植物细胞组织培养-1-绪论.

2019/12/241第一章绪论讲授内容第一节植物组织培养的一般概念第二节植物组织培养的发展第三节植物组织培养的应用2019/12/242第一节植物组织培养的一般概念2019/12/243一、植物细胞组织培养的概念（P1）★植物细胞组织培养（PlantCellandTissueCulture）：是指在离体（invitro）条件下利用人工培养基（medium）对植物器官、组织、细胞、原生质体等进行培养，使其长成完整的植株。通过无菌操作分离植物体的一部分（外植体explant），接种到培养基上，在人工控制的条件下（包括营养、激素、温度、光照、湿度）进行培养，使其产生完整植株的过程。2019/12/244主要有:原生质体（Protoplast）培养悬浮细胞培养组织（愈伤组织Callus、茎尖分生组织）培养器官（胚，花药，子房，根和茎）培养其中最常见的是愈伤组织培养。2019/12/245（广义）又叫离体培养：指从植物体分离出符合需要的组织、器官或细胞、原生质体等，通过无菌操作，在人工控制条件下进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的其他产品的技术。（狭义）组织培养：指用植物各部分组织，如形成层、薄壁组织、叶肉组织、胚乳等进行培养获得再生植株，也指在培养过程中从各器官上产生愈伤组织的培养，愈伤组织再经过再分化形成再生植物。植物细胞组织培养范畴：2019/12/246原指植物在受伤之后于伤口表面形成的一团薄壁细胞，在组培中则指在离体培养过程中形成的具有分生能力的一团不规则细胞，多在植物体切面上产生。愈伤组织（callus）2019/12/247•外植体（explant）：在植物细胞组织培养中，由活体（invivo）植物体上取下来的，接种在培养基上无菌细胞、组织器官等用于离体培养的材料。胚轴花粉胚乳胚种子果实叶芽茎根组织原生质体子叶分生组织成熟组织花器子房苞片胚珠花药花梗花托叶柄幼苗2019/12/248二、植物组织培养的分类固体培养液体培养1.培养基固体培养液体培养2019/12/249二、植物组织培养的分类植株培养器官培养组织培养细胞培养原生质体培养2、组织培养按培养对象可分为（外植体）2019/12/24101.植株培养(plantculture)：对完整植株材料的培养。植株培养种子苗培养扦插苗培养2019/12/24112.器官培养(organculture):即离体器官的培养。器官培养根系培养茎段培养花器培养果实培养种子培养叶片培养根据作用和需要的不同，可以包括分离茎尖、茎段、根尖、叶片、叶原基、子叶、花瓣、雄蕊、雌蕊、胚珠、胚、子房、果实等外植体的培养。2019/12/24123.组织或愈伤组织培养(tissue，callusculture)：是对植物体的各部分组织进行培养，如茎尖分生组织、形成层、木质部、韧皮部、表皮组织、胚乳组织和薄壁组织等等；或对由植物器官培养产生的愈伤组织进行培养，二者均通过再分化诱导形成植株.组织培养分生组织培养薄壁组织培养输导组织培养2019/12/24134.细胞培养(cellculture)：是对由愈伤组织等进行液体振荡培养所得到的能保持较好分散性的离体单细胞或花粉单细胞或很小的细胞团的培养.细胞培养看护培养平板培养悬浮培养微室培养2019/12/24145.原生质体培养(proplastculture)：是用酶及物理方法除去细胞壁的原生质体的培养。原生质体培养非融合培养融合培养2019/12/2415三、植物组织培养的生理依据细胞全能性(celltotipotency)：植物体的每一个细胞都携带有一套完整的基因组，并具有发育成为完整植株的潜在能力。植物细胞的再生性——是指在植物中很多是靠种子生长来产生完整的植株，但也有不少可通过根、茎、叶等器官再生而成为完整的植株的特性。2019/12/2416三、植物组织培养的生理依据植物生长调节物质对于植物细胞组织的分化和决定具有关键性作用。它包括：生长素类、细胞分裂素类、赤霉素、脱落酸、乙烯等生长素类主要用于愈伤组织的形成，体细胞胚的产生及试管苗的生根。常用的有2,4-D、NAA、IBA、IAA等。其作用强弱为2,4-DNAAIBAIAA。细胞分裂素类则有促进细胞的分裂与分化，延迟组织的衰老，促进芽的产生等作用。常用的有Zip(异戊烯腺嘌呤)、KT、6-BA、ZT等作用强弱顺序为。ZipKT6-BAZT。赤霉素则有促进已分化的芽伸长生长，打破种子休眠的作用。常用的为GA3。2019/12/2417★植物细胞全能性（Cellulartotipotency）：任何具有完整细胞核的植物细胞，都拥有形成一个完整植珠所必须的全部遗传信息和发育成完整植株的能力。（Haberlandt,1902）四、植物组织培养的原理2019/12/2418细胞全能性证实？胡萝卜根韧皮部细胞悬浮培养体细胞胚完整小植株证实全能性1958年，Steward和Shantz诱导2019/12/24191.分化（differentiation）:细胞在分裂过程中发生结构和功能上的改变，从而在个体发育中形成各类组织和器官完成整个生活周期。2019/12/24202.脱分化(dedifferentiation):在细胞组织培养中，一个成熟细胞或分化细胞转变恢复分生能力成为分生状态的过程，即形成愈伤组织的过程。3.再分化(redifferentiation):植物的成熟细胞经历了脱分化后，即形成愈伤组织能再形成完整的植株，这一过程叫做脱分化。2019/12/2421初代培养继代培养生根培养驯化移栽4.植物组织培养一般过程2019/12/24225.初代培养：芽、茎段、叶片、花、器官等外植体在离体培养条件下诱导愈伤组织、侧芽或不定芽、胚状体过程2019/12/24236.继代培养：更换新鲜培养基来繁殖同种类型的材料（愈伤组织、芽）。2019/12/24247.生根培养：将芽苗转接到生根培养基上培养成为完整植株的过程。2019/12/24258.驯化移栽：组培苗经人工炼苗后移栽到驯化苗床上使之适应露地或保护地条件的过程。2019/12/2426绪论组织培养技术的蓬勃发展只是近50年的事，但它的整个历史可以追溯至19世纪末和上世纪初。第二节植物细胞组织培养发展简史2019/12/2427第二节植物组织培养发展简史植物组织培养与细胞培养开始于19世纪后半叶，当时植物细胞全能性的概念还没有完全确定，但基于对自然状态下某些植物可以通过无性繁殖产生后代的观察，人们便产生了这样一种想法即能否将植物体的一部分在适当的条件下培养成一个完整的植物体，为此许多植物科学工作者开始了培养植物组织的尝试。2019/12/2428第二节植物组织培养发展简史19世纪30年代，德国植物学家施莱登(M.J.Schleiden，1804—1881)和德国动物学家施旺(T.Schwann,1810—1882)创立了细胞学说：①细胞是有机体，一切动植物都是由单细胞发育而来，即生物是由细胞和细胞的产物所组成；②所有细胞在结构和组成上基本相似；③新细胞是由已存在的细胞分裂而来；④生物的疾病是因为其细胞机能失常。根据这一学说，如果给细胞提供和生物体内一样的条件，每个细胞都应该能够独立生活。对组织培养技术的诞生起到了极大的推动作用。2019/12/2429第二节植物组织培养发展简史植物组织培养发展简史可划分为三个阶段：一、探索阶段二、奠基阶段三、迅速发展阶段2019/12/2430第二节植物组织培养发展简史一、探索阶段（上世纪初至上世纪30年代中）1902年德国著名的植物生理学家和植物学家哈伯兰特（Haberlandt）在Schleiden和Schwann的细胞学说的推动下，提出了高等植物细胞全能性理论。它是植物组织培养的理论依据，对植物组织培养的发展起了先导作用。植物细胞全能性的理论：即植物的体细胞，在适当的条件下，具有不断分裂和繁殖，发育成完整植株的潜在能力。2019/12/24311904年，Hanning培养萝卜和辣根菜的胚成功；1912年，Haberlandt的学生科特（Kotte）和美国的罗布林（Robins）在根尖培养中获得了组织培养的成功。Kotte采用了无机盐、葡萄糖、蛋白胨、天冬酰胺，及添加各种氨基酸的培养基。Robins用含无机盐、葡萄糖或果糖的琼脂培养基，培养了长度为1.45-3.75cm的豌豆、玉米和棉花的茎尖，形成了一些缺绿的茎和根。Laibach（1925,1929）亚麻种间杂种胚培养成功，证明胚培养在植物远缘杂交上可利用；第二节植物组织培养发展简史2019/12/2432第二节植物组织培养发展简史二、奠基阶段（30年代中至50年代末）1934年美国的怀特（White）由番茄根建立了第一个活跃生长的无性繁殖系，并反复转移到新鲜培养基中继代培养，使根的离体培养实验获得了真正的成功，并在以后28年间培养了1600代。之后，White又以小麦根尖为材料，研究了光、温度、通气、pH值、培养基组成等各种培养条件对生长的影响，并于1937年建立了第一个组织培养的综合培养基，其成分均为已知化合物，包括3种B族维生素，即吡哆醇、硫胺素和烟酸，该培养基后来被定名为White培养基。2019/12/2433第二节植物组织培养发展简史与此同时，高特里特（Gautheret）(1934)在研究山毛柳和黑杨等形成层的组织培养实验中，提出了B族维生素和生长素对组织培养的重要意义，并于1939年连续培养胡萝卜根形成层获得首次成功。同年，White由烟草种间杂种的瘤组织，诺比考特（Nobecourt）由胡萝卜均建立了与上述类似的连续生长的组织培养物。2019/12/2434因此，Gautheret，White和Nobecourt一起被誉为组织培养学科的奠基人。我们现在所用的培养方法和培养基，基本上都是由这三位科学家建立的。他们三人的贡献在于：一是认识了B族维生素对植物生长的重要意义；二是发现了生长素是一种天然的生长调节物质。后来，White于1943年发表了《植物组织培养手册》专著，使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。第二节植物组织培养发展简史2019/12/2435第二节植物组织培养发展简史40年代斯库克（Skoog）和崔澂在烟草茎切段和髓培养以及器官形成的研究中发现，腺嘌呤或腺苷可以解除培养基中生长素(IAA)对芽形成的抑制作用，而能诱导形成芽，从而明确了腺嘌呤与生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件之一。即细胞分裂素与生长素比例高时，产生芽；这一比例低时，则形成根；相等则不分化，形成愈伤组织。——器官分化的植物激素控制理论2019/12/2436第二节植物组织培养发展简史50年代开始以后，组织培养研究日趋繁荣，10年当中引人注目的进展主要有7项：1952年，莫雷尔（Morel）和马丁（Martin）通过茎尖分生组织的离体培养，从已受病毒侵染的大丽花中首次获得无病毒植株；2019/12/2437第二节植物组织培养发展简史1953-1954年缪尔（Muir）把单细胞放在一张铺在愈伤组织上面的滤纸上培养，使细胞发生了分裂，即实施了看护接种技术，使单细胞培养获得初步成功。1955年米勒（Miller）等人发现了激动素（kinetin）。不久即知道激动素可以代替腺嘌呤促进发芽，并且效果可增加3万倍。2019/12/2438第二节植物组织培养发展简史1957年，Skoog和Miller提出植物激素控制器官形成的概念；上述控制器官分化的激素模式变为激动素与生长素的比例关系。这方面的成功发现，有力地推动了植物组织培养的发展。2019/12/2439第二节植物组织培养发展简史1958年，美国植物学家斯图尔德（Steward）等人，用胡萝卜根韧皮部的细胞进行培养，得到了完整植株，并且这一植株能够开花结实，首次证实了Haberlandt在五十多年前关于细胞全能性的预言；1958年，Wickson和Thimann指出，应用外源细胞分裂素CTK可促成在顶芽存在的情况下打破腋芽的