植物组织培养第一章绪论

第一章绪论

本章主要内容：第一节植物组织培养的含义、类型与特点第二节植物组织培养的基本理论第三节植物组织培养的发展与应用教学目标：掌握组织培养的概念和类型及理论依据；

掌握组织培养的特点；了解组织培养发展史及在专业学习中的地位，树立学习本课程的信心；初步掌握组织培养在实践上的应用。重点难点：组织培养的概念、类型及理论依据；组织培养在社会实践中的应用。§1-1植物组织培养的含义、类型与特点一、植物组织培养(tissueculture)的含义在无菌条件下，将离体植物的器官、组织、细胞或原生质体在人工配制的培养基上，并给予适当的培养条件使其长成完整植株或生产次生代谢物质的过程和技术。也称离体培养（Invitroculture）。二、此定义内涵：1、无菌条件：外植体、培养基、培养容器、接种工具、操作环境、培养环境等。2、外植体：从健康植株的特定部位或组织，如根、茎、叶、花、果实、胚珠、花药和花粉等，选择用于组织培养的起始材料，称之为外植体。包括营养器官、生殖器官、组织、细胞等。关键条件，组培成功的保障。花（flower）叶（leaf）茎（stem）根（root）果实（fruit）种子（seed）3、培养基：是植物组织培养的重要基质，它提供植物生长所需的营养物质。人工配制，成分确定。4、组培的理论基础：植物细胞的全能性。5、激素：调控培养物的状态和发育方向，实现不同的实验目的。6、封闭培养：通过封口材料实现气体交换。7、培养条件：人为控制。三、植物物组织培培养的四四要素（1）无无菌（2）培培养材料料：①器官：：根、茎茎、叶、、花、果果实②组织：：花药组组织、胚胚乳、皮皮层等③细胞：：体细胞胞（2n）、生生殖细细胞（（n）④原生生质体体（3））培养养基（4））培养养条件件：温度度、光光照、、湿度度等等四、与与组培培有关关的术术语1、植植物细细胞全全能性性：植植物细细胞具具有该该植物物体全全部遗遗传的的可能能性，，在一一定条条件下下具有有发育育成完完整植植物体体的潜潜在能能力。。原理：：植物物体的的每一一个细细胞都都包含含有该该物种种所特特有的的全套套遗传传物质质，都都有发发育成成为完完整个个体所所必需需的全全部基基因，，从理理论上上讲，，植物物体的的每一一个活活细胞胞都应应该具具有全全能性性。2、外外植体体：从健康康植株株的特特定部部位或或组织织，如如根、、茎、、叶、、花、、果实实、胚胚珠、、花药药和花花粉等等，选选择用用于组组织培培养的的起始始材料料，称称之为为外植植体。。供离体体培养养用的的植物物器官官统称称外植植体。。3、愈愈伤组组织：：在人人工培培养基基上由由外植植体长长出来来的一一团无无序生生长的的薄壁壁细胞胞。4、分分化：：具有有分裂裂能力力的分分生细细胞停停止分分裂，，形成成具有有各种种特殊殊构造造和机机能的的细胞胞组织织和器器官的的发育育过程程。5、脱脱分化化（去去分化化）:已经分分化的的细胞胞在一一定因因素的的作用用下，，改变变原来来的发发展方方向，，重新新恢复复分裂裂能力力的过过程。。6、再再分化化：愈愈伤组组织在在合适适的条条件下下，重重新分分化形形成具具有各各种特特殊功功能或或结构构的器器官和和组织织的过过程。。分化脱分化化再分化化7、胚胚状体体：非非合子子细胞胞形成成的胚胚状结结构，，如兰兰花的的原球球茎。。8、胚胚胎发发生：：培养物物通过与与正常常的受受精卵卵发育育相似似方式式形成胚胚状体体的过过程（经过过原胚胚、球球形胚胚、心心形胚胚、鱼鱼雷胚胚和子子叶胚胚5个个时期期）。五、植植物组组织培培养的的类型型（一一）原生质体培养细胞培养组织培养器官培养胚胎培养植株培养培养对象1、植植株培培养：：对完完整植植株材材料的的无菌菌培养养，如如幼苗苗及较较大植植株的的培养养。植株培培养2、胚胚胎培培养：：从果果实或或子房房中分分离出出未成成熟或或成熟熟的胚胚的无无菌培培养。。胚胎培培养胚胎培培养的的人工工种子子白菜甘蓝白菜甘甘蓝蓝白蓝3、器器官培培养：：对植植物根根、茎茎、叶叶、花花、果果实的的无菌菌培养养。（（常用用）实例：：非洲洲紫罗罗兰的的组织织培养养4、组组织培培养：：对植植物体体所有有组织织如分分生组组织、、胚乳乳组织织、薄薄壁组组织、、花药药组织织、愈愈伤组组织的的培养养。愈伤组组织培培养5、细细胞培培养：：对植植物器器官或或愈伤伤组织织上分分离出出的单单细胞胞、花花粉单单细胞胞或很很小的的细胞胞团的的无菌菌培养养，以以获得得无性性繁殖殖系。。细胞培培养6、原原生质质体培培养：：对用用酶、、物理理等方方法除除去植植物细细胞壁壁的、、裸露露的、、有活活性的的原生生质体体团的的无菌菌培养养。菊花原原生质质体培培养植物组组织培培养的的类型型（二二）培养过程初代培养继代培养初代培培养：：将外外植体体进行行的第第一次次培养养。继代培培养：：外植植体或或培养养物培培养了了一段段时间间后，，为了了防止止培养养的细细胞老老化，，或培培养基基养分分利用用完而而造成成营养养不良良及代代谢物物过多多积累累而产产生毒毒害物物质的的影响响，要要及时时将其其转接接到新新鲜培培养基基的过过程。。转接接培养养，转转接一一次称称为一一代，，依次次类推推。继代培培养的的目的的：快快繁初代培培养的的目的的：获获得无无菌材材料继代培养初代培培养继代培培养初代培培养和和继代代培养养不断地地继代代培养养植物组组织培培养的的类型型（三三）培养基的物理状态固体培养液体培养双相培养固体培培养：加入入琼脂脂等凝凝固剂剂使培培养基基成固固体状状态的的培养养。优点：是最最常用用的方方法。。该方方法简简单，，易行行，能能较好好地固固定培培养物物。缺点：但养养分分分布不不均，，营养养成分分不能能得到到充分分利用用，生生长速速度不不均衡衡，并并常有有褐化化中毒毒现象象发生生。产生的的有害害物质质不能能及时时清除除。固体培养固体培养液体培培养：：在培养养基中中不加加入任任何的的凝固固剂使使培养养基呈呈流体体状态态的培培养，，由于于液体体中氧氧气含含量较较少，，常用用振动动培养养的方方法以以确保保氧气气的供供给。。往复式式摇床床或旋旋转式式摇床床进行行培养养，速速度一一般为为50-200r／／min，，这种种定期期浸没没的方方法，，既能能使培培养基基均一一，又又能保保证氧氧气的的供给给。缺点：：不能较较好地地固定定培养养物，，优点：：营养成成分得得到充充分利利用，，产生生的有有害物物质能能及时时清除除液体培培养：：在培培养基基中不不加入入任何何的凝凝固剂剂使培培养基基呈流流体状状态的的培养养，由由于液液体中中氧气气含量量较少少，常常用振振动培培养的的方法法以确确保氧氧气的的供给给。往复式式摇床床或旋旋转式式摇床床进行行培养养，速速度一一般为为50-200r／／min，，这种种定期期浸没没的方方法，，既能能使培培养基基均一一，又又能保保证氧氧气的的供给给。缺点：不能能较好地固固定培养物物，优点：营养养成分得到到充分利用用，产生的的有害物质质能及时清清除液体培养摇床双相培养：：固体、液体体混合培养养，协调了了固体、液液体培养的的优缺点六、植物组组织培养的的技术特点点（优越性性）1、试验材材料来源单单一，无性性系遗传特特性一致；；2、成本低低，效率高高；3、环境条条件可控，，误差小；；4、生长快快，周期短短，可重复复性强；5、可连续续运行、周周年试验或或生产，利利于自动化化控制。§1-2植物组织培培养的基本本理论一、植物细细胞全能性性1、定义:植物细胞具具有该植物物体全部遗遗传的可能能性，在一一定条件下下具有发育育成完整植植物体的潜潜在能力。。潜在全能性性的原因：基因表达达的选择性性。科科学研研究表明，，处于离体体状态的植植物活细胞胞，在一定定的营养物物质、激素素和其他外外界条件的的作用下，，就可能表表现出全能能性，发育育成完整的的植株。人人工条件下下实现的这这一过程，，就是植物物组织培养养。植物组织培培养再分化脱分化愈伤组织外植体试管苗植株3、实现全能性性的条件3.1离体条件3.2给予适当的的条件，如激素等等。二、植物的的再生性（一）再生生性（细胞胞全能性的的实现的过过程）外植体分生细胞愈伤组织根、芽（完完整植株)脱分化多次分裂再分化脱分化是全全能性表达达的前提，，再分化是全全能性最终终体现。细胞全能性性的实现可可望不可及及植物全能性性的表达离体的植物器官、组织、细胞游离单细胞或原生质体胚状体根、芽愈伤组织人工种子再生植株脱分化

愈伤组织形成诱导期分裂期分化期（二）愈伤伤组织的形形成和形态态发生1、形成过过程①启动期（（诱导期））：细胞准准备进行分分裂的时期期。是愈伤伤组织形成成的起点。。长短因不同同植物而不不同，如与与植物种类类、外植体体的生理状状态、外部部条件有关关。②分裂期：外植体细胞胞经过诱导导后脱分化化，不断分分裂、增生生子细胞的的过程。细细胞数量大大量增加，，分裂速度度大于生长长速度；此时期特点点：细胞分分裂快，结结构疏松，，缺少有组组织的结构构，颜色浅浅，生长旺旺盛的愈伤伤组织呈乳乳白色、白白色或浅绿绿色或呈透透明状。细胞体积较较小，数量量多，恢复复到分生组组织的状态态，进行脱脱分化，要及时转瓶瓶，否则发生生分化，若若转入新鲜鲜培养基，，可无限地地进行分裂裂，保持不不分化状态态。分裂期③分化期：停止分裂裂的细胞发发生生理代代谢变化而而形成不同同形态和功功能的细胞胞过程。此时期特点点：细胞分分裂部位由由愈伤组织织表面转向向内部，出出现瘤状结结构和维管管组织和各各种类型的的细胞，表表现出一定定的形态特特征，颜色色鲜艳有光光泽。为暂不再进进一步分化化的生长中中心。分化期2、愈伤组组织的生长长在愈伤组织织生长缓慢慢或停止生生长时，要要及时进行行继代，选选择颜色鲜鲜艳，生长长旺盛者切切割，大小小要适宜，，太小难以以恢复分裂裂和生长，，太大则分分裂速度慢慢。在分裂期进进行3、愈伤组组织的分化化在分化培养养基上，会会出现2种种途径形成成完整植株株，取决于于植物种类类、外植体体类型、生生理状态、、生长条件件。①、器官发发生a、先芽后根：普遍的发发生方式。。如小麦、、芦荟、苹苹果b、先根后芽：后期芽的的分化难度度比较大。。多见于双双子叶植物物，单子也也少见。如如枸杞、苜苜蓿。c、同时出现根根和芽：特殊的发发生方式，，少见，如如胡萝卜、、石刁柏（（芦笋）。。d、仅有根或芽芽再生，形成无芽芽根或无根根苗，少见，如茶茶树。形成过程略略。常见愈伤组织芽分化再生苗小麦愈伤组织器器官发生途途径百合鳞叶培培养烟草②、体细细胞胚胎发发生对此概念的的理解a、体细胞胚胚是组织培培养中形成成的，只限限于组培范范围，不同同于无融合合生殖产生生的胚；b、起源于非非合子细胞胞，不同于于来自受精精卵的合子子胚；c、体细胞胚胚形成过程程中经历的的胚胎发育育过程，不不同于组织织培养器官官分化过程程。最初是在1958年年首次在胡胡萝卜根离离体培养通通过体细胞胞胚而形成成再生植株株取得成功功的，目前前有200多种植物物可观察到到胚状体发发生。来源有二：：①植物体体多种器官官、组织、、游离的体体细胞发育育形成二倍倍体；②小孢子等等单倍体产产生的花粉粉胚，发育育形成单倍倍体，经染染色体加倍倍后形成二二倍体。胚状体发生生途径1、直接发发生从器官、组组织、细胞胞等直接分分化出胚，，不经过愈愈伤组织阶阶段，是植植物的特性性，如山茶茶子叶，2、间接发发生外植体先愈愈伤化，然然后由愈伤伤组织分化化体细胞胚胚，如槐树树子叶，多数植物以以间接发生为主。发生过程略略。石斛三、根芽激激素理论激素是影响响器官建成成的主要因因素。受内源激素素和外源激激素的共同同影响。一般地，生生长素/分分裂素=高高，促进生生根；生长素/分分裂素=低低，促进茎茎芽分化；；生长素/分分裂素=适适中，无结结构的生长长方式。外植体愈伤组织芽根再生植株脱分化再分化高生长素(2,4-D)高(生长素/细胞分裂素)低(生长素/细胞分裂素)四、组培苗苗遗传稳定定性的问题题是组培中常常遇到的一一个重要问问题（一）影响响因素1、基因型型2、继代次次数和继代代时间3、发生方方式4、外源激激素（二）减少少变异，提提高遗传稳稳定性的措措施1、采用生生长点、腋腋芽生枝、、胚状体繁繁殖方式；；2、缩短继继代时间和和限制继代代次数；3、取幼龄龄的外植体体为材料；；4、采用适适当的激素素种类和较较低的浓度度；5、减少使使用易引起起诱变的物物质；6、定期检检查，发现现变异者应应予与淘汰汰。§1-3植物组织培培养的发展展和应用一、发展简简史(略)1、探索阶阶段：19世纪中期期至20世世纪30年年代（1838-1930年年）★1838年初步提出出全能性概概念，★1853年离体茎段段、根段获获得愈伤组组织，但未未获得完整整植株，★1901年年正式提出出全能性概概念，White对对此概念做做解释，★1902年年Haberdandt首先进行植植物组织培培养，未或或成功；★1922年年Knudson兰兰花无菌菌播种；2、奠基阶阶段：20世纪30年代至50年代末末（1930-1965年））★1934年年White蕃茄根尖尖培养，，可以继继代培养养，并发发现VB；★1941年植物添加加物的使使用；★1948年SkoogandTsui烟草草培养产产生不定根或或不定芽芽，取取取决于auxin及adenin的比例，，并发现现6-BA;★1954年Muir等人成功功的由单单细胞培培养产生生再生植植株;★1958年胡萝萝卜获得得胚状体体；★1962年MurashigeandSkoogMS培养基配配方；★1965年细胞胞培养获获得完整整植株，，证实了了全能性性。3、蓬勃勃发展阶阶段：20世纪纪60年年代至今今（1965年年-至今今）★1966年、、67年年烟草、、胡萝卜卜小孢子子培养获获得单倍倍体植株株；★1971Takebe等人原原生质体体培养产产生再生生植株，，证实了了细胞分分化全能能性。二、植物物组织培培养的应应用1、育种种1.1单单倍体体育种，，缩短育育种年限限:利利用花药药培养等等方法诱诱导产生生单倍体体，从而而选育出出新的品品种如烟烟草、水水稻、小小麦、、苹果、、柑橘、、葡萄、、草莓、、甜椒、、甘蓝等等。1.2培培育远远缘杂种种：甜橙橙与枳的的杂种(枫橙)；马铃铃茄、白白蓝。1.3筛筛选培培育突变变体：射射线或化化学诱变变，培育育出抗花花叶病的的甘蔗无无性系，，抗除草草剂的白白三叶草草细胞株株系，耐耐盐的杨杨树株系系。。。1.4转转基因因：马铃铃薯、番番茄、水水稻、棉棉花、大大豆等。。1.5种种质资资源的保保存：随随着地球球不断开开发、生生态环境境破坏，，种植资资源日趋趋枯竭，，大量有有用基因因损失。。利用组组织培养养法，低低温保存存（—196℃℃）或试试管保存存，为保保存和抢抢救濒临临灭绝的的生物带带来希望望。转基因植植物。1978年梅尔尔彻斯(Melchers)等首次次获得了了番茄和马马铃薯的的属间体体细胞杂杂种———“Pomato”馬鈴薯potato+蕃茄tomato=馬鈴茄pomato请同学们们讨论如如何实现现?为什么番番茄—马马铃薯不不能表现现出理想想结果？？？主要原因因是：生生物基因因的表达达不是孤孤立的，，它们之之间是相相互调控控、相互互影响的的，所以以马铃薯薯—番茄茄杂交植植株的细细胞中虽虽然具备备两个物物种的遗遗传物质质，但这这些遗传传物质的的表达受受到相互互干扰，，不能再再像马铃铃薯或番番茄植株株中的遗遗传物质质一样有有序表达达，杂交交植株不不能地上上长番茄茄、地下下结马铃铃薯就是是很自然然的了。。2、植物物脱毒和和快速繁繁殖2.1无无病毒苗苗木的培培养马铃薯、、香蕉、、草莓、、甘薯、、葡萄等等100多种植植物。2.2快快速繁殖殖苗木马铃薯、香蕉蕉、草莓、菊菊花、桉树、、香石竹、百百合等。目前有1000多种植物物获得离体再再生体系，其其中得到完整整植株的木本本植物200多种。香蕉草莓红掌百合大花蕙兰3、在植物次次生产物生产产中的应用利用组织或细细胞的大规模模培养，几乎乎可以生产出出人类所需要要的一切天然然有机化合物物，目前已从从200多种种植物的培养养组织和细胞胞中获得了500多种有有效代谢化合合物。如：蛋白质、、糖类、天然然药物、香料料、生物碱、、橡胶、色素素及其它活性性化合物等等等。红豆杉惨遭剥剥皮红豆杉

（药药效成分:紫紫杉醇）紫草素愈伤组织紫草烫伤、烧伤等等人参皂苷的生产4、促进其它它学科的科学学研究4.1植物物遗传：通过花粉和花花药培养获得得大量变异材材料，为染色色体工程研究究提供材料通过花粉单倍倍体加倍获得得纯合二倍体体植株，为构构建遗传基因因图谱、基因因定位提供材材料4.2生理理生化：研究究植物的矿物物质营养、有有机营养、生生长活性物质质（激素）等等方面；4.3植物物病理学：植物抗病性的的研究5、种质资源源的保存金花茶三、组培技术术的发展趋势势（一）技术条条件的研究1、培养基的的改善无糖技术，添添加特殊的物物质，利用新新的培养基质质等等；2、培养容器器的改善大型的培养箱箱；3、光照条件件的改善利用多种波长长的光源；4、气体条件件的改善补充CO2和光照条件；；（二）发展前前景1、培养容器器大型化2、技术简单单化3、培养环境境自然化课后作业：1.什么是植植物组织培养养?2.植物组织织培养的理论论依据?3.按照外植植体的不同，，植物组织培培养可以分成成几类?比较较常用的是哪哪些?4.植物组织织培养有哪些些特点?5.你认为植植物组织培养养技术在当前前的园艺上有有什么价值?为什么?9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Sunday,December25,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。01:12:3001:12:3001:1212/25/20221:12:30AM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2201:12:3001:12Dec-2225-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。01:12:3001:12:3001:12Sunday,December25,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2201:12:3001:12:30December25,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。25十十二月20221:12:30上午午01:12:3012月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。。十二月221:12上午午12月-2201:12December25,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/251:12:3001:12:3025December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。1:12:30上午午1:12上午午01:12:3012月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Sunday,December25,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。01:12:3001:12:3001:1212/25/20221:12:30AM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2201:12:3001:12Dec-2225-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。01:12:3001:12:3001:12Sunday,December25,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2201:12:3001:12:30December25,202214、意意志志坚坚强强的的人人能能把把世世界界放放在在手手中