细胞全能性与器官发详解

细胞全能性与器官发详解演示文稿当前第1页\共有39页\编于星期四\7点（优选）细胞全能性与器官发当前第2页\共有39页\编于星期四\7点1.2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，形成一种高度液泡化的呈无定形态的薄壁细胞即愈伤组织的现象（或过程）称为“脱分化”（图3－1）。

一个细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在原来所处的自然部位上已经达到的细胞和生理状态（图3－2，见教材p43）。当前第3页\共有39页\编于星期四\7点图3－1胡萝卜愈伤组织当前第4页\共有39页\编于星期四\7点图3－2不同类型细胞脱分化过程可能进行的程度

(引自Gautheret，1966)当前第5页\共有39页\编于星期四\7点1.3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，进而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”（图3－3）。当前第6页\共有39页\编于星期四\7点图3－3马铃薯愈伤组织分化出的试管苗当前第7页\共有39页\编于星期四\7点1.3.1细胞水平的再分化再分化中首先可见的是细胞壁变厚、假导管细胞的形成及酶水平的变化和明显的机能分化，从而形成各种类型的细胞。当前第8页\共有39页\编于星期四\7点1.3.2组织水平的再分化当愈伤组织在高水平生长素条件下，最常见的是维管组织的分化。松散的愈伤组织内含有大量拟分生组织或瘤状结构。致密的愈伤组织内组织分化很少，大多由高度液泡化的细胞组成。当前第9页\共有39页\编于星期四\7点1.3.3器官水平的再分化器官水平的再分化又称为器官发生。根据起源不同，器官发生可分为器官型和器官发生型。前者直接由外植体的细胞形成器官原基，继而发育成器官；后者由外植体先形成愈伤组织，再由愈伤组织产生不同的器官原基。当前第10页\共有39页\编于星期四\7点1.3.4植株再生离体培养中再分化的主要途径是器官发生途径(organogenesis)和胚胎发生途径(embryogenesis)，原球茎发生、绿色球状体（greenglobularbody,GGB）发生、球状茎原基发生、外植体已存在的器官原基萌发等再生途径由于与器官发生有较密切的关系，将之归入广义的器官发生。当前第11页\共有39页\编于星期四\7点器官发生包括四种方式：①先形成芽，后在芽基部长根；②先形成根，再从根基部形成芽；③在愈伤组织不同部位分别形成芽和根，然后根、芽的维管束接通形成完整植株；④仅形成芽或根（如茶树的花粉愈伤组织诱导器官分化时，往往只形成根，而芽的发生则十分困难）。其中①②③种方式可使植株重建。当前第12页\共有39页\编于星期四\7点2.愈伤组织培养2.1愈伤组织形成的条件愈伤组织诱导的成败关键主要不是外植体的来源和种类，而是培养条件，其中激素的种类和浓度最为重要（什么激素?）。外植体的类型（如木本植物中的幼态或成年态）和外植体原来在植株上所处的位置（它反映了内源激素的水平）对愈伤组织诱导的影响也不能忽视。当前第13页\共有39页\编于星期四\7点2.2愈伤组织形成的过程诱导期诱导期又称启动期，是愈伤组织形成的起点和外植体细胞进行分裂准备的时期。在这一时期，外植体上已分化的活细胞在外源激素和其他刺激因素的作用下，外植体细胞大小虽然没有多大变化，但其内部却发生了生理生化变化，细胞内合成代谢活跃，RNA含量迅速增加，细胞核体积明显增大（图3－4）。当前第14页\共有39页\编于星期四\7点图3－4油橄榄愈伤组织形成过程中各期细胞形态和RNA含量的变化（引自王凯基等，1981)当前第15页\共有39页\编于星期四\7点2.2.2分裂期经过诱导期之后，外植体外层细胞开始迅速分裂，但中间部分的细胞不分裂，形成了一个静止的芯（图3－5）。当前第16页\共有39页\编于星期四\7点图3－5胡萝卜愈伤组织分裂期当前第17页\共有39页\编于星期四\7点在这一时期由于细胞分裂的速度大大超过了细胞伸展的速率，细胞体积迅速变小，逐渐回复到分生状态，细胞进行脱分化。当细胞体积最小，细胞核和核仁最大，细胞内无大液泡，RNA含量最高时，标志着细胞分裂进入了高峰期（图3－4）。当前第18页\共有39页\编于星期四\7点2.2.3形成期形成期是指外植体细胞经过诱导期和分裂期后形成了无序结构的愈伤组织的时期（图3－6）。进入形成期后，细胞的平均大小相对稳定，不再减少，细胞分裂由原来局限在组织外缘的平周分裂转为组织内部较深层局部细胞的分裂，结果形成瘤状或片状的拟分生组织称做分生组织结节（p46）。

当前第19页\共有39页\编于星期四\7点图3－6胡萝卜愈伤组织形成期当前第20页\共有39页\编于星期四\7点2.2.4分化期脱分化细胞不断进行分裂，形成愈伤组织。如果在原培养基上培养，细胞将不可避免地发生分化，产生新的结构，如及时转移到新鲜培养基上，愈伤组织可无限制地进行细胞分裂，维持其不分化的状态。当前第21页\共有39页\编于星期四\7点2.2.4分化期停止分裂的细胞发生生理代谢变化而形成由不同形态和功能的细胞组成的愈伤组织。在细胞分裂末期，细胞内开始发生一系列形态和生理变化，导致细胞在形态和生理功能上的分化，出现形态和功能各异的细胞。以上几个时期并不是严格区分的，特别是分裂期和分化期往往可以出现在同一组织块上。当前第22页\共有39页\编于星期四\7点2.3愈伤组织增殖的方式为了研究愈伤组织在培养期间的形态变化，Caplin（1947）把已建成的烟草愈伤组织切成小方块，置于琼脂培养基上培养，结果发现，愈伤组织的生长是发生在不与琼脂培养基接触的表面。由于小方块组织迅速增殖，加之在其表面或近表面瘤状物的生长，数周之后小方块变成了一个表面不规则的菜花状组织。

（图3－7）。当前第23页\共有39页\编于星期四\7点图3－7愈伤组织的生长发生在不与琼脂培养基接触的表面

当前第24页\共有39页\编于星期四\7点2.4愈伤组织状态的调控优良愈伤组织的特性（p47－48）（1）高度的胚性或再分化能力（2）容易散碎（3）旺盛的自我增殖能力（4）经过长期继代保存而不丧失胚性当前第25页\共有39页\编于星期四\7点2.4.2优良愈伤组织获得的方法

（1）选择适当的基因型和适当的外植体

（2）选择正确的培养基，特别是正确的植物激素的种类和浓度，以及在需要配合使用生长素和细胞分裂素时，二者之间正确的配比。

（3）采用某些特殊的理化因素改变愈伤组织诱导培养基和培养条件

当前第26页\共有39页\编于星期四\7点2.4.3愈伤组织状态的调控主要根据对小麦、高梁和玉米等禾谷类植物体细胞愈伤组织培养的研究，王海波（1991）将愈伤组织分为3种主要类型（p48）：类型I：保守分裂型，结构致密，生长较慢，容易分化成苗。类型Ⅱ：亢进分裂型，结构松脆，生长旺盛，色泽鲜艳，增殖很快。类型Ⅲ：衰败型，结构疏松，生长缓慢，色泽暗淡。当前第27页\共有39页\编于星期四\7点调控因子：最主要的是植物激素和氮源形态。生长素是促使细胞进入亢进状态的因子，细胞分裂素是促使细胞进入保守状态的因子。氮源除了供给培养物氮素营养外，还原态氮还具有促进细胞分裂的作用，硝态氮具有抑制细胞分裂的作用。当前第28页\共有39页\编于星期四\7点3细胞分化（differentiation）细胞分化是指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。是普通形态结构的细胞，向着不同形态结构的方向发展，从而在机能上也各不相同。植物细胞分化的研究重点是维管组织的分化，特别是木质部成分的分化。

当前第29页\共有39页\编于星期四\7点3.1影响维管组织分化过程的因子（1）生长素两个实例（p49～50）：一般来说，低浓度的生长素能刺激木质部的发生，在生长素浓度和木质部分化程度之间存在着一种反比关系。在洋丁香愈伤组织中，改变生长素浓度还能导致维管组织分化位置的变化。当前第30页\共有39页\编于星期四\7点（2）蔗糖生长素对维管组织分化所起的作用看来在很大程度上取决于糖的存在。当培养基中含有低浓度生长素时，通过改变蔗糖浓度，即可改变愈伤组织块中所形成的木质部和韧皮部的相对数量（p51）。除了蔗糖之外，属于二糖的麦芽糖和海藻糖也能刺激菜豆愈伤组织导管的分化。葡萄糖、果糖和其他单糖则无刺激作用。当前第31页\共有39页\编于星期四\7点（3）细胞分裂素和赤霉素现在已有愈来愈多的证据表明，细胞分裂素也可能与木质部发生有关。例子（p51～52）：烟草、大豆、胡萝卜此外也有报道，对于木质部分化来说，在生长素和赤霉素之间存在着一种刺激性的相互作用。当前第32页\共有39页\编于星期四\7点（4）物理因子有关物理因子对维管分化的作用研究得很少。在向日葵中，温度若低于17℃，导管分子不能分化，在17～3l℃的范围内，木质部的形成随温度的增加而增加。另外，光对洋紫苏创伤导管的分化有刺激作用。当前第33页\共有39页\编于星期四\7点2.5.2细胞分裂对木质部

分化的必要性（p52-53)自学内容当前第34页\共有39页\编于星期四\7点4器官分化4.1器官分化方式由培养细胞再生完整的植株有两种不同的方式：①茎芽的分化（器官发生，organogenesis）②体细胞胚胎发生somaticembryogenesis区别：根据可见的形态差异来区别(图3－8)。当前第35页\共有39页\编于星期四\7点图3－8在活体和离体条件下胚（A,D,F）和茎芽（B,C,E）的下端在解剖学上的差别。虚线区域代表微管束痕迹（引自Haccius，1978）

当前第36页\共有39页\编于星期四\7点在组织培养中，通过器官发生途径产生再生植株的基本方式有3种：一是先分化芽，待芽伸长后在其幼茎基部长根，形成完整的小植株。二是先分化根，再在根上产生不定芽而形成完整植株。一般来说，培养物若先形成根，则会抑制芽的形成，但在颠茄的悬浮培养细胞中就可见根上长芽的现象(图3－9)。三是在愈伤组织的不同部位分别形成芽和根，然后二者的维管组织互相连接，成为具有统一的轴状结构的小植株。当前第37页\共有39页\编于星期四\7点图3－9颠茄悬浮培养细胞先分化根后形成芽的过程1.在悬浮培养中形成细胞团；2.细胞团上长出根原基；3.许多根原基长成了小根；4.小根脱离细胞团后在根尖的