园艺植物组织培养-第1章

第一章

植物组织培养的基本原理霍秀文教授，博士内蒙古农业大学农学院东区农学楼220室E-mail:huoxiuwen@Tel:0471-431-8467(O)2023/1/15IMAU,HuoXW2植物细胞全能性

细胞分化、脱分化与再分化

植物的形态建成内容提要2023/1/15IMAU,HuoXW3

通过植物学的学习，我们已经了解到大多绿色开花植物都是靠种子来繁殖的。那么，有没有不用种子来培育植物的方法呢？组织培养营养繁殖扦插嫁接压条

2023/1/15IMAU,HuoXW4扦插嫁接压条

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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。（2）周年生产。（3）经济效益高。（4）以组织培养繁殖的种苗与母株有著相同的遗传基因。组织培养与常规繁殖相比优点众多2023/1/15IMAU,HuoXW6第一节植物细胞全能性一、植物细胞全能性（totipotency)

是组织培养的理论基础。一个生活的植物细胞，只要有完整的膜系统和细胞核，它就会有一整套发育成一个完整植株的遗传信息，在适当的条件下可以通过分裂、分化再生成一个完整植株的潜在能力，这就是所谓的细胞全能性。2023/1/15IMAU,HuoXW7在自然状态下，由于细胞在植物体内所处位置及生理条件的不同，它的分化受到各方面的调控，致使其所具有的遗传信息不能全部表达出来，所以只能形成某种特化细胞，构成植物体的一种组织或一个器官的一部分。条件是十分重要的，关键的，只要条件合适，细胞潜在的遗传能力就会表现出来。植物组织和细胞培养技术就是以细胞全能性作为理论依据，用人为的方法创造出一个适合于生长的理想条件，使细胞的全能性得以发挥。2023/1/15IMAU,HuoXW8一个生活的细胞，都有再生出一个完整植株的潜力？细胞的再生潜力与其分化程度呈负相关，即细胞分化程度越高其再生能力越低越老的细胞，其基因的表达就越受到严格的制约，或者说丧失功能或不表现功能的基因越多。尽量选取幼嫩的植物组织作为培养的实验材料。一定的基因型或外植体的再生能力并不是一成不变的，高度分化的细胞或组织只要条件合适，也有产生再生植株的可能。？2023/1/15IMAU,HuoXW9二植物细胞全能性的表现根据细胞类型不同，全能性表现从强到弱依次为：营养生长中心，形成层，薄壁组织，厚壁细胞(木质化细胞)，特化细胞（筛管，导管细胞）根据细胞所处组织不同，全能性表现从强到弱依次为：顶端分生组织，居间分生组织，侧生分生组织，薄壁组织，厚角组织，输导组织，厚壁组织2023/1/15IMAU,HuoXW10一植物细胞的分化一粒成熟的种子含有一个小小的胚，也可以叫做胚胎。构成胚胎的所有细胞几乎都保持着未分化的状态和旺盛的细胞分裂能力，其细胞质浓稠，细胞核较大，细胞与细胞之间没有很大差异，这些细胞都可以叫做胚性细胞，或叫分生性细胞或未分化细胞。在适宜的条件下，随着种子的萌发，构成胚胎的所有细胞即开始分裂活动，增加细胞数目。形态和功能也发生变化。由于细胞的分工而导致的细胞结构和功能的改变，或发育方式改变的过程叫做细胞分化。第二节细胞分化、脱分化与再分化2023/1/15IMAU,HuoXW11分化主要是由细胞内的基因决定的，也就是说分化是基因在时间和空间两个方面差次表达的结果。分化的结果导致细胞分裂能力的丧失，伴随的是细胞的分化、成熟与组织的形成，植物根、茎、叶、花、果实和种子形成，一个成熟植物体出现。在正常的自然状态下，这些已经分化的细胞不会再恢复分裂能力重新开始细胞分裂，直到植物体死亡为止。2023/1/15IMAU,HuoXW12首先发生的变化是回复到分生性状态，这一状态包括由溶酶体的活动而将失去功能的细胞质组分降解，产生新的细胞质组分（即细胞器的破坏与重建），细胞内酶的种类与活性发生改变，蛋白质合成和细胞代谢过程也发生改变，最后引起基因表达的改变，细胞的性质和状态发生了扭转返老还童。？当把一个已经失去了分裂能力，处于分化成熟和分裂静止状态的细胞置于特定的增殖培养基上时，会发生什么现象呢？2023/1/15IMAU,HuoXW131、脱分化（dedifferentiation)：由失去分裂能力的细胞回复到分生性状态并进行分裂，形成未分化的愈伤组织的现象（或者说是过程）称为“脱分化”。2、愈伤组织（callus,calli）：脱分化后的细胞，经过细胞分裂，产生无组织结构，无明显极性的、松散的细胞团称为愈伤组织。二植物细胞的脱分化与再分化2023/1/15IMAU,HuoXW143、再分化（redifferentiation):

由无分化的愈伤组织的细胞再转变成为具有一定结构，执行一定生理功能的细胞团和组织，构成一个完整的植物体或植物器官的现象（或过程），叫做再分化。一个已分化细胞要表达出其全能性，就要经过脱分化和再分化的过程，这就是植物组织和细胞培养所要达到的目的。2023/1/15IMAU,HuoXW15高等植物分化示意图幼年细胞多细胞团形态建成完整植株细胞分裂细胞分化高等植物细胞脱分化和再分化示意图成熟细胞分生细胞多细胞团形态建成再生植株细胞脱分化细胞分裂细胞再分化2023/1/15IMAU,HuoXW162023/1/15IMAU,HuoXW17植物激素在调节细胞脱分化和再分化中起到主要作用。植物对激素的反应十分敏感，培养基中生长素类和细胞分裂素类的种类、相对比例和绝对量都能直接影响到细胞脱分化和再分化的过程.组培中常常是通过调节激素的种类、浓度和相对比例来达到调节脱分化和再分化的目的。

2023/1/15IMAU,HuoXW18诱导期分裂期分化期第三节植物的形态建成又称启动期，是细胞准备分裂的时期。内部发生复杂的生理生化变化，合成代谢加强、迅速进行蛋白质和核酸的合成。外层细胞分裂，中间细胞不分裂。细胞分裂快，结构疏松，颜色浅而透明。细胞在形态和生理功能上分化，出现形态和功能各异的细胞。一愈伤组织诱导与器官分化愈伤组织诱导2023/1/15IMAU,HuoXW19先根后芽根芽同时形成仅形成根或芽先芽后根器官发生的方式如小麦、芦荟、苹果如茶树胡萝卜、石刁柏枸杞、苜蓿2023/1/15IMAU,HuoXW20诱导愈伤组织形成生长中心器官原基及器官形成愈伤组织有序生长，形成形成层部分细胞分化成管状细胞，形成微管组织；部分细胞形成器官原基，形成组织和器官外植体外植体已存在器官原基分生细胞直接形成器官原基器官分化的过程2023/1/15IMAU,HuoXW21二植物体细胞胚胎发生胚状体（embryoid）或体细胞胚(somaticembryo)

在植物组织培养中，起源于一个非合子细胞，经过胚胎发生和培养发育过程形成具有双极性的胚状结构，叫胚状体。2023/1/15IMAU,HuoXW22胚状体发生的方式直接途径间接途径固体培养悬浮培养直接从外植体诱导分化外植体脱分化形成愈伤组织，愈伤组织分化出体细胞胚胎悬浮培养产生胚性细胞团再形成体细胞胚诱导愈伤组织诱导愈伤组织胚性化体细胞胚形成诱导期胚胎发育期2023/1/15IMAU,HuoXW23器官发生和体细胞胚发生2023/1/15IMAU,HuoXW24二.器官分化的过程

离体条件下，经过愈伤组织再分化器官一般要经过三个生长阶段

1.外植体经过诱导形成愈伤组织。

2.生长中心的形成当把愈伤组织转移到有利于有序生长的条件下以后，首先在若干部位成丛出现类似形成层的细胞群，称之为生长中心或拟分生组织，它们是愈伤组织形成器官的部位。

3.器官原基及器官形成生长中心形成后，按照其已确立的极性，某些细胞开始分化形成管状细胞，进而形成微管组织，开始形成不同的器官原基，进而分化出相应的组织和器官。2023/1/15IMAU,HuoXW25生长中心（拟分生组织）器官原基芽形成2023/1/15IMAU,HuoXW262023/1/15IMAU,HuoXW27植物细胞全能性表现根据细胞类型不同从强到弱:

营养生长中心>形成层>薄壁细胞>厚壁细胞(木质化细胞)>特化细胞(筛管、导管细胞)；根据细胞所处的组织不同从强到弱为：顶端分生组织>居间分生组织>侧生分生组织>薄壁组织(基本组织)>厚角组织>输导组织>厚壁组织。2023/1/15IMAU,HuoXW282023/1/15IMAU,HuoXW29三影响植物离体形态发生的因素植物种类和基因型：植物材料的生理状态植株的发育年龄：培养器官或组织类型：种子、幼胚和下胚轴易形成胚状体，茎段、叶片叫困难；双子叶植物常用叶、茎、胚轴、子叶，单子叶植物常用叶基部、茎尖、幼胚、胚珠、诱花序轴等培养时间和细胞倍性：培养基：铵态氮和K离子利于胚状体形成，无机磷利于器官形成植物营养植物生长调节剂培养条件2023/1/15IMAU,HuoXW30总结2023/1/15IMAU,HuoXW31总结：植物组织培养过程植物组织培养离体组织或细胞愈伤组织脱