园艺植物组织培养

园艺植物组织培养第1页，课件共75页，创作于2023年2月

一、植物组织培养的概念

1.概念

植物组织培养（Planttissueculture）广义上是指无菌条件下，在特定的培养基上对离体的植物器官、组织、细胞和原生质体甚至包括完整植株进行培养的技术。第2页，课件共75页，创作于2023年2月

2.主要特征（1）在培养容器中进行；（2）无菌培养环境，排除了微生物如真菌、细菌以及害虫等的侵入；（3）各种环境因子如营养因子、激素因子以及光照、温度等物理因子处于人工控制之下，并可达到最适条件。（4）通常打破了正常的植物发育过程和格局；（5）随着单细胞和原生质体培养技术的发展，对植物显微结构进行操作成为可能。第3页，课件共75页，创作于2023年2月二、植物组织培养技术的发展历史

1、早期探索阶段（1930年以前）

1893年，Schwann和Scheiden提出细胞学说及植物细胞全能性理论。

1902年，德国植物生理学家Haberlandt第一次尝试采用植物组织培养技术对小野芝麻、风眼兰叶肉组织及万年青属植物的表皮细胞进行培养，但未能培养成活。

1904年，Hanning首次对十字花科的萝卜和辣根的胚培养成功。

1922年，Knudson将兰花种子在离体的条件下非共生萌发。同年，Knotte和Robbins对离体根尖进行了培养。Robbins还对豌豆、玉米及棉花的茎尖进行了培养，只形成一些缺绿的叶和根。

1925年，Laibach利用胚培养技术对亚麻的种间杂种胚进行了培养，并于1929年利用亚麻的胚培养来克服杂交不亲和性。第4页，课件共75页，创作于2023年2月2、植物组织培养技术的初步形成（1930-1960年）

1933年，我国植物生理学家李继侗培养银杏胚胎，并发现银杏胚乳提取液可促进离体胚的生长。

1937年，White发现B族维生素对离体根培养的重要性。并指出IAA对植物生长发育的控制起重要作用。

1937,1938年，Gantheret在培养基中加入上述生长因子，使得柳树形成层诱导形成的愈伤组织连续生长。Nobecomt对烟草种间杂种茎段的形成层细胞培养也得到了类似的结果。

1948年，Skoog等通过对烟草茎段和髓培养发现，不定芽和不定根的发生由生长素/腺嘌呤的比例决定。

1950年，Ball从红杉愈伤组织培养中再生获得器官。第5页，课件共75页，创作于2023年2月1952年，Morel和Martin通过分生组织培养获得大丽花的脱毒植株，同年，首次应用微型嫁接技术。1953年，Tuleche首次从花粉培养中获得银杏的单倍体愈伤组织。1955年，Miller等发现了一种促进细胞分裂的植物激素—激动素，后来发现激动素可用来代替腺嘌呤促进芽的形成，而且其效力比后者高3万倍。1957年，Skoog和Miller发现改变细胞分裂素/生长素比例，可以控制根和芽的发生。1958年，Maheshwari和Rangaswamy从柑橘胚珠的珠心组织培养中再生获得体细胞胚；同年，Reinert和Steward分别从胡萝卜的愈伤组织和细胞培养中再生得到原胚，为以后的组织培养中器官发生和体细胞胚胎发生奠定了基础，也为植物细胞全能性理论提供了证据。第6页，课件共75页，创作于2023年2月3、植物组织培养技术的发展（1960年以后）1960年，Morel利用兰花茎尖培养对兰花进行营养繁殖；1962年，Murashige和Skoog开发出最著名的Murashige和Skoog培养基（MS基本培养基），并被后来广泛采用的基本培养基。1964年，印度人Guha和Maheshwari利用曼陀罗花粉培养获得第一例单倍体植株。从而开辟了单倍体育种技术。1971年，Takebe等获得第一例原生质体培养的再生植株。1972年，Carlson等利用原生质体融合在两个烟草属中进行种间杂交。1974年，Murashige等利用细胞分裂素诱导茎尖侧芽分枝。Zaenen和Larebeke分别发现土壤农杆菌（Agribacterium）中的根瘤诱导的主要成分是Ti质粒。1978年，Melchers等进行了番茄和马铃薯的体细胞杂交。第7页，课件共75页，创作于2023年2月1979年，Marton提出了利用植物原生质体和土壤农杆菌共培养的方法进行转化。1981年，Larkin和Scowcroft引入“体细胞无性系变异（Somaclonalvariation）”这一术语。1982年，Krens等的工作证明，原生质体可以摄入裸露的DNA，表明可以用外源DNA对原生质体进行遗传转化。1982年，Zimmermann利用电刺激进行原生质体融合。1985年，Horsch等用土壤农杆菌对叶盘进行感染和转化，并得到再生的转化植株。第8页，课件共75页，创作于2023年2月

二、植物组织培养类型（根据不同分类的依据可以分为不同类型）

1、根据培养材料不同分为：

（1）完整植株培养（PlantCulture）：对幼苗和较大植株等的培养。（2）胚胎培养（EmbryoCulture）：包括成熟胚、幼胚、子房、胚珠等的培养。（3）器官培养（OrganCulture）：包括离体根、茎、叶、果实、种子、花器官的培养。（4）组织培养（TissueCulture）：如分生组织、薄壁组织、输导组织培养。（5）细胞培养（CellCulture）：指对单细胞或较小的细胞团进行培养。（6）原生质体培养（ProtoplastCulture）：指对去掉细胞壁后所获得的原生质体进行培养。

第9页，课件共75页，创作于2023年2月矮牵牛茎尖离体培养培养第10页，课件共75页，创作于2023年2月

牡丹成熟胚的离体培养与快速繁殖Matureembryocultureandrapidpropagationoftreepeony第11页，课件共75页，创作于2023年2月微型月季茎段离体培养第12页，课件共75页，创作于2023年2月花烛叶片离体快速繁殖第13页，课件共75页，创作于2023年2月大蒜根尖培养及植株再生第14页，课件共75页，创作于2023年2月大蒜试管鳞茎诱导第15页，课件共75页，创作于2023年2月人参细胞悬浮培养第16页，课件共75页，创作于2023年2月非洲紫罗兰原生质体分离、培养及植株再生第17页，课件共75页，创作于2023年2月2、根据再生途径分为：（1）器官发生途径（Organogenesis）：直接器官发生途径：植物器官可以直接由外植体上诱导。如茎尖培养。间接器官发生途径：成熟细胞经过脱分化（dedifferentiation）及再分化（redifferentiation）过程而形成新的组织和器官的过程。如叶片培养。（2）体细胞胚胎发生（Somaticembryogenesis）：体胚发生途径是指二倍体或单倍体的体细胞在特定条件下．未经性细胞融合而通过与合子胚发生类似的途径发育出新个体的形态发生过程。经体胚发生形成类似合子胚的结构称为胚状体（embryoid）或体细胞胚(somaticembryo).

第18页，课件共75页，创作于2023年2月直接器官发生间接器官发生体细胞胚胎发生第19页，课件共75页，创作于2023年2月贯叶金丝桃不定芽直接再生过程第20页，课件共75页，创作于2023年2月

优化培养基无蔗糖1%蔗糖5%蔗糖

无BAPBAP0.1mg/lBAP5.0mg/l无NAA非洲紫罗兰叶片培养骨特异性碱性磷酸酶BAP第21页，课件共75页，创作于2023年2月

优化培养基无蔗糖1%蔗糖5%蔗糖

无BAPBAP0.1mg/lBAP5.0mg/l无NAA第22页，课件共75页，创作于2023年2月台湾百合离体培养第23页，课件共75页，创作于2023年2月大花蕙兰原球茎增殖与植株再生

器官发生途径（原球茎的形成）：第24页，课件共75页，创作于2023年2月

大蒜愈伤组织培养第25页，课件共75页，创作于2023年2月

日本牵牛花的离体培养第26页，课件共75页，创作于2023年2月第27页，课件共75页，创作于2023年2月禾本科牧草的体胚发生过程第28页，课件共75页，创作于2023年2月菊花体细胞胚胎发生及植株再生第29页，课件共75页，创作于2023年2月大蒜体细胞胚胎发生过程第30页，课件共75页，创作于2023年2月第31页，课件共75页，创作于2023年2月第32页，课件共75页，创作于2023年2月

人工种子（Artificialseed，SyntheticSeed）：是指植物离体培养产生的胚状体或不定芽被包裹在含有营养和保护功能的人工胚乳和人工种皮中，从而形成能发芽出苗的颗粒体。作为繁殖材料。第33页，课件共75页，创作于2023年2月第34页，课件共75页，创作于2023年2月3、根据培养基的类型分为:

（1）固体培养（Solidculture）:琼脂、卡拉胶等固化。（2）半液半固体培养(SemisolidCulture)：固液双层。（3）液体培养(LiquidCulture)：震荡、旋转或静置培养。第35页，课件共75页，创作于2023年2月液体培养的优点：

A不使用凝固剂，节约生产成本

B营养吸收充分；

C操作过程简化。第36页，课件共75页，创作于2023年2月

MS培养基是Murashige和Skoog于1962年为烟草细胞培养设计的，其特点是无机盐和离子浓度较高，是较稳定的离子平衡溶液，它的硝酸盐含量高，其养分的数量和比例合适，能满足植物细胞的营养和生理需要,因而适用范围比较广。大量元素

成分分子量

使用浓度(mg/L)硝酸钾

KNO3101.211900

硝酸铵

NH4NO380.041650磷酸二氢钾

KH2PO4136.09170硫酸镁

MgSO4.7H2O246.47370氯化钙

CaCl2.2H2O147.02440

微量元素

碘化钾

KI166.010.83

硼酸

H3BO361.836.2硫酸锰

MnSO4.4H2O223.0122.3硫酸锌

ZnSO4.7H2O287.548.6钼酸钠

Na2MoO4.2H2O241.950.25硫酸铜

CuSO4.5H2O249.680.025氯化钴

CoCl2.62237.930.025

铁盐

乙二胺四乙酸二钠

Na2.EDTA372.2537.3

硫酸亚铁

FeSO24.7H2O278.0327.8

有机成分

肌醇

100

甘氨酸

2盐酸硫胺素VB1

0.1盐酸吡哆醇VB6

0.5烟酸VB5或VPP

0.5

蔗糖

sucrose342.3130g/L

琼脂

agar

7g/L第37页，课件共75页，创作于2023年2月固体培养：液体培养第38页，课件共75页，创作于2023年2月体胚液体培养第39页，课件共75页，创作于2023年2月

不同类型液体培养装置第40页，课件共75页，创作于2023年2月

液体培养体系第41页，课件共75页，创作于2023年2月菠萝种苗液体培养系统第42页，课件共75页，创作于2023年2月

丹参毛状根培养第43页，课件共75页，创作于2023年2月三、植物组织培养技术的理论基础植物细胞的全能性(Plantcellulartotipotency）从理论上讲，植物体的每个生活细胞都具有该植物体的全部遗传信息，在特定的离体培养条件下，具有发育成完整植株的潜在能力。

第44页，课件共75页，创作于2023年2月第45页，课件共75页，创作于2023年2月

分化、脱分化与再分化：分化是指个体发育过程中，不同部位的细胞形态结构和生理功能发生改变，形成不同组织或器官。脱分化也称去分化，是指离体条件下生长的细胞、组织或器官逐渐失去原来的结构和功能而恢复分生能力，形成无组织结构的细胞团或愈伤组织的过程。再分化是由脱分化形成的愈伤组织重新分化出特定细胞、组织和器官的过程。

细胞全能性的表达：尽管理论上每个细胞都具有全能性，但实际表达难易程度却随植物种类、组织和细胞的不同而异。第46页，课件共75页，创作于2023年2月五、植物组织培养技术的应用1、优质种苗的快速无性繁殖：（1）无性繁殖作物及不易繁殖作物的快速繁殖园艺植物种苗工厂化生产第47页，课件共75页，创作于2023年2月兰科植物生产第48页，课件共75页，创作于2023年2月ABECFG花烛属植物第49页，课件共75页，创作于2023年2月厥类植物第50页，课件共75页，创作于2023年2月盆栽及切花植物的繁殖第51页，课件共75页，创作于2023年2月珍贵树种第52页，课件共75页，创作于2023年2月无菌苗快速繁殖第53页，课件共75页，创作于2023年2月无菌苗驯化第54页，课件共75页，创作于2023年2月组培苗驯化移栽第55页，课件共75页，创作于2023年2月第56页，课件共75页，创作于2023年2月第57页，课件共75页，创作于2023年2月

（2）通过茎尖培养生产脱毒健康种苗：如草莓、香蕉、甘蔗、马铃薯、大蒜等。第58页，课件共75页，创作于2023年2月virus-freetissue茎尖培养脱毒第59页，课件共75页，创作于2023年2月脱毒马铃薯种薯生物反应器液体培养第60页，课件共75页，创作于2023年2月2、用于植物遗传育种包括种质资源离体保存；花粉花药培养产生单倍体；胚乳培养产生三倍体；胚培养拯救杂种胚克服远缘杂交障碍；原生质体培养进行体细胞杂交；植物体细胞无性系变异诱导和筛选；用于植物基因转移操作等。第61页，课件共75页，创作于2023年2月

种质资源的离体保存第62页，课件共75页，创作于2023年2月体细胞无性系变异筛选第63页，课件共75页，创作于2023年2月

花粉、花药培养产生单倍体植株第64页，课件共75页，创作于2023年2月

幼胚拯救克服远缘杂交障碍第65页，课件共75页，创作于2023年2月

用于基因工程技术创造植物新种质。第66页，课件共75页，创作于2023年2月3、大规模植物细胞、组织和器官培养生产次生代谢物质；第67页，课件共75页，创作于2023年2月

根培养:正常根培养，毛状根培养第68页，课件共75页，创作于2023年2月4、用于植物生长发育理论研究，包括生理学、病理学、胚胎学和细胞与分子生物学等。第69页，课件共75页，创作于2023年2月

植物胚胎发生理论研究第70页，课件共75页，创作于2023年2月

生长发育特性研究第71页，课件共75页，创作于2023年2月继代培养时材料的玻璃化

玻璃化当植物材料不断