植物的组织培养(上课用)

专题3植物组织培养技术课题1菊花的组织培养•什么是细胞分化？细胞分化的原因和结果？•愈伤组织是怎样形成的？有什么特点？•组织培养的过程？以及组织培养的理论基础？•脱分化、再分化？•影响组织培养的因素？•菊花组织培养的过程，及注意的问题？阅读提示：一、基础知识课题1：菊花的组织培养（1）细胞的分化①概念：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构、生理功能上发生稳定性差异的过程②过程：1、植物的组织培养的基本过程③特点：（2）稳定性：（1）持久性：一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡（3）普遍性：⑤原因：基因在特定的时间和空间条件下的选择性表达的结果④结果：形成不同的细胞和组织（2）细胞的全能性①定义：已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能②原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因高度特化的动物细胞，从整个细胞来说，全能性受到限制。但它的细胞核仍然保持着全能性，这是因为细胞核内含有该物种遗传性所需要的遗传物质已分化的植物细胞，仍具有全能性③实例受精卵生殖细胞体细胞④全能性的比较:（3）植物组织培养细胞离体①必要条件：一定的营养物质、激素和其他外界条件②原理:细胞的全能性外植体：离体的器官、组织、细胞③相关概念:脱分化：再分化：细胞排列疏松而无规则,是高度液泡化的、成无定形状态的薄壁细胞由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程。也叫去分化脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官的过程愈伤组织:人参的愈伤组织菠萝的愈伤组织④基本过程：离体器官、组织或细胞脱分化愈伤组织再分化根、芽植物体二、影响植物组织培养的因素（1）植物材料的选择烟草和胡萝卜的组织培养较为容易枸杞愈伤组织的芽诱导比较难B、同一植物材料的年龄、保存时间的长短会影响实验结果菊花的组织培养一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝A、植物材料的选择直接关系到实验的成败（2）不同的离体组织和细胞对营养、环境等条件的要求相对特殊，需配置适宜的培养基MS培养基主要成分包括：A、大量元素:N、P、S、K、Ca、Mg等B、微量元素:B、Mn、Cu、Zn、Fe、Mo、I、Co等C、有机物、植物激素大量元素和微量元素提供植物细胞生活所必需的无机盐；蔗糖提供碳源，维持细胞渗透压；甘氨酸、维生素等物质主要是为了满足离体植物细胞在正常代谢途径受到一定影响后所产生的特殊营养需求。①、MS培养基中各种营养物质的作用是什么？③、高等植物是光能自养型生物，为什么在植物组织培养过程中还需要提供有机物培养基？②.同微生物培养基相比，MS培养基的配方有哪些明显的不同？微生物培养基以有机营养为主。与微生物的培养不同，MS培养基则需提供大量无机营养，无机盐混合物包括植物生长必须的大量元素和微量元素两大类。此时的组织或细胞为离体的，细胞所生活的环境为液体有机物营养环境，而不能体现其整个植物体的光能自养。思考①常用的植物激素：生长素、细胞分裂素和赤霉素生长素类：2，4－二氯苯氧乙酸（2，4－D）、吲哚乙酸（IAA）、萘乙酸（NAA）、吲哚丁酸（IBA）细胞分裂素类：激动素（KT）、6－苄基嘌呤（6－BA）、玉米素（ZT）赤霉素类：赤霉酸（GA3）（3）植物激素的影响植物激素：植物激素中（）和（）是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性因素。植物激素的（）、（）以及（）等，都会影响实验结果激素使用的先后顺序及其用量比例对细胞分裂和分化有哪些影响？生长素细胞分裂素浓度使用的前后顺序用量的比例②按照不同的顺序使用这两类激素，会得到不同的实验结果。使用顺序实验结果先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂又分化同时使用分化率提高思考：以下培养基出现的现象反应了什么问题？③当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。生长素用量比细胞分裂素用量植物细胞的发育方向比值高时有利于根的分化、抑制芽的形成比值低时有利于芽的分化、抑制根的形成比值适中时促进愈伤组织的生长（4）环境因素：（）等条件也能影响植物组织培养。菊花组织培养，一般PH控制在（）；温度控制在（）℃；每天用日光灯照射（）小时。pH、温度、光照5.818~2212影响植物组织培养的因素:营养：矿质元素：大量元素，微量元素植物激素：细胞分裂素，生长素环境条件：适宜光照、温度、PH外因内因：植物种类，同一种植物材料的年龄、保存时间的长短，有机物：蔗糖、氨基酸等三、植物组织培养过程:离体组织或细胞植物体脱分化细胞分裂素≈生长素愈伤组织芽根细胞分裂素生长素细胞分裂素生长素再分化植物细胞培养不需要光需要光•胚状体：具有胚根和胚芽的结构•胚状体包裹着人工胚乳和人工种皮可以制成人工种子。1、培育无病毒植株2、培养紫草愈伤组织,提取紫草素（治疗烫伤和割伤的药物以及染料和化妆品的原料）4、基因工程中亦需用到植物组织培养的方法四、植物组织培养的应用：3、诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状结构，包裹上人造种皮，制成人工种子，可以解决有些作物品种繁殖能力差，结子困难或发芽率低等问题同常规的无性繁殖方法相比，组织培养快速繁殖法主要具有以下优点：（1）快速。采用常规的方法如分株法，一棵花卉一年一般只能生产几株或几十株，但用组织培养的方法则每年可以繁殖出几万甚至数百万的小植株。（2）周年生产。花卉组织培养快速繁殖是在实验室中进行，因条件可控，所以不受季节限制，可以全年进行连续生产。而常规的无性繁殖则受季节限制，只能在花卉生长季节进行繁殖。（3）经济效益高。花卉组织培养快速繁殖所需要的空间小，在一个200平方米的培养室内一年可生产试管苗上百万株。如按每株1元计算，每年产值上百万元。（4）以组织培养繁殖的种苗与母株有着相同的遗传基因。所以使用这项技术可让优良的品种不断地延续。组织培养与常规繁殖相比优点众多制备MS固体培养基外植体消毒接种培养栽培五、实验操作移栽冲洗—酒精—无菌水冲洗—氯化汞—无菌水冲洗至少三次之上配制各种母液配制培养基灭毒五、实验操作（一）制备MS固体培养基MS培养基包括20多种营养成分，实验室一般使用4。C保存配制好的培养基母液来制备1、配置各种母液MS固体培养基成分及比例①无机物中大量元素浓缩10倍，微量元素浓缩100倍，常温保存②激素类、维生素类以及用量较小的有机物一般可按1mg/ml的质量浓度单独配制成母液③用母液配制培养基时，需要根据各种母液的浓缩倍数，计算用量2、配置培养基分装到锥形瓶中，每瓶分装50ml或100ml①配制培养液②调PH③培养基的分装由于菊花的茎段的组织培养比较容易，因此不必添加植物激素3、灭菌分装好的培养基连同其他器械一起进行高压蒸汽灭菌1、选材：菊花茎段，取生长旺盛的嫩枝（二）外植体消毒2、消毒①流水冲洗菊花茎段用流水冲洗后可少许洗衣粉，用软刷轻轻刷洗，刷洗后在流水下冲洗20min左右②酒精处理用无菌吸水纸吸干外植体表面的水分，放入体积分数为70％的酒精中摇动2－3次，持续6－7s，立即将外植体取出，在无菌水中清洗③消毒液处理取出后用无菌吸水纸吸干外植体表面的水分，放入质量分数为0.1％的氯化汞溶液中1－2min，取出后在无菌水中至少清洗3次，漂净消毒液（三）接种污染的主要来源是空气中的细菌和孢子，接种室消毒是至关重要的。用70％的酒精喷雾使空气消毒，酒精或新洁尔灭搽洗工作台并用紫外线照射20分钟1、接种室消毒2、无菌操作要求操作要在酒精灯火焰旁完成，每次使用器械后，都需要用火焰灼烧灭菌，接种后立即盖好瓶盖。3、材料的切取和接种4、接种注意事项①每接种一块外植体前，镊子需放入体积分数为70％的酒精溶液中消毒一次，然后在酒精灯火焰上烧一遍，冷却后再接种②外植体在培养基中要分布均匀，放置外植体数量根据锥形瓶的大小确定，一般胡萝卜3－4块，菊的茎或叶6－8块，也不要太少，以充分利用培养基中的营养成分和光照条件③插入时应注意方向，不要倒插。茎段、茎尖基部插入培养基利于吸收水分和养分思考：你打算做几组重复？你打算设置对照实验吗？答：每种材料或配方至少要做一组以上的重复。设置对照实验可以取用一个经过灭菌的装有培养基的锥形瓶，与接种操作后的锥形瓶一同培养，用以说明培养基制作合格，没有被杂菌污染。（四）培养1、愈伤组织的培养从接种外植体到出现愈伤组织需经过2周时间。2周之内可以看到外植体上逐渐长出乳白色或黄白色的瘤状愈伤组织。首次培养愈伤组织时，恒温箱的门应该关闭不必见光，因为在无光条件下愈伤组织长的更快。2周后，培养基成分接近耗尽，必须更换培养基，进行继代培养.继代培养所用的培养基与培养愈伤组织的相同，在严格的无菌条件下，将愈伤组织连同原来的外植体一起移到新培养基上。愈伤组织的继代培养一代为20d。如果延长时间，培养基中营养物质减少，外植体会分泌有毒物质，造成自身中毒。如果愈伤组织长到直径为1－1.5cm时，就可以进行试管苗培养，否则还需进行第二代继代培养.2、愈伤组织的继代培养在愈伤组织继代培养期间，将恒温箱的门打开，让愈伤组织见光，愈伤组织见光后颜色可以转为绿色.3、试管苗的培养当愈伤组织长到一定大小后，可以更换培养基，进行试管苗的见光培养.（五）移栽移栽生根的菊花试管苗之前，应先打开培养瓶的封口膜，让试管苗在培养间生长几日.1、打开封口膜2、清洗转移用流水清洗根部的培养基，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境下生活一段时间.固体基质型，含水量高、蓄水性强、透性好，适合栽培珍珠岩,珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩。蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。（六）栽培3、移栽幼苗长壮后，移栽到土壤中.幼苗移栽后，每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花.1、培养基的灭菌（高压蒸汽灭菌）2、外植体的消毒（酒精、氯化汞）3、接种的无菌操作（酒精、酒精灯——灼烧）4、无菌箱中的培养；5、移栽到消过毒的环境中生存一段时间。在整个操作过程中，是如何来实现无菌环境的？1、外植体带菌2、培养基及接种器具灭菌不彻底3、接种操作时带入4、环境不清洁结合录像外植体灭菌与接种操作，谈谈组织培养污染的主要途径及怎样预防污染？污染的预防措施（一）防止外植体带菌（二）保证培养基及接种器具彻底灭菌（三）操作人员严格遵守无菌操作规程（四）保证接种与培养环境清洁结果分析与评价•1、外植体被污染的原因：•（1）材料的选取应加以选择，老的材料比幼嫩的材料带菌多，田间比温室生长的材料带菌多。•（2）消毒材料不彻底，植物组织只能进行表面灭菌，对材料内部所带的细菌、霉菌等杂菌往往难以对付，可在培养基中添加抗生素解决。•（3）人为污染，如使用未消毒工具或呼吸排出细菌；手接触材料或器皿边缘，使用过的工作器具未消毒而再继续使用，造出交叉污染；接种室空气污染等。本课题内容小结菊花组织培养基础知识实验操作植物体的组织培养影响组织培养的因素细胞分化细胞全能性组织培养过程营养激素环境条件MS固体培养基制备外植体消毒接种培养移栽栽培作业：P361、在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作。2、在选取菊花茎段是，为什么要选取生长旺盛的嫩枝？外植体的生理状态是成功进行组织培养的重要条件之一。生长旺盛的嫩枝生理状况好，容易诱导脱分化和再分化。植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，对培养条件的要求较高。用于植物组织培养的培养基同样适合于某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。而培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。练习1、下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：（1）①表示__________________，它能被培养成为④的根本原因是______________________________________。（2）②表示____________，它与①相比分化程度__________，全能