第七章-植物细胞培养技术在农业方面的应用-课件

第七章植物细胞培养技术在农业方面的应用1ppt课件种质保存、人工种子的制备、植物的大规模快速繁殖等。优点：不占用耕地，不受地理、气候等条件的影响，可以快速、大量地进行工厂化生产，生产效率高，种质长期稳定。2ppt课件第一节植物种质的保存种质保存(germplasmconservation)是指利用天然环境或人工创造的适宜环境来保存种质资源，使个体中所含有的遗传物质保持其遗传完整性，且具有高的生命活力，并能通过繁殖将其遗传特性传递下去3ppt课件原地保存(insituconservation)：在自然生态环境下，主要是通过建立自然保护区和天然公园就地保存自我繁殖的种质。异地保存(exsituconservation)：将种子或植物体保存于该植物原产地以外的地方，主要是通过植物园、种质圃、种子库及离体保存来完成。4ppt课件离体种质保存在无菌环境下进行植物组织或细胞培养，然后将这些培养得到的植物组织或细胞在一定条件下保存，使其缓慢生长或停止生长，以达到长期保存的目的。在需要的时候，可以将保存的组织或细胞取出，给予适宜的条件，使其迅速恢复正常生长。5ppt课件①占用空间小，保存数量大。②减少了受病虫害侵袭的可能性。③以植物细胞的形式保存的种质具有很强的再生能力，在合适的条件下，短期内便可得到大量的无性系植株。6ppt课件一、继代培养保存在一定条件下，每隔—段时间，将植物细胞或组织进行新一轮的继代培养，以达到保存种质的日的。继代培养所用的温度通常是植物细胞培养的常用温度(25℃左右)，也可以是自然温度，所以又称为常温保存.对生长较慢和冷敏感(如热带和亚热带植物)种质有较好的效果。萝芙木、柑橘、龙眼7ppt课件二、限制生长保存通过改变培养基的组分或环境条件，使组织或细胞的生长速率降低到最低限度，而达到种质保存的一种保存方法。1．降低培养温度通过降低温度而进行种质保存的方法称为低温保存法。冷藏(0－10℃)保存和冷冻(-80－0℃)8ppt课件二、限制生长保存2．调整培养基养分水平通过调整培养基的养分水平，可有效地限制植物细胞的生长。3．添加高渗物质提高培养基的渗透压：10%蔗糖或3-4%的甘露醇，山梨醇。这类化合物提高了培养基的渗透势负值，造成水分逆境，降低细胞膨压。使细胞吸水困难，减弱新陈代谢活动，延缓细胞生长。9ppt课件4．添加生长抑制剂ABA5-10mg/L；PP3332－5mg/L；甲基氨基琥珀酸（B9）

；CCC25mg/L；青鲜素(MH)；高效唑S3307；。大蒜细胞在添加脱落酸、矮壮素的培养基上保存25个月成活率仍达90％以上。5．降低培养环境中氧含量：降低培养瓶内氧分压，类似气调保鲜。最简单的方法是在保存材料上加盖一层矿物油，从而使供给材料的氧气量降低6、培养物的干燥保存：适度风干后于培养基中保存。10ppt课件三、超低温保存低温保存（cryopreservation）是由cryo和preservation组成，cryo为前缀，意为低温、冷、冰、霜。低温所涉及的温度范围是不确定的。超低温保存是指在-80℃以下的超低温中保存种质资源的一整套生物学技术。超低温常用干冰(-79℃)、深冷冰箱、液氮(-196℃)及液氮蒸汽相(-140℃)获得。由于冷源通常选用液氮，因此超低温保存又称液氮保存或LN(-196℃)保存。基本原理：液氮(-196℃)中几乎所有的细胞代谢活动、生长过程停止，仅细胞活力和形态发生的潜能保存下来，并且排除了细胞的遗传变异。11ppt课件三、超低温保存超低温保存的三个重要操作步骤：一是细胞预冻；二是细胞在－196℃下长期贮存；三是细胞解冻。保存成功关键：降温冰冻过程中避免细胞内结冰。目前常用的超低温保存方法可分为两类，冷冻诱导保护性脱水的超低温保存玻璃化处理的超低温保存。12ppt课件1、冷冻前材料的预处理：目的是材料适应将遇到的低温，提高分裂细胞比例，降低自由水含量，以防大冰晶形成。2、添加冷冻防护剂(cryoprotectiveagent，CPA)：（一）冷冻诱导保护性脱水的超低温保存13ppt课件渗透型冰冻保护剂：多属低分子中性物质，在溶液中易结合水分子，发生水合作用，使溶液粘性增加，从而弱化了水的结晶过程，达到保护目的。如：甘油、DMSO、乙二醇（EG）、乙酰胺、丙二醇（PG）等。非渗透型冰冻保护剂：能溶于水，但不能进入细胞，它使溶液呈过冷状态，可在特定温度下降低溶质（电解质）浓度，从而起到保护作用。如：聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、蔗糖（sucrose）、葡聚糖、PEG、白蛋白、羟乙基淀粉。14ppt课件3、冷冻方法：①慢冻法②快冻法③分步冷冻法④干冻法⑤滴冻法4、解冻：速溶。30-400C温水浴溶解。5、解冻后的处理：6、生活力测定及重新培养15ppt课件16ppt课件（二）、玻璃化保存方法玻璃化（vitrification）是指液体转变为非晶体（玻璃态）的固化过程。玻璃化状态是一种透明的“固态”，没有冰晶和溶液效应对细胞造成损伤。玻璃化冰冻是指样品经较高含量的复合保护剂(玻璃化液)处理后，以足够快的降温速度，使液相固化成外形类似玻璃状的稳定而透明的非晶体化固体状态。可以避免在细胞内形成冰晶而对细胞产生损伤。使溶液玻璃化有两条途径：一是大幅度提高冷却速率；二是增加溶液浓度。17ppt课件1．玻璃化法将生物材料经极高浓度的玻璃化溶液快速脱水后，直接投入液氮，使生物材料连同玻璃化溶液发生玻璃化转变，进入玻璃态。此间水分子没有发生重排，不形成冰晶，也不产生结构和体积的改变，因而不会对材料造成伤害。保存终止后，复温时要快速化冻，防止去玻璃化的发生。材料能安全度过冷却和化冻两个关口，就可保证冻存的成功。18ppt课件2．包埋玻璃化法包埋－脱水法和玻璃化法的结合。保存材料先用藻酸钙包埋。包埋的一般方法是将包含有样品的褐藻酸钠溶液滴向高钙溶液,因褐藻酸钙的生成而固化成球状颗粒。然后经蔗糖浓度梯度脱水：目的是为了提高胞质浓度,增加抗冻力和抗脱水力,促进降温过程中玻璃化的形成。脱水时间不一，基本原则是,既要使样品获得高的抗冻力和抗脱水力,又不至于引起样品太多的高渗损伤。

玻璃化溶液处理后直接浸入液氮保存。材料存活率高，可能是藻酸钙包埋后减轻了玻璃化溶液的毒性。19ppt课件第二节人工种子的制备20ppt课件一、人工种子的概念人工种子（artificialseeds）又称合成种子（syntheticseeds）或体细胞种子（somaticseeds）。任何一种繁殖体，无论是在涂膜胶囊中包裹的、裸露的或经过干燥的，只要能够发育成完整的植株，均可称之为人工种子。21ppt课件根据包被的需要程度可分为三类：第一类是裸露的或休眠的繁殖体，如可以适当干燥的体细胞胚、休眠的微鳞茎和微块茎等，它们在不加包被的情况下也具有较高的成株率；22ppt课件小鳞茎成熟的小鳞茎23ppt课件根据包被的需要程度可分为三类：第二类为人工种皮包被的繁殖体，一些体细胞胚、原球茎等不能过度干燥，需人工种皮包被，可维持良好的发芽状态，如胡萝卜体细胞胚；24ppt课件根据包被的需要程度可分为三类：第三类是水凝胶包埋再包被人工种皮的繁殖体，大多数体细胞胚、不定芽、茎尖等均需要先包埋在半液态凝胶中，再经人工种皮包裹才能避免失水，从而维持良好的发芽能力。25ppt课件26ppt课件27ppt课件与试管苗技术和自然有性繁殖种子相比的优点：其一，对无性繁殖植物，有可能建立一种高效快速的繁殖方法，既能保持原有品种的种性，又可以使之具有实生苗的复壮效应；其二，可对优异杂种种子不通过有性制种而快速获得大量种子，特别是对于那些制种困难的植物更具有重要的实用意义；28ppt课件与试管苗技术和自然有性繁殖种子相比的优点：其三，对于不能正常产生种子的特殊植物材料如三倍体、非整倍体、基因工程植物等，有可能通过人工种子在短期内加大繁殖应用；其四，与田间制种相比，可以节省制种用地，且不受季节限制，可以实现工厂化生产，同时还避免了种子携带病原菌的危险；其五，与利用试管苗相比，可以避免移栽困难，且可实现机械化操作，同时还便于储藏和运输。29ppt课件二、繁殖体的类型及其生产（一）、不同类型繁殖体比较包括：体细胞胚、微芽和微型变态器官：1．诱导培养方式体细胞胚：离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞），统称为体细胞胚或胚状体。30ppt课件体细胞胚的定义其一，是离体培养的产物，只限于在离体培养范围使用，以区别于无融合生殖胚；其二，起源于非合子细胞，以区别于合子胚；其三，经过了胚胎发育过程，以区别与离体培养中器官发生形成个体的途径。体细胞胚的诱导和形成需要经过至少两个阶段：第一阶段，在含高生长素浓度的培养基中，诱导培养胚性细胞；第二阶段，在较低生长素或无生长素的培养基中形成体细胞胚。31ppt课件32ppt课件二、繁殖体的类型及其生产（一）、不同类型繁殖体比较1．诱导培养方式微芽：一般只需一个培养程序，但有时为了增加繁殖体的数量，也需进行一定次数的继代。Shootbudscutfromshootculturescanbeusedforartificialseedproduction.Theyarecutto2-3mminsizeandplacedintheencapsulationmatrix..sg/schools/cls/bioline_08.htm33ppt课件二、繁殖体的类型及其生产（一）、不同类型繁殖体比较1．诱导培养方式微芽：一般只需一个培养程序，但有时为了增加繁殖体的数量，也需进行一定次数的继代。微型变态器官：需要经过不同的诱导程序。34ppt课件35ppt课件（二）、繁殖体的生产对繁殖体的要求：首先必须要有较高程度的一致性。这种一致性除了遗传学上的一致性外，还包括生理上的一致性。1．体细胞胚的规模化生产2．微型营养变态器官繁殖体的培养3．芽繁殖体的培养36ppt课件三、人工种子包被（一）、繁殖体的预处理体细胞胚适度脱水干燥和强制休眠；微型变态器官繁殖体表面消毒处理；芽为繁殖体的老化处理。37ppt课件（二）、繁殖体的包埋38ppt课件海藻酸钠作包埋介质的操作程序配制好海藻酸钠溶液，按一定比例加入繁殖体并混匀，然后将其逐滴滴入2.0～2.5%的CaCl2溶液中，经20～30min的离子交换作用，即能形成含有繁殖体并具有一定刚性的小球珠，再用水漂洗20min以终止反应。此时的人工种子是一种胶囊状结构，将其晾干后可贮存或播种。39ppt课件40ppt课件41ppt课件42ppt课件（三）、人工种皮的研制具有一定的封闭性以保证人工胚乳的各种成分不易流失；具有良好的透气性，以保证繁殖体维持生理活性的需要；应有一定的坚硬度，以加强人工种子的耐储运性和适于机械化操作；无毒无害，能保证繁殖体顺利穿透发芽。43ppt课件聚氧乙烯、海藻酸钠、明胶、果胶酸钠、琼脂、琼脂糖、淀粉、树胶、明胶、果胶酸钠及Gel-riteTM等。海藻酸钠应用最广。44ppt课件（四）、人工种子的发展、应用前景、问题根本上来说是植物离体快速繁殖技术的延伸和发展。与常规离体繁殖技术相比的优点：人工种子可以贮藏，因而可以周年生产，避免了试管苗应用中由于季节性生产而带来的诸多矛盾。人工种子可直接播种，减少了试管苗移栽在操作和管理上的困难，可实现机械化操作和常规的田间管理。由于可以长距离运输，因此，人工种子可以建立相对集中的大型生产企业，实现资源和技术优化。45ppt课件微器官人工种子可能最先用于无性繁殖植物人工种子可用于天然种子繁殖后代群体变异大的植物（四）、人工种子的发展、应用前景、问题46ppt课件①许多重要的植物目前还不能靠组织培养快速产生大量的、出苗整齐一致的、高质量的体细胞胚或不定芽。②包埋剂的选择及制作工艺方面尚需改进，以提高体胚到正常植株的转化率，并达到加工运输方便、防干防腐耐贮藏的目的。③如何进行大量制种和大田播种，实现机械化操作等方面配套技术尚需进一步研究。（四）、人工种子的发展、应用前景、问题47ppt课件1、人工种子的概念和类型。2．人工种子对繁殖体有什么特殊要求？3．目前人工种子生产中需要研究解决的主要技术问题。4．目前人工种子最适于在哪些方面应用？48ppt课件第三节植物的快速繁殖(1)高的繁殖速度(2)不受气候和季节干扰，可实现工厂化育苗(3)扩大繁殖珍稀植物资源和育种原始材料(4)加快繁殖系数低或种子繁殖难的植物的繁殖(5)加快繁殖不能用种子繁殖的植物(6)经济、安全地保存植物种质资源(7)脱病毒苗49ppt课件

一、植物快速繁殖的类型1、器官型：即直接从母体组织产生小植株。通过腋芽萌发或者器官外植体诱导不定芽，以芽增殖芽，扩大繁殖系数。该方式的特点是繁殖系数高，遗传性比较稳定，是快速繁殖的主要方式。50ppt课件返回51ppt课件2、器官发生型：从植物叶片、子房、花药、叶柄、胚轴等诱导出愈伤组织，从愈伤组织上诱导不定芽或根来，最后形成再生植株的过程。但可能会发生变异，用于良种繁殖时要注意。外植体---callus－不定芽－再生植株52ppt课件3、胚状体发生（somaticembryogenesis）型:从愈伤组织或直接从子叶、下胚轴和花药培养中产生胚状体，再通过胚状体成苗的方式。特点：繁殖系数高、遗传性一致。植物细胞的全能性首先由此得到证明。53ppt课件54ppt课件55ppt课件返回56ppt课件57ppt课件4、原球茎(protocorm-likebody,PLB)发生型：兰科等植物的培养属于这一类型，原球茎是缩短了的、呈珠粒状的、由胚性细胞组成的、类似嫩茎的器官。培养兰花的茎尖或腋芽可直接产生原球茎，可以分化成植株，也可以继代增殖产生新的原球茎，这取决于条件和培养基。58ppt课件5、丛生芽增殖型:茎尖或初代培养的芽，在适宜的培养基上诱导，不断发生腋芽而成丛生芽，然后再转入生根培养基，诱导生根成苗，扩大繁殖。这种从芽到芽，遗传性状稳定，繁殖速度快。非洲菊、香蕉、芦荟。59ppt课件60ppt课件61ppt课件彩色马蹄莲62ppt课件63ppt课件64ppt课件65ppt课件66ppt课件FigEstablishmentofshootculturesandpropagationofshootsbydifferentbioreactors.B：Ashootclusterproduced8weeksfollowingcrown-tipmeristemisolation.C：Air-liftbioreactoraftera10-weekcultureof200shootclusters.D：Rotatingbioreactorafteran8-weekcultureof30shootclusters.E：Periodicimmersionbioreactor(PIB)afteran8-weekcultureof150shootclusters.F：AshootclusterproducedbyPIB.G：Shootsofdifferentsizes(2–6cm)separatedfromacluster.H：Shootsinatraycontainingrootingmedium.I：Plantsaftertransfertosoil67ppt课件Fig.A–DMethodologyofbioreactor-basedmicropropagation.DrawingschematicillustrationofPIB.A：Shootmultiplicationbylongitudinalsectionpreparation.B：ComparisonofPIB(left)andair-liftbioreactor(right)formassofshootsproducedin6weeks.Equalnumbersofshootswereplacedineachbioreactor.C：ProductionofhealthyshootsinPIB.D：Apineappleplant,producedviaPIB,growninthe