植物发育生物学1

植物发育生物学Plantdevelopmentalbiology董娜（生命科技学院）[e-mail]黄学林著，科学出版社，2012崔克明著，北京大学出版社，2007第一章绪论1.什么是植物发育生物学？2.为什么……？3.怎么样……？什么是植物发育生物学？被子植物发育过程植物发育生物学是从分子生物学、生物化学、细胞生物学、解剖学和形态学等不同水平上，利用多种实验手段研究植物体的外部形态和内部结构的发生、发育和建成的细胞学和形态学过程及其细胞和分子生物学机理的科学。是研究植物生长发育及其遗传控制的科学。一、基本概念二、植物的生长发育与动物的不同1.动物在胚胎发育中其组成细胞可移动位置，植物的则不能移动，细胞间彼此联结很紧密。如：动物原肠胚的形成。2、动物细胞通常没有细胞壁，植物则有，因此植物细胞死后仍保持一定的形态，死细胞和活细胞共同组成植物体。3、植物细胞比动物细胞更容易表现出全能性，容易在人工培养条件下发育成新的个体。动物克隆技术——多利羊代理妈妈与克隆小猫一张关于克隆人的宣传画植物组织培养过程牡丹成熟胚的离体培养与快速繁殖矮牵牛茎尖离体培养培养微型月季茎段离体培养花烛叶片离体快速繁殖大蒜根尖培养及植株再生转基因植物抗虫性对比。种植转基因抗虫农作物，可以少施或不施农药，有利于减少农药残留和环境污染。Goldenrice富含多种维生素的玉米转基因胡萝卜可预防乙肝带有胰岛素基因的生菜转基因矮牵牛转基因蓝玫瑰正确看待转基因农产品对于转基因农产品，目前在全球有不少反对声音，主要是担心人食用转基因农产品后对人类自身的基因有改变或破坏物种平衡。但从转基因农作物三十多年的培养食用史来看，并没有确凿的证据支持这些担心。因此可以认定是十分安全的。而且这些反对者几乎都是非生命科学领域的外行人士。4、动物胚胎发育完成后几乎是全面地生长，成熟动物体中不在特定部位保留干细胞群，不再增加新的器官和组织。植物则是在特定部位保留有分生组织细胞群，形成局部生长，一生中不断形成新的器官和组织。5、动物在环境中是可以自由移动的，植物则不能主动移动。6、动物的减数分裂发生于形成配子体时，只有二倍体的动物体，没有单倍体的动物体，因此没有世代交替。而高等植物的减数分裂发生于形成孢子时，既有二倍体的体物体，也有单倍体的植物体，两种植物体交互出现形成世代交替。苔藓植物葫芦藓的生活史蕨类植物的生活周期1、植物的生长与分化•生长：细胞数量的增加和体积的增大。•分化：产生新的不同于母细胞的新的细胞，如由形成层原始细胞分化成木质部细胞或韧皮部细胞。•实际上，植物体的发育就是各种分生组织不断形成新的器官和新的组织的过程，所以各种分生组织的活动式样及其调控是植物发育生物学研究的主要内容。三、植物发育生物学的研究范围•极性（Polarity)•极性：植物体具有特定的方向性，即具有明显的两极，或者说“轴化”的特性。•例如：•-高等植物从受精卵开始就有极性，一端无细胞核而有大的液泡，细胞质稀薄，而另一端则具有大的细胞核，无大的液泡且细胞质浓厚。•-植物体都具有“体轴”，其两端在结构和生理上都不同，即分为茎端和根端。2.植物发育中的一些现象极性的建立EarlydevelopmentofFucus•极性不是植物固有的特性•是在不对称环境因素的作用下形成的，如单侧光照、重力或pH梯度等单细胞生物－衣藻（Chlamydomonas)的极性35多细胞个体海带的极性在湖北发现的水杉王的极性•位置效应(positionaleffects)•位置效应：细胞或细胞群在整个植物体中的位置就决定了他们在分化中的命运。•例如，胚胎的上端发育成茎叶，下端发育成根。•再如，维管形成层只有处在木质部和韧皮部之间才保持活动，一旦暴露在外就失去了形成层的特征。•再生作用(Regeneration)•再生作用：当植物体受伤后，很容易重新生长出失去的部分，或可由植物体的一部分形成完整的植物体。•例如：扦插技术，嫁接技术，组织培养。•相关和对称(CorrelationandSymmetry)•相关：植物生长发育中，各种器官、组织间及各种生理过程间都不是孤立的，而是互相关联的。•如：营养芽和根之间、营养生长和生殖生长之间。•对称：无论植物体还是动物体，都有一个对称轴、面或几何中心，其周围的结构都成对称排列。•如：辐射对称、两侧对称、腹背对称。四、植物发育生物学的发展简史•1759年，Wolff，《发生论》，茎叶的生长是由于没有分化的顶端生长不断发育，这种发育过程不是已形成结构的展开，而是由于胚性细胞的不断分化。•Nageli(1817-1891)，对生长点分生组织的概念予以注意。•18C，Hamel(1700-1781),发现在木本植物和一些老的草本植物的软硬组织之间有一种胶质状的结构，它使植物体长粗，并称之为cambium。•Herman，1878年，《植物的器官发生》，深入全在地讨论了极性现象、分化和再生作用等问题，并初步勾画了植物发育生物学所涉及的范畴。•Haberlandt，1902年，预言离体细胞在合适的培养条件下能够像受精卵那样发育成完整的植株。•Steward，1950年，将胡萝卜根中的韧皮部薄壁细胞在分离的单细胞状态下培养成功。•1958年，Muir和Steward，同时用实验证实了这一预言。•20C，50-60年代，发育解剖学•70-80年代，植物形态发生•90年代，植物发育生物学•21C，与世界接轨。为什么学习植物发育生物学？——植物发育生物学和生产实践的关系1、用于增加新优品系或株系的繁殖（细胞、组培、扦插等）。2、用于植物育种。3、利用光周期控制观赏植物或育种中杂交植株的开花期。4、用于微缩植物的培养。5、用于培养获得所需的组织或器官。6、用于中药材的工业化。7、用于研究花芽形成的规律以控制其发生发育。8、用于指导林业生产，研究形成层发生与活动的规律及影响的因素，以利于林业的科学管理，培育适合生产要求的树种，选择合适的生产技术。当今世界亟待解决的五大难题：人口、食物、能源、环境、健康如何以低能消耗、在有限的土地上获取人类所需的食物、优化环境、有益于人类健康……植物发育生物学的研究成果是直接或间接的影响人类面临的重大问题的解决。怎么样学习和研究植物发育生物学？细胞和组织培养系统其优越性是在人工控制之下进行，发生发育的条件便于调节；缺点是缺乏体内一些组织发育所需要的位置效应，因此难于研究特定组织的发育。损伤系统（切割实验、剥皮和去木质部实验等）形成层发生和活动顶端分生组织分区及活动维管组织分化扦插和嫁接掀起树皮条和螺旋环剥试验（国际上常用的两种损伤系统）损伤系统：去木质部再生（构树去木质部试验）构树去木质部1年后形成的树干状结构构树去木质部后1年后形成的树干状结构整体系统利用正常发育的植物体研究植物的发育。正常胚胎发育过程正常营养器官发育过程正常形成层活动周期的研究突变体系统利用自然发生和人工诱导发生的突变体研究突变基因的结构及其在植物体发育过程中的功能和调控。