花植物的繁衍珍贵树种珍贵树种无菌苗快速繁衍无菌苗快速繁衍无菌苗驯化无菌苗驯化组培苗驯化移栽组培苗驯化移栽茎、芽和小植株的规模培育茎、芽和小植株的规模培育 经济植物快速繁衍经济植物快速繁衍2经过茎尖培育消费脱毒安康种苗：如草莓、经过茎尖培育消费脱毒安康种苗：如草莓、香蕉、香蕉、甘蔗、马铃薯、大蒜等。甘蔗、马铃薯、大蒜等。virus-virus-freefreetissuetissue茎尖培育脱毒茎尖培育脱毒脱毒马铃薯种薯生物反响器液体培育脱毒马铃薯种薯生物反响器液体培育2 2、用于植物遗传育种、用于植物遗传育种包括种质资源离体保管；包括种质资源离体
22、保管；花粉花药培育产生单倍体；花粉花药培育产生单倍体；胚乳培育产生三倍体；胚乳培育产生三倍体；胚培育挽救杂种胚抑制远缘杂交妨碍；胚培育挽救杂种胚抑制远缘杂交妨碍；原生质体培育进展体细胞杂交；原生质体培育进展体细胞杂交；植物体细胞无性系变异诱导和挑选；植物体细胞无性系变异诱导和挑选；用于植物基因转移操作等。用于植物基因转移操作等。种质资源的离体保管种质资源的离体保管体细胞无性系变异挑选体细胞无性系变异挑选花粉、花药培育产生单倍体植株花粉、花药培育产生单倍体植株幼胚挽救抑制远缘杂交妨碍幼胚挽救抑制远缘杂交妨碍用于基因工程技术发明植物新种质。用于基因工程技术发明植物新种质。3 3、大规模植物细胞、组织和器官培育消费次、大规模植物细胞、组织和器官培育消费次生代谢物质；生代谢物质； 根培育根培育: :正常根培育，正常根培育， 毛状根培育毛状根培育4 4、用于植物生长发育实际研讨，包括生理学、用于植物生长发育实际研讨，包括生理学、病理学、胚胎学和细胞与分子生物学等。病理学、胚胎学和细胞与分子生物学等。 植物胚胎发生实际研讨生长发育特性研讨生长发育特性研讨
