-第三章 植物组织培养与其应用 第一课时 课件 高中生物竞赛

1、第三章 植物细胞全能性理论极其应用 第一课时1.细胞工程的基本概念与理论2.植物细胞全能性的实现 1、植株再生 （器官发生、体细胞胚发生） 3、次生代谢物的生产1、细胞全能性和多能性1）细胞全能性（cell totipotency）:指分化细胞保留着全部的核基因组，具有生物个体生长、发育所需的全部遗传信息，具有发育成完整个体的潜能。2）细胞多能性：胚胎发育过程中，有的体细胞虽然具有分化出多种组织的潜能，但失去了发育成完整个体的潜能，细胞具有的这种发育潜能叫多能性。一、细胞工程的基本理论1) 细胞分化（cell differentiation）:细胞在形态、结构和生理功能上发生差异的过程，包括时

2、间和空间上的分化。时间上的分化是指一个细胞在不同的发育阶段可形成不同的形态和结构；空间上的分化是指同一种细胞由于所处的环境和部位不同而形成不同的形态和结构2、细胞分化、脱分化、再分化决定细胞分化因素：细胞特性、外部环境（1）细胞特性方面：细胞分化与细胞的不对称分裂及随机状态有关。 卵母细胞为例 （2）细胞外部环境，细胞应答不同的环境信号，启动特殊基因表达，产生不同的细胞行为，例如：分裂、生长、死亡等（3）细胞分化实质是基因差异表达，即奢侈基因按照一定顺序表达的结果。2）细胞脱分化（去分化 dediferentiation）: 是指分化细胞失去特有的结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程，即分化

3、的细胞在适当条件下转变为胚性状态而重新获得分裂能力的过程。3）细胞再分化（redifferentiation）: 是指在离体条件下，无序生长的脱分化的细胞在适当条件下重新进入有序生长和分化状态的过程。 离体培养植物组织或细胞再生植株就是通过细胞脱分化和再分化实现的。 脱分化是细胞全能性的前提，再分化是细胞全能性的最终体现4、决定（determination）: 随着细胞的分裂和分化，细胞的发育方向逐渐被限定。当尚未定向的细胞不可逆地转变为某种定向细胞时，细胞的命运就被固定了，称之为决定。5、形态发生（morphogenesis）是指通过细胞增殖、分化和行为,塑造组织、器官和个体形态的过程。3、

4、极性：植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生化上的梯度差异。 普遍存在，一旦建立很难逆转要求 1、掌握 概念 ：细胞分化、脱分化 再分化；及其之间的关系 2、掌握：决定细胞分化的因素 3.了解其他概念二、植物细胞全能性的实现1、植株再生 途 径： 器官发生途径； 体细胞胚胎发生途径 应 用：快繁；脱毒育种2、次生代谢产物的生产 1）分生组织直接分化芽途径 是指从外植体分生部位直接诱导出芽的过程，遗传性状稳定。 2）通过愈伤组织分化器官途径 （效率高） 属于器官间接发生型，是外植体细胞先进行脱分化形成愈伤组织，愈伤组织再分化成器官的过程。1、器官发生(organ

5、ogenesis)途径的植株再生 离体培养的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定芽、不定根等器官的过程。（adventitious shoot, adventitious root）外植体条 件芽愈伤组织芽条 件生根 条 件 （1）一个细胞通过脱分化向分生状态恢复可能达到的程度，取决于它已有的分化程度。 （2）分化程度较低的细胞，如形成层细胞和薄壁细胞，可以脱分化形成营养生长点，然后重新分化成器官或植株。分化程度很高的细胞，如厚壁细胞或纤维细胞最多不过恢复到形成层细胞状态，能够分裂形成某些组织，但不能再生植株。营养生长中心形成层伴胞、分泌细胞薄壁细胞厚壁细胞纤维退化细胞*外植体的选择1、选择依

6、据合子和早期胚胎细胞顶端分生组织中的干细胞植物成熟器官中遗留的胚性细胞2、合适的外植体要求：1、掌握植株再生得两条途径2、掌握器官发生途径的两个类型，各有何特点3、掌握器官发生的过程4、理解外植体选择的依据5、掌握器官发生途径中，哪些外植体最佳3) 胚柄细胞诱导：猕猴桃、外果木合子和早期胚胎细胞1）多胚胎： 在于裸子植物中，产生2个以上胚的现象普遍存如松属植物中：一个胚胎细胞4个胚胎多胚间竞争一个发育成成熟胚、其余败育。2）原胚细胞： 原胚顶部细胞诱导：郁金香、椰子、美洲鹿百合顶端分生组织中的干细胞茎端分生组(shoot apical meristem)：根端分生组织(root apical

7、meristem)：1）被子植物胚囊中的细胞岩白菜胚囊中的助细胞，不经受精可发育为单倍体的胚胎；榆属的某些和韭菜的反足细胞具有产生胚胎能力，不过很难发育为成熟胚植物成熟器官中遗留的胚性细胞根状茎入药；无毒；治虚弱头晕、劳伤咳嗽、吐血、咯血、淋浊、白带及肿毒等2）珠被和珠心细胞很多植物中（柑橘属、芒果属、仙人掌属等），靠近胚囊的珠心细胞具有全能性，产生珠心胚。-柑橘属植物：珠心组织在每个种子中能形成1-40个不定胚，很多能发育成熟，种子萌发后形成植株。3）营养体中的薄壁细胞一些木本植物根或茎皮层组织中分化程度较低的薄壁细胞可诱导根蘖和不定芽 草莓的走茎繁殖：自叶丛抽出的节间较长的茎(长匍茎)。节

8、上着生不定根 要求： 本节知识点： 掌握 器官发生途径中典型的几类外植体材料 条件：(回顾) 1）培养基： WPM MS White SH 2）碳源：蔗糖、葡萄糖3）植物生长调节剂调控4）光照、温度、湿度 2-3个条件外植体条 件芽愈伤组织芽条 件生根 条 件直接： （顶芽或腋芽-萌发诱导）1) 培养基：WPM MS 2）碳源：蔗糖、葡萄糖3）植物生长调节剂调控:生长数分裂素；生长数分裂素4）光照、温度、湿度 ：光培养 生根：1)培养基：WPM，或去除NH4的MS2）碳源：蔗糖 (无糖培养)3）植物生长调节剂调控: IAA、IBA4）光照、温度、湿度：光培养 间接：愈伤组织的诱导-芽的分化1)

9、 培养基：MS； WPM MS 2）碳源：蔗糖、葡萄糖3）植物生长调节剂调控: 生长素类与分裂素类的比例 生长数分裂素；生长数分裂素4）光照、温度、湿度 ：暗培养；光培养 要求： 1、掌握器官再生植株过程（2-3个条件）中的生长素类和分裂素的配比 2、理解器官再生植株过程中营养物质的变换及光照的变化 应用： 无病毒植物培养 脱毒（virus elimination）培养1）植物病毒的危害：减产、品质变劣等严重后果目前受病毒危害严重影响生产的有：马铃薯、甘薯、白菜、大蒜、柑橘、苹果、草莓、香蕉、各种菊花、天竹葵、紫罗兰等块根、块茎、鳞茎为繁殖器官的作物，每年相当一部分产品要用留作种。如： 大 蒜

10、：留种量占产量的五到八分之一。 马铃薯：留种量占产量的十分之一。 贝 母：留种量占产量的三分之一。2）传播普遍： 病毒无性繁殖可代代相传，导致品种退化甚至死亡； 昆虫等虫媒传播； 种子传播：大多数种子不含病毒，但豆科作物等许多植物 脱毒方法3种: 物理方法、化学方法、生物方法 原理：物理因子如：X射线、紫外线、超短波以及高温处理等虽不能杀死病毒，但能钝化病毒的活性，使病毒在植物体内增殖减缓或增殖停止，而失去传染能力。1、物理方法常用的方法：热处理法：效果最好、操作简便。 常用温度及处理： 37-38处理2周、4周或8周；或高温50处理3-5mim。热处理脱毒： 原理：在高于正常的温度下，植物组

11、织中的很多病毒可被部分或完全地钝化，但很少伤害甚至不伤害寄主组织。病毒和寄住细胞对热的耐受性不同。方法：可通过热水或热空气处理，比较容易进行 香石竹在38-40条件下经两个月处理可除去全部病毒。 菊花在35-38的条件下处理60天可使病毒失活。 马铃薯在37条件下处理10-20天能除去卷叶病毒。 柑橘速衰病毒、黄化病毒需在40 /30条件下处理7-12周。 鳞皮病毒需要在40/30条件下处理8周。 啐叶病毒需要在50条件下处理3-22小时。 亚洲青果病毒在50条件下处理30-40分钟。* 应用热疗法消除病毒的主要限制在于： 并非所有的病毒都对热处理敏感。 延长寄主植物的热处理时间，也可能会钝化

12、植物组织中的抗性因子。 此外，在热处理之后只有一小部分植株能够存活。原理：利用某些化合物及病毒抑制剂，能在不同程度上抑制病毒的复制。（孔雀绿、硫脲嘧啶、病毒唑）效果：大面积防治病毒，效果好 病毒与寄主的关系非常密切，整株效果不好； 能有效抑制离体培养的组织、细胞和原生质体中的病毒例：培养基中加100ug/L 2-硫脲嘧啶能除去烟草愈伤组织中的PVY病毒2）化学方法： （2）组织培养脱毒法3) 生物方法：（1）种子繁殖 无性繁殖不能用 组织培养脱毒：（1）茎尖培养脱毒 （茎圆盘培养脱毒法）（2）微体嫁接脱毒（3）珠心组织培养脱毒法（4）愈伤组织培养脱毒法（5）花药培养脱毒1934年，White在

13、培养被烟草花叶病毒（TMV）侵染的番茄根时，发现越近根尖部分，病毒的含量越低，根尖未发现病毒。1952年，法国科学家首次建立了生长点培养成株的脱毒法，从而开创了防治植物病毒病的新途径。病毒在植物体内的扩散： 通过胞间连丝在细胞间短距离移动，扩散速度慢；TMV 6-13um/h 通过维管束输导组织系统进行长距离转移，快; 水稻条纹叶枯病毒25cm/h病毒在植物体内的分布：不均匀 较老的组织含病毒较多；幼嫩的组织中含量较少；种子、根尖、茎尖一般 不含或很少原理： 茎尖和根尖分生区组织病毒含量低的原因（病毒免疫区） (1) 由分生细胞构成，无维管束，胞间连丝也不发达，病毒很难进入 (2) 分生细胞不

14、断进行活跃分裂增殖，需要消耗大量的能量，代谢旺盛，能抑制病毒的复制；(3) 茎尖和根尖内源激素水平较高，抑制了病毒的复制。（1）茎尖培养脱毒 （茎圆盘培养脱毒法）几乎对所有植物的病毒都有效规律：1）同一种病毒在不同植物体内分布位置不同。 TMV：烟草1-4叶原基未见； 矮牵牛，1-2叶原基未见，3-4见； 番茄：1叶原基未见 2）不同种类病毒在同一植物中的分布位置不同： 马铃薯： Y病毒分布于1.0-3.0mm以内的茎尖中 X病毒分布于0.2-0.5mm以内的茎尖中 G病毒分布于0.2-0.3mm以内的茎尖中 S病毒分布于0.2mm以内的茎尖中典型植物脱毒： 土豆 大蒜微体嫁接（micrografting）:木本植物培养无病毒苗使用的方法。程序：将极小的茎尖（0.141.0mm）作为接穗嫁接到不带病毒的种子实生苗 砧木上，然后将砧木、接穗一起在培养基上培养。接穗在砧木上易成活，且去除病毒几率大，故有可能获得无病毒苗。（2）微体嫁接脱毒： 应用微体嫁接技术，已得苹果、柑橘、桃等木本植物无病毒苗。 主要用于 柑橘类 多个珠心胚可能的原因： 病毒在植物体内的传播通常是经维管束进行的，而珠心与维管束系统无直接的联系。缺陷：取出离体培养，变异率高（20-30%）、幼年期较长（3）珠心组织培养脱毒法（4）愈伤组织培养脱毒法程序：植物器官和组织-脱分化愈伤组织-继代培养后