细胞工程_植物组织与细胞培养ppt课件

1、L/O/G/O第十二章第十二章 植物组织和细胞培育植物组织和细胞培育 第一节第一节 植物组织与细胞培育原理植物组织与细胞培育原理 第二节第二节 植物离体无性繁衍植物离体无性繁衍 第三节第三节 无病毒植物培育无病毒植物培育 第四节第四节 植物细胞培育植物细胞培育 第五节第五节 植物突变体的获得植物突变体的获得主要内容主要内容 植物组织与细胞培育的定义植物组织与细胞培育的定义 定义：从植物体分别植物的器官、组织或细定义：从植物体分别植物的器官、组织或细胞，在无菌条件下接种于人工配制的培育基胞，在无菌条件下接种于人工配制的培育基上，使其细胞分裂、增殖、分化、发育，直上，使其细胞分裂、增殖、分化、发育

2、，直至构成完好植株的过程。至构成完好植株的过程。 始于始于2020世纪世纪6060年代年代 实际根底：植物细胞具有全能性。实际根底：植物细胞具有全能性。研讨意义和运用前景研讨意义和运用前景 组织分化与形状建成等实际问题组织分化与形状建成等实际问题 快速繁衍与去除病毒快速繁衍与去除病毒 花药培育与单倍体育种花药培育与单倍体育种 幼胚培育与试管受精幼胚培育与试管受精 抗性突变体的挑选与体细胞无性系变异抗性突变体的挑选与体细胞无性系变异 悬浮细胞培育与次生物质消费悬浮细胞培育与次生物质消费 超低温种质保管超低温种质保管第一节第一节 植物组织与细胞培育原理植物组织与细胞培育原理一、植物细胞全能性及分化

3、一、植物细胞全能性及分化 ( (一一) )植物细胞全能性植物细胞全能性 ( (二二) )植物细胞分化植物细胞分化 ( (三三) )离体条件下植物细胞的分化离体条件下植物细胞的分化二、植物体细胞胚胎发生二、植物体细胞胚胎发生 ( (一一) )胚状体发生特点胚状体发生特点 ( (二二) )胚状体发生途径胚状体发生途径 ( (三三) )体细胞胚胎的来源体细胞胚胎的来源 ( (四四) )体细胞胚胎的生殖隔离体细胞胚胎的生殖隔离 ( (五五) )体细胞胚胎的遗传稳定性和变异体细胞胚胎的遗传稳定性和变异性性一植物细胞全能型一植物细胞全能型1902 Haberlandt German Botanist th

4、e father of plant tissue culture was given credit for the idea of totipotencyhe did not know that the dedifferentiation of a cell into a meristematic state requires the presence of plant growth regulators. 一、植物细胞全能性及分化一、植物细胞全能性及分化 1958年，美国年，美国Steward和德国和德国Reinert等从胡萝卜等从胡萝卜根组织单细胞悬浮培育中获得了再生植株，给细根组织单细胞

5、悬浮培育中获得了再生植株，给细胞全能性实际以科学的论证。胞全能性实际以科学的论证。 发现胚状体发现胚状体(embryoid)或体细胞胚或体细胞胚(somatic embryo): 体细胞在形状上可转变为与合子胚体细胞在形状上可转变为与合子胚(zygotic embryo)类似的构造，其发育过程也与合类似的构造，其发育过程也与合子胚类似，因此称为胚状体子胚类似，因此称为胚状体(embryoid)。 体细胞胚胎发生是细胞全能性表达最完全的一种体细胞胚胎发生是细胞全能性表达最完全的一种方式。方式。 植物细胞全能性定义植物细胞全能性定义* * 植物细胞全能性是指每个活细胞都具有该植物的植物细胞全能性是

6、指每个活细胞都具有该植物的全套遗传信息，与合子一样，具备发育成完好植全套遗传信息，与合子一样，具备发育成完好植株的潜能株的潜能 细胞全能性的实现经过三个途径：细胞全能性的实现经过三个途径：A循环循环(生命周生命周期期)，B循环循环(细胞周期细胞周期)，C循环循环(组织培育周期组织培育周期)。二植物细胞分化二植物细胞分化 在细胞出现形状构造的分化之前，生理生化的在细胞出现形状构造的分化之前，生理生化的分化早已发生和进展了。分化早已发生和进展了。 细胞分化本质是基因差别表达的结果。细胞分化本质是基因差别表达的结果。 表现为：内部生理变化和外部形状变化。表现为：内部生理变化和外部形状变化。 普遍存在

7、于植物界。普遍存在于植物界。低等植物细胞分化景象低等植物细胞分化景象 藻类植物：藻类植物： 单细胞植物体无分化。单细胞植物体无分化。多细胞植物体自绿藻门空球藻属开场出现营养作多细胞植物体自绿藻门空球藻属开场出现营养作用与繁衍作用的细胞分化。用与繁衍作用的细胞分化。海带：内部有表皮、皮层、髓细胞的分化，外形海带：内部有表皮、皮层、髓细胞的分化，外形也有带片、柄、假根的分化。也有带片、柄、假根的分化。 细菌：营养细胞和芽孢。细菌：营养细胞和芽孢。 真菌：性别差别孢子。真菌：性别差别孢子。高等植物细胞分化景象高等植物细胞分化景象 分化远比低等植物更复杂分化远比低等植物更复杂 分化从合子第一次分裂开场

8、：胚细胞顶细分化从合子第一次分裂开场：胚细胞顶细胞和柄细胞基细胞胞和柄细胞基细胞 分化是进化的表现。分化是进化的表现。 三离体植物细胞的脱分化和再分化三离体植物细胞的脱分化和再分化* * 脱分化脱分化Dedifferentiation：指已分化的细胞失去其分化：指已分化的细胞失去其分化特征，回复到分生组织形状，即胚性细胞形状。特征，回复到分生组织形状，即胚性细胞形状。 愈伤组织愈伤组织Callus：指脱分化后的细胞经过细胞分裂构：指脱分化后的细胞经过细胞分裂构成的一团无特定构造和功能的松散的薄壁细胞团。成的一团无特定构造和功能的松散的薄壁细胞团。 继代培育时，将原培育物经切割或不切割转移到新的

9、继代培育时，将原培育物经切割或不切割转移到新的培育基中的资料，称为外植体培育基中的资料，称为外植体 explant 再分化再分化Redifferentiation：指已脱分化的组织或细胞在：指已脱分化的组织或细胞在特定的离体条件下，重新恢复细胞分化才干，构成各特定的离体条件下，重新恢复细胞分化才干，构成各种不同类型细胞的过程。种不同类型细胞的过程。分化、脱分化与再分化过程分化、脱分化与再分化过程 胚性细胞胚性细胞 完好植株完好植株 多细胞团多细胞团形状建成形状建成生生 长长分分 裂裂分分 化化完好植株完好植株 成熟细胞成熟细胞分生细胞分生细胞多细胞团多细胞团形状建成形状建成脱分化脱分化分裂分裂

10、再分化再分化生长生长植物组织体外培育过程植物组织体外培育过程外植体在离体条件下培育，经脱分化、愈伤组织构外植体在离体条件下培育，经脱分化、愈伤组织构成在再分化构成各器官的过程，分为三个时期：成在再分化构成各器官的过程，分为三个时期： 诱导期：是细胞分裂的预备期。诱导期：是细胞分裂的预备期。 分裂期：细胞从开场分裂到继续分裂。分裂期：细胞从开场分裂到继续分裂。 分化期：是愈伤组织构成到器官构成。分化期：是愈伤组织构成到器官构成。体外培育植物组织分化过程体外培育植物组织分化过程组织分化是在细胞分化根底上进展的。组织分化是在细胞分化根底上进展的。培育物中分化出：拟分生组织和维管组织培育物中分化出：拟

11、分生组织和维管组织二者之间能发生一定的联络，并能够导致器官原基二者之间能发生一定的联络，并能够导致器官原基的构成。的构成。拟分生组织又称分生组织结节，是分化期明显而突拟分生组织又称分生组织结节，是分化期明显而突出的特征。出的特征。分生组织结节及维管组织结节是可塑的：可构成芽分生组织结节及维管组织结节是可塑的：可构成芽原基，也可构成根原基。原基，也可构成根原基。植株再生的两种途径植株再生的两种途径 一种是根芽器官直接分化成植株，即器官发生途一种是根芽器官直接分化成植株，即器官发生途径径 一是产生具有胚芽、胚根的胚状体构造再构成植一是产生具有胚芽、胚根的胚状体构造再构成植株，即体细胞胚胎发生株，即

12、体细胞胚胎发生 均以细胞分化为根底均以细胞分化为根底由外植体叶培育经愈伤组织及胚状体再生植株由外植体叶培育经愈伤组织及胚状体再生植株 影响脱分化和分化的要素影响脱分化和分化的要素1 1、影响培育植物细胞脱分化的要素、影响培育植物细胞脱分化的要素生理或机械隔离生理或机械隔离- -细胞组织脱离整体影响细胞组织脱离整体影响 培育细胞的异质性培育细胞的异质性- -细胞类型不同细胞类型不同生长调理剂的影响生长调理剂的影响- -生长素生长素 光线的影响光线的影响- -弱光，暗培育弱光，暗培育2、影响维管组织分化的要素、影响维管组织分化的要素细胞分化研讨的重点是维管组织分化，特别是木质细胞分化研讨的重点是维

13、管组织分化，特别是木质部分化。部分化。导管分子已成为研讨细胞分化的一个方式系统：容导管分子已成为研讨细胞分化的一个方式系统：容易发生，易被染色和标志，识别和计量。易发生，易被染色和标志，识别和计量。影 响 维 管 组 织 分 化 的 主 要 要 素 包 括 ：影 响 维 管 组 织 分 化 的 主 要 要 素 包 括 ：生长调理剂生长调理剂 糖类物质糖类物质 1955年年Wetmore等在洋丁香未分化的等在洋丁香未分化的 愈伤组织上嫁接了营愈伤组织上嫁接了营养芽，培育后在芽基部周围产生了零星分布的细胞团，之养芽，培育后在芽基部周围产生了零星分布的细胞团，之后由它们进一步分化构成了维管组织。后由

14、它们进一步分化构成了维管组织。芽在生长时合成了生长素，芽在生长时合成了生长素，诱导了维管组织的分化诱导了维管组织的分化生长调理剂生长调理剂 低浓度生长素能刺激木质部生长。低浓度生长素能刺激木质部生长。 生长素浓度与木质部发生频率之间存在一种反生长素浓度与木质部发生频率之间存在一种反比关系。比关系。 细胞分裂素对木质部分化的影响，主要是对生细胞分裂素对木质部分化的影响，主要是对生长素起协调和增效作用。长素起协调和增效作用。糖类物质糖类物质 生长素对维管组织分化所起的作用在很大程度生长素对维管组织分化所起的作用在很大程度上取决于糖的存在。上取决于糖的存在。 低浓度生长素存在条件下，愈伤组织构成木质

15、低浓度生长素存在条件下，愈伤组织构成木质部分和韧皮部分的相对量，可经过蔗糖浓度改部分和韧皮部分的相对量，可经过蔗糖浓度改动而改动。动而改动。二、植物体细胞胚胎发生( (一一) ) 体细胞胚胎发生特点体细胞胚胎发生特点( (二二) ) 体细胞胚胎发生途径体细胞胚胎发生途径胚状体胚状体 / / 体细胞胚体细胞胚 不定胚不定胚 / / 无性胚无性胚一体细胞胚胎发生特点一体细胞胚胎发生特点体细胞胚状体发生的特点：体细胞胚状体发生的特点：胚状体是离体培育的产物，是细胞脱分化产生的，胚状体是离体培育的产物，是细胞脱分化产生的，具有胚胎发生才干。具有胚胎发生才干。来源于非合子细胞。来源于非合子细胞。发育过程

16、与合子胚类似，也阅历球形期、心形期、发育过程与合子胚类似，也阅历球形期、心形期、鱼雷期和子叶期等阶段。鱼雷期和子叶期等阶段。如何鉴别胚状体和芽？如何鉴别胚状体和芽？胚状体具两极性。在其发育的早期阶段，即在方向胚状体具两极性。在其发育的早期阶段，即在方向相反的两端分化出茎端和根端。相反的两端分化出茎端和根端。在组织学上，胚状体的维管组织与母体植物或外植在组织学上，胚状体的维管组织与母体植物或外植体的维管组织通常没有联络。胚状体维管组织呈独体的维管组织通常没有联络。胚状体维管组织呈独立的立的“Y字形字形 。胚胚A,D,F与芽与芽(B,C,E)的下端在解剖学上的差别的下端在解剖学上的差别 体细胞胚的

17、发生与器官发生体细胞胚的发生与器官发生 诱导体细胞胚胎发生与诱导器官发生比较有何特点？诱导体细胞胚胎发生与诱导器官发生比较有何特点？具有两极性具有两极性- -胚根和胚芽。胚根和胚芽。存在生理隔离存在生理隔离- -与母体或外植体联络少。与母体或外植体联络少。遗传性相对稳定遗传性相对稳定- -变异小于器官发生途径的。变异小于器官发生途径的。重演受精卵形状发生的特性重演受精卵形状发生的特性- -细胞全能性表达最完全。细胞全能性表达最完全。魔芋的体细胞胚魔芋的体细胞胚mature somatic embryo of Abies nordmanniana高加索冷杉高加索冷杉 二体细胞胚发生途径二体细胞胚

18、发生途径胚状体可从离体培育的各种外植体上直接或间接胚状体可从离体培育的各种外植体上直接或间接地发生。大致分为五种：地发生。大致分为五种： 直接从器官外植体上发生直接从器官外植体上发生 愈伤组织发生愈伤组织发生 悬浮培育细胞发生悬浮培育细胞发生 单倍体细胞发生单倍体细胞发生 由原生质体发生由原生质体发生E由单个游离细胞直由单个游离细胞直接产生胚状体接产生胚状体A由外植体的外层细由外植体的外层细胞直接产生胚状体胞直接产生胚状体B由外植体组织内部由外植体组织内部的细胞产生胚状体的细胞产生胚状体C由愈伤组织的表层由愈伤组织的表层细胞产生胚状体细胞产生胚状体D D由胚性细胞复合体由胚性细胞复合体的外表细

19、胞产生胚状体的外表细胞产生胚状体石龙芮幼苗下胚轴胚状体发生过程石龙芮幼苗下胚轴胚状体发生过程 幼苗下胚幼苗下胚轴产生许轴产生许多胚状体多胚状体 产生胚状产生胚状体的表皮体的表皮细胞细胞心形胚状体心形胚状体 已分化子叶、已分化子叶、胚根及原构成胚根及原构成层的胚状体层的胚状体 愈伤组织发生是胚状体发生最常见的一种方式愈伤组织发生是胚状体发生最常见的一种方式愈伤组织外表和内部细胞均可产生胚状体。愈伤组织外表和内部细胞均可产生胚状体。悬浮培育细胞发生构成的胚状体数量非常大。悬浮培育细胞发生构成的胚状体数量非常大。单倍体细胞发生单倍体细胞发生 指小孢子或大孢子细胞培育产生胚状体。指小孢子或大孢子细胞培

20、育产生胚状体。 其中经过花药或花粉培育，由小孢子诱导胚状其中经过花药或花粉培育，由小孢子诱导胚状体发生常见，体发生常见， 也是胚状体发生数量较大的一种也是胚状体发生数量较大的一种方式方式由原生质体发生由原生质体发生 植物原生质体，再生细胞壁，分裂，细胞团，植物原生质体，再生细胞壁，分裂，细胞团， 构成胚状体。构成胚状体。 三体细胞胚胎的来源三体细胞胚胎的来源 绝大多数体细胞胚来源于单细胞绝大多数体细胞胚来源于单细胞 体细胞胚发生的本质是细胞分化，即细胞在离体体细胞胚发生的本质是细胞分化，即细胞在离体培育条件下，诱导部分基因开放，实现遗传信息培育条件下，诱导部分基因开放，实现遗传信息的表达的表达

21、 只需细胞与周围组织间存在生理上的隔离时，全只需细胞与周围组织间存在生理上的隔离时，全能性才干表达。生理隔离是体细胞胚发生的先决能性才干表达。生理隔离是体细胞胚发生的先决条件。条件。 胚性细胞能否进一步分化和发育成体细胞胚，除胚性细胞能否进一步分化和发育成体细胞胚，除了培育诱导条件的影响外，细胞间的相互作用与了培育诱导条件的影响外，细胞间的相互作用与竞争是重要要素。竞争是重要要素。四体细胞胚胎的生殖隔离四体细胞胚胎的生殖隔离五体细胞胚胎的遗传稳定性和变异性五体细胞胚胎的遗传稳定性和变异性 体细胞胚发生途径构成再生植株是相对稳定的体细胞胚发生途径构成再生植株是相对稳定的( (由于只需未经过畸变的

22、细胞才干构成体细胞由于只需未经过畸变的细胞才干构成体细胞胚胚) ) 稳定性是相对的，发生过程中同样出现广泛的稳定性是相对的，发生过程中同样出现广泛的变异。变异效率与培育资料继代次数正相关。变异。变异效率与培育资料继代次数正相关。 多种资料离体培育均察看到变异。多种资料离体培育均察看到变异。植物离体无性繁衍简称离体微繁植物离体无性繁衍简称离体微繁in vitro propagation，微型繁衍微型繁衍micropropagation或快速无性繁衍或快速无性繁衍rapid clone propagation是指利用组织培育方法进展植物离体培育，在短期是指利用组织培育方法进展植物离体培育，在短期内

23、获得大量遗传性一致个体的方法。由离体微繁获内获得大量遗传性一致个体的方法。由离体微繁获得的植株称试管苗。得的植株称试管苗。是目前用于消费最多、最广泛和最有效的实例。是目前用于消费最多、最广泛和最有效的实例。 第二节 植物离体无性繁衍一、离体微繁技术的意义一、离体微繁技术的意义 繁衍速度快，经济效益高繁衍速度快，经济效益高 占用空间小，不受季节限制，便于工厂化育苗。占用空间小，不受季节限制，便于工厂化育苗。 繁衍各种珍稀、濒危苗木和突变体，为育种效力。繁衍各种珍稀、濒危苗木和突变体，为育种效力。二、离体繁衍中的器官发生方式二、离体繁衍中的器官发生方式-1不定芽型不定芽型选取具有顶芽和腋芽的短枝无

24、菌培育，诱导芽萌生选取具有顶芽和腋芽的短枝无菌培育，诱导芽萌生成苗或增殖产生许多不定芽发育成苗，将新萌生的成苗或增殖产生许多不定芽发育成苗，将新萌生的枝条再转接继代，反复芽到苗的增殖过程，最后使枝条再转接继代，反复芽到苗的增殖过程，最后使其生根构成植株的方法。其生根构成植株的方法。技术关键：突破顶端优势技术关键：突破顶端优势特点：繁衍率高；能坚持该种植物的遗传稳定性，特点：繁衍率高；能坚持该种植物的遗传稳定性，可使繁衍周期长的林木缩短其童年期。可使繁衍周期长的林木缩短其童年期。器官型器官型指直接从茎、叶、鳞片等外植体上诱导不定芽或带指直接从茎、叶、鳞片等外植体上诱导不定芽或带芽的休眠器官产生，

25、再生成植株的方式。芽的休眠器官产生，再生成植株的方式。技术关键：满足培育对培育基要求高的条件，防止技术关键：满足培育对培育基要求高的条件，防止愈伤组织发生愈伤组织发生特点：繁衍率高，速度慢，遗传性稳定特点：繁衍率高，速度慢，遗传性稳定二、离体繁衍中的器官发生方式二、离体繁衍中的器官发生方式-器官发生型器官发生型诱导器官外植体产生愈伤组织，经分化培育构成芽、诱导器官外植体产生愈伤组织，经分化培育构成芽、根或胚状体再生成植株的方式。根或胚状体再生成植株的方式。技术关键：外植体诱导产生的愈伤组织要早期挑选，技术关键：外植体诱导产生的愈伤组织要早期挑选，使其来源尽量一致，且不易反复继代。使其来源尽量一致，且不易反复继代。特点：繁衍速度快；易变异；愈伤组织是遗传转化、特点：繁衍速度快；易变异；愈伤组织是遗传转化、细胞培育或