植物組織培養(yǎng)第1章 植物組織培養(yǎng)基本知識(shí)

1、 主講教師主講教師: 趙趙 鸝鸝 郵郵 箱：箱： 本課程學(xué)習(xí)要求本課程學(xué)習(xí)要求掌握基本原理掌握基本原理掌握基本概念掌握基本概念了解開展組織培養(yǎng)工作的基本設(shè)施了解開展組織培養(yǎng)工作的基本設(shè)施掌握植物組織培養(yǎng)基本的操作技術(shù)及操作流程掌握植物組織培養(yǎng)基本的操作技術(shù)及操作流程 了解植物組織培養(yǎng)在植物快繁等方面的應(yīng)用了解植物組織培養(yǎng)在植物快繁等方面的應(yīng)用成績(jī)?cè)u(píng)定：成績(jī)?cè)u(píng)定：本課程為考查科目，采用理論考試（本課程為考查科目，采用理論考試（40%）、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)）、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、團(tuán)隊(duì)精神等）（驗(yàn)結(jié)果、團(tuán)隊(duì)精神等）（50%）、作業(yè)與平時(shí)表現(xiàn)（）、作業(yè)與平時(shí)表現(xiàn)（10%）相結(jié)合的

2、考核方式。）相結(jié)合的考核方式。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分值分配：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分值分配：實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一5%、實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)二10%、實(shí)驗(yàn)三、實(shí)驗(yàn)三10%、實(shí)驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)四20%、實(shí)驗(yàn)五、實(shí)驗(yàn)五5%本課程的學(xué)習(xí)方法本課程的學(xué)習(xí)方法 做好基本功：做好基本功： 植物學(xué)、植物生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)植物學(xué)、植物生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué) 重視實(shí)驗(yàn)課重視實(shí)驗(yàn)課（36節(jié)實(shí)驗(yàn)課、節(jié)實(shí)驗(yàn)課、14節(jié)理論）節(jié)理論） 練就嫻熟的實(shí)驗(yàn)技能練就嫻熟的實(shí)驗(yàn)技能 學(xué)會(huì)對(duì)新知識(shí)的不斷吸收和總結(jié)：學(xué)會(huì)對(duì)新知識(shí)的不斷吸收和總結(jié)： 發(fā)展中的學(xué)科，有更多新知識(shí)、新結(jié)論、新技術(shù)發(fā)展中的學(xué)科，有更多新知識(shí)、新結(jié)論、新技術(shù) 結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際：結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際： 應(yīng)

3、用性強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)會(huì)應(yīng)用，才有作用。應(yīng)用性強(qiáng)的學(xué)科，學(xué)會(huì)應(yīng)用，才有作用。第一章第一章 植物組織培養(yǎng)的基本知識(shí)植物組織培養(yǎng)的基本知識(shí)主要內(nèi)容主要內(nèi)容植物組織培養(yǎng)定義及類型植物組織培養(yǎng)定義及類型植物組織培養(yǎng)的基本原理植物組織培養(yǎng)的基本原理植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用目的與要求目的與要求 掌握植物組織培養(yǎng)的概念與類型掌握植物組織培養(yǎng)的概念與類型 掌握植物組織培養(yǎng)的基本原理掌握植物組織培養(yǎng)的基本原理 了解植物組織培養(yǎng)的特點(diǎn)了解植物組織培養(yǎng)的特點(diǎn) 了解植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史了解植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史 了解植物組織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)了解植物組

4、織培養(yǎng)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用用一、植物組織培養(yǎng)一般概念一、植物組織培養(yǎng)一般概念 定義定義：離體離體（in vitro)條件下利用條件下利用人工培人工培養(yǎng)條件養(yǎng)條件在在無菌無菌情況下，對(duì)植物情況下，對(duì)植物組織組織（器官、組（器官、組織、細(xì)胞、原生質(zhì)體等）織、細(xì)胞、原生質(zhì)體等）進(jìn)行培養(yǎng)，并使之生長(zhǎng)、進(jìn)行培養(yǎng)，并使之生長(zhǎng)、發(fā)育再生出發(fā)育再生出完整植株完整植株的過程。的過程。 外植體外植體（explant)：由活體（：由活體（in vivo)植物體植物體上提取下來的，接種在培養(yǎng)基上的無菌細(xì)胞、組上提取下來的，接種在培養(yǎng)基上的無菌細(xì)胞、組織、器官等?？?、器官等。二、植物組織培養(yǎng)的類型二、植物組織培養(yǎng)的類型1.

5、依外植體不同分：依外植體不同分： 器官培養(yǎng)器官培養(yǎng)（organ culture） 莖尖分生組織培養(yǎng)莖尖分生組織培養(yǎng)(shoot tip culture,shoot apex culture,apical meristem culture) 愈傷組織培養(yǎng)愈傷組織培養(yǎng)(calluse cultrue) 細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)(cell culture) 原生質(zhì)體培養(yǎng)原生質(zhì)體培養(yǎng)(protoplast culture) 愈傷組織（愈傷組織（callus）:在人工培養(yǎng)基上由外植體上形成的一在人工培養(yǎng)基上由外植體上形成的一團(tuán)無序生長(zhǎng)狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。團(tuán)無序生長(zhǎng)狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。蟹爪蘭的愈傷組織蟹爪蘭的愈傷組織二、

6、植物組織培養(yǎng)的類型二、植物組織培養(yǎng)的類型 按培養(yǎng)方法分為按培養(yǎng)方法分為固體培養(yǎng)固體培養(yǎng)（solid culture）: 在液體培養(yǎng)液中加入在液體培養(yǎng)液中加入0.5%1 %的瓊脂使液體培養(yǎng)液半固化，再接種培養(yǎng)物的瓊脂使液體培養(yǎng)液半固化，再接種培養(yǎng)物的一種培養(yǎng)技術(shù)。的一種培養(yǎng)技術(shù)。液體培養(yǎng)液體培養(yǎng)（submerged culture）：）： 把細(xì)胞或生物體把細(xì)胞或生物體的一部分，置于液體培養(yǎng)基中使其發(fā)育，并不斷振蕩，的一部分，置于液體培養(yǎng)基中使其發(fā)育，并不斷振蕩，使之均勻地在懸濁液中進(jìn)行培養(yǎng)的一種方法使之均勻地在懸濁液中進(jìn)行培養(yǎng)的一種方法看護(hù)培養(yǎng)看護(hù)培養(yǎng)（nurse culture）：將親本愈傷組

7、織或高密）：將親本愈傷組織或高密度的懸浮細(xì)胞同低密度細(xì)胞一起培養(yǎng)，以促進(jìn)低密度細(xì)度的懸浮細(xì)胞同低密度細(xì)胞一起培養(yǎng)，以促進(jìn)低密度細(xì)胞生長(zhǎng)、分裂的培養(yǎng)方法。胞生長(zhǎng)、分裂的培養(yǎng)方法?？醋o(hù)培養(yǎng)是由繆爾（看護(hù)培養(yǎng)是由繆爾（Muir）于）于1953年創(chuàng)立的。年創(chuàng)立的。微室培養(yǎng)微室培養(yǎng)（microchamber culture） ：利用玻璃或塑：利用玻璃或塑料制作的小室進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的技術(shù)。料制作的小室進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的技術(shù)。看護(hù)培養(yǎng)看護(hù)培養(yǎng)（nurse culture）：將親本愈傷組織或高密）：將親本愈傷組織或高密度的懸浮細(xì)胞同低密度細(xì)胞一起培養(yǎng)，以促進(jìn)低密度細(xì)度的懸浮細(xì)胞同低密度細(xì)胞一起培養(yǎng)，以促進(jìn)低密度細(xì)胞

8、生長(zhǎng)、分裂的培養(yǎng)方法。胞生長(zhǎng)、分裂的培養(yǎng)方法?？醋o(hù)培養(yǎng)是由繆爾（看護(hù)培養(yǎng)是由繆爾（Muir）于）于1953年創(chuàng)立的。年創(chuàng)立的。微室培養(yǎng)微室培養(yǎng)（microchamber culture） ：利用玻璃或塑：利用玻璃或塑料制作的小室進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的技術(shù)。料制作的小室進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)的技術(shù)。二、植物組織培養(yǎng)的類型二、植物組織培養(yǎng)的類型3.按培養(yǎng)過程分為：按培養(yǎng)過程分為： 初代培養(yǎng)（初代培養(yǎng)（Primary culture）(無菌培養(yǎng)物無菌培養(yǎng)物) 將從植物體上分離下來的第一次培養(yǎng)。將從植物體上分離下來的第一次培養(yǎng)。 繼代培養(yǎng)（繼代培養(yǎng)（Subculture）（增殖培養(yǎng)）（增殖培養(yǎng)） 將初代培養(yǎng)得到的培養(yǎng)物

9、轉(zhuǎn)移到新的培將初代培養(yǎng)得到的培養(yǎng)物轉(zhuǎn)移到新的培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，稱為繼代培養(yǎng)。養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)，稱為繼代培養(yǎng)。三、植物組織培養(yǎng)的基本原理三、植物組織培養(yǎng)的基本原理植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性基本原理：基本原理： 植物細(xì)胞的全能性（植物細(xì)胞的全能性（totipotent)： -植物細(xì)胞具有該植物體植物細(xì)胞具有該植物體全部遺傳全部遺傳的可能性，在一定條件的可能性，在一定條件下具有發(fā)育成下具有發(fā)育成完整植物體完整植物體的的潛在能力潛在能力。從理論上講，生物體。從理論上講，生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性.細(xì)胞差異細(xì)胞差異：（1） 受精卵的全能性最高（胚性強(qiáng)）受精卵的

10、全能性最高（胚性強(qiáng)） （2） 體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞的低體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞的低。實(shí)踐證明實(shí)踐證明：處于離體狀態(tài)的植物活細(xì)胞，在一定的處于離體狀態(tài)的植物活細(xì)胞，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實(shí)現(xiàn)的這一過程，就是植物組織成完整的植株。人工條件下實(shí)現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。培養(yǎng)。 三、植物組織培養(yǎng)的基本原理三、植物組織培養(yǎng)的基本原理植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞全能性的表達(dá)植物細(xì)胞全能性的表達(dá)兩個(gè)過程：兩個(gè)過程：脫分化脫分化（dedifferentiat

11、ion)：一個(gè)成熟細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚粋€(gè)成熟細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚鸂顟B(tài)的過程。恢復(fù)細(xì)胞的分裂活性。狀態(tài)的過程?；謴?fù)細(xì)胞的分裂活性。再分化再分化（redifferentiation):經(jīng)脫分化的組織或細(xì)胞在一經(jīng)脫分化的組織或細(xì)胞在一定的培養(yǎng)條件下轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N不同細(xì)胞類型的過程。定的培養(yǎng)條件下轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N不同細(xì)胞類型的過程。離體的植物離體的植物器官、組織、器官、組織、細(xì)胞細(xì)胞脫分化脫分化愈愈傷傷組組織織再分化再分化根根芽芽胚胚狀狀體體植植物物體體 植物組織培養(yǎng)過程植物組織培養(yǎng)過程（細(xì)胞全能性表達(dá)過程）（細(xì)胞全能性表達(dá)過程）植物組織培養(yǎng)條件植物組織培養(yǎng)條件 含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基(無機(jī)、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)、無機(jī)、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)、

12、植植物激素物激素)、一定的溫度、空氣、光照、適合的pH、無菌環(huán)境等。 植物激素控制理論：植物激素控制理論：細(xì)胞分裂素細(xì)胞分裂素/ 生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素-可控制器官的分可控制器官的分化：高化：高-莖芽的分化；中莖芽的分化；中-誘導(dǎo)愈傷組織；低誘導(dǎo)愈傷組織；低-根的形成）根的形成）四、植物組織培養(yǎng)特點(diǎn)四、植物組織培養(yǎng)特點(diǎn)培養(yǎng)條件可以人為控制培養(yǎng)條件可以人為控制 在人為提供的培養(yǎng)基質(zhì)和小氣候環(huán)境條件下進(jìn)行生長(zhǎng)，擺脫了大自然中在人為提供的培養(yǎng)基質(zhì)和小氣候環(huán)境條件下進(jìn)行生長(zhǎng)，擺脫了大自然中四季、晝夜的變化以及災(zāi)害性氣候的不利影響，且條件均一，對(duì)植物生四季、晝夜的變化以及災(zāi)害性氣候的不利影響，且條件均一，對(duì)植物生

13、長(zhǎng)極為有利，便于穩(wěn)定地進(jìn)行周年培養(yǎng)生產(chǎn)。長(zhǎng)極為有利，便于穩(wěn)定地進(jìn)行周年培養(yǎng)生產(chǎn)。 生長(zhǎng)周期短，繁殖率高生長(zhǎng)周期短，繁殖率高 由于人為控制培養(yǎng)條件，因此生長(zhǎng)較快，一般由于人為控制培養(yǎng)條件，因此生長(zhǎng)較快，一般2030d為一個(gè)周期。植物為一個(gè)周期。植物材料按幾何級(jí)數(shù)繁殖生產(chǎn)，總體來說成本低廉，且能及時(shí)提供規(guī)格一致材料按幾何級(jí)數(shù)繁殖生產(chǎn)，總體來說成本低廉，且能及時(shí)提供規(guī)格一致的優(yōu)質(zhì)種苗或脫病毒種苗。的優(yōu)質(zhì)種苗或脫病毒種苗。 管理方便，利于工廠化生產(chǎn)和自動(dòng)化控制管理方便，利于工廠化生產(chǎn)和自動(dòng)化控制 植物組織培養(yǎng)是在一定的場(chǎng)所和環(huán)境下，人為提供一定的溫度、光照、濕植物組織培養(yǎng)是在一定的場(chǎng)所和環(huán)境下，人為提

14、供一定的溫度、光照、濕度、營(yíng)養(yǎng)、激素等條件，既利于高度集約化和高密度工廠化生產(chǎn)，也利度、營(yíng)養(yǎng)、激素等條件，既利于高度集約化和高密度工廠化生產(chǎn)，也利于自動(dòng)化控制生產(chǎn)。它是未來農(nóng)業(yè)工廠化育苗的發(fā)展方向。它與盆栽、于自動(dòng)化控制生產(chǎn)。它是未來農(nóng)業(yè)工廠化育苗的發(fā)展方向。它與盆栽、田間栽培等相比省去了中耕除草、澆水施肥、防治病蟲害等一系列繁雜田間栽培等相比省去了中耕除草、澆水施肥、防治病蟲害等一系列繁雜勞動(dòng)，可以大大節(jié)省人力、物力及田間種植所需要的土地。勞動(dòng)，可以大大節(jié)省人力、物力及田間種植所需要的土地。 五、植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史五、植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史探索階段（探索階段（1902-1929年）年）組

15、培方法和定義的建立階段（組培方法和定義的建立階段（1930-1939年）年）細(xì)胞全能性的證實(shí)階段（細(xì)胞全能性的證實(shí)階段（1940-1959）組培技術(shù)和理論迅速發(fā)展階段（組培技術(shù)和理論迅速發(fā)展階段（1960-今）今）四個(gè)階段四個(gè)階段1. 探索階段（探索階段（1902-1929年）年）Haberlandt：基礎(chǔ)：基礎(chǔ)：貢獻(xiàn)：貢獻(xiàn)：提出細(xì)胞全能性假設(shè)提出細(xì)胞全能性假設(shè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)-檢驗(yàn)細(xì)胞學(xué)說檢驗(yàn)細(xì)胞學(xué)說小野芝麻和鳳眼蘭的柵欄細(xì)胞和虎小野芝麻和鳳眼蘭的柵欄細(xì)胞和虎眼萬年青屬表皮細(xì)胞眼萬年青屬表皮細(xì)胞無分裂無分裂細(xì)胞高度分化細(xì)胞高度分化+培養(yǎng)基中無生長(zhǎng)激素培養(yǎng)基中無生長(zhǎng)激素首次進(jìn)行離體細(xì)胞培養(yǎng)首次進(jìn)行離體

16、細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞學(xué)說細(xì)胞學(xué)說Knop+蔗糖蔗糖關(guān)于單離植物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)關(guān)于單離植物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)我愿意指出：在我的我愿意指出：在我的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，雖然經(jīng)常培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，雖然經(jīng)常觀察到細(xì)胞的明顯生長(zhǎng)，觀察到細(xì)胞的明顯生長(zhǎng)，但從未觀察到細(xì)胞分裂。但從未觀察到細(xì)胞分裂。發(fā)現(xiàn)單細(xì)胞培養(yǎng)的條件，發(fā)現(xiàn)單細(xì)胞培養(yǎng)的條件，將是未來培養(yǎng)試驗(yàn)的難將是未來培養(yǎng)試驗(yàn)的難題。在未來，人們可以題。在未來，人們可以成功地從營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)成功地從營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)出人工胚。出人工胚。1904年年：Hanning胚培養(yǎng)：培養(yǎng)蘿卜和辣根胚培養(yǎng)：培養(yǎng)蘿卜和辣根菜的胚，得到植株菜的胚，得到植株1922年年：Kotte和和Robbins根培養(yǎng)根培養(yǎng)19

17、25年年：Laibach亞麻種間雜交幼胚培養(yǎng)得到亞麻種間雜交幼胚培養(yǎng)得到雜種雜種其它研究其它研究1922年：年：Knudson采用胚培養(yǎng)法獲得蘭花幼采用胚培養(yǎng)法獲得蘭花幼苗，克服其種子發(fā)芽困難的問題。苗，克服其種子發(fā)芽困難的問題。2. 組培方法和定義的建立階段（組培方法和定義的建立階段（1930-1939年）年）1934年：年：White番茄根建立第一個(gè)活躍生長(zhǎng)的植物無性系。番茄根建立第一個(gè)活躍生長(zhǎng)的植物無性系。當(dāng)根當(dāng)根2厘米長(zhǎng)切成厘米長(zhǎng)切成0.5-1厘米厘米切斷切斷，無菌，無菌液體培養(yǎng)液體培養(yǎng)完全完全相同的相同的離體根離體根根離體培養(yǎng)真正成功。根離體培養(yǎng)真正成功。28年年-1600代。代。1

18、934年：年：Gautherete培養(yǎng)山毛楊、黑楊形成層組織產(chǎn)生了培養(yǎng)山毛楊、黑楊形成層組織產(chǎn)生了Callus1937年：年：White發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)3種種B族維生素族維生素（吡哆醇、硫胺素、煙酸）（吡哆醇、硫胺素、煙酸） 和和IAA對(duì)植物生長(zhǎng)有用對(duì)植物生長(zhǎng)有用1939年：年：Gautherete培養(yǎng)胡蘿卜培養(yǎng)胡蘿卜根根小外植體成功小外植體成功1939年：年：White培養(yǎng)煙草種間雜種培養(yǎng)煙草種間雜種幼莖切段幼莖切段原形成層成功原形成層成功1939年：年：Nobecourt培養(yǎng)胡蘿卜培養(yǎng)胡蘿卜根塊莖薄壁組織根塊莖薄壁組織成功成功組織培養(yǎng)學(xué)科的奠基人組織培養(yǎng)學(xué)科的奠基人組織培養(yǎng)的奠基人組織培養(yǎng)的奠基人

19、3. 細(xì)胞全能性的證實(shí)階段（細(xì)胞全能性的證實(shí)階段（1940-1959）1943年：年：White植物組織培養(yǎng)手冊(cè)植物組織培養(yǎng)手冊(cè)A Handbook of Plant Tissue Culture，標(biāo)志組織培養(yǎng)，標(biāo)志組織培養(yǎng)成為一門新興學(xué)科成為一門新興學(xué)科1946年：年：羅士韋在菟絲子莖尖培養(yǎng)中觀察到花羅士韋在菟絲子莖尖培養(yǎng)中觀察到花的形成，為的形成，為試管受精試管受精奠定了基礎(chǔ)奠定了基礎(chǔ)1948年：年：Skoog和崔真培養(yǎng)煙草莖段時(shí)，發(fā)現(xiàn)腺和崔真培養(yǎng)煙草莖段時(shí)，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤或腺苷可解除生長(zhǎng)素對(duì)芽生長(zhǎng)的抑嘌呤或腺苷可解除生長(zhǎng)素對(duì)芽生長(zhǎng)的抑制作用，制作用，腺嘌呤腺嘌呤/生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素高，生芽；低，高

20、，生芽；低，生根；相等，不分化。生根；相等，不分化。1952-1953年：年：美國(guó)科學(xué)家美國(guó)科學(xué)家Steward F.C. 用胡蘿卜根的用胡蘿卜根的細(xì)胞懸浮培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞懸浮培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞單個(gè)細(xì)胞能經(jīng)歷象受精卵發(fā)育成胚能經(jīng)歷象受精卵發(fā)育成胚一樣的途徑，發(fā)育成完整植抹。一樣的途徑，發(fā)育成完整植抹。證實(shí)了植物細(xì)胞全能性證實(shí)了植物細(xì)胞全能性學(xué)說。學(xué)說。1952年：年：Morel和和Martin首次報(bào)道莖尖分生組織的離體首次報(bào)道莖尖分生組織的離體培養(yǎng)，獲得培養(yǎng)，獲得無病毒無病毒大麗花植株。大麗花植株。1954年：年：Muir將將煙草愈傷組織置于固體培養(yǎng)基上，在煙草愈傷組織置于固體培養(yǎng)基上，在其上放

21、一片濾紙，再在濾紙片上放上一其上放一片濾紙，再在濾紙片上放上一 個(gè)煙草體細(xì)胞，個(gè)煙草體細(xì)胞，單細(xì)胞培養(yǎng)成功單細(xì)胞培養(yǎng)成功。1957年：年：Skoog、Miller提出了激素控制理論提出了激素控制理論（細(xì)（細(xì)胞分裂素胞分裂素/ 生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素-可控制器官的分化：高可控制器官的分化：高-莖芽的分化；莖芽的分化；中中-誘導(dǎo)愈傷組織；低誘導(dǎo)愈傷組織；低-根的形成）根的形成）4. 組培技術(shù)和理論迅速發(fā)展階段（組培技術(shù)和理論迅速發(fā)展階段（1960-今）今）1960年以來組織培養(yǎng)理論、實(shí)踐、技術(shù)和方年以來組織培養(yǎng)理論、實(shí)踐、技術(shù)和方法不斷完善和發(fā)展，形成獨(dú)具特色的專業(yè)技法不斷完善和發(fā)展，形成獨(dú)具特色的專業(yè)技術(shù)

22、術(shù)在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上建立了較完整的實(shí)驗(yàn)程序，已在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上建立了較完整的實(shí)驗(yàn)程序，已成為一種重要和精細(xì)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)成為一種重要和精細(xì)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)組織培養(yǎng)已廣泛應(yīng)用于生物學(xué)的許多分支學(xué)組織培養(yǎng)已廣泛應(yīng)用于生物學(xué)的許多分支學(xué)科，并取得豐碩的成果。科，并取得豐碩的成果。4.1原生質(zhì)體培養(yǎng)原生質(zhì)體培養(yǎng)1960年：年：Cocking酶解法分離原生質(zhì)體獲得成功。酶解法分離原生質(zhì)體獲得成功。使植使植物細(xì)胞可以象動(dòng)物細(xì)胞一樣進(jìn)行細(xì)胞融合。物細(xì)胞可以象動(dòng)物細(xì)胞一樣進(jìn)行細(xì)胞融合。1971年，日本年，日本 takebe和和Nagata首次利用煙草葉片分離首次利用煙草葉片分離原生質(zhì)體并獲得再生植株。原生質(zhì)體并獲得再生植株。我國(guó)

23、我國(guó)獲得了獲得了30個(gè)以上品種的原生質(zhì)體再生植株個(gè)以上品種的原生質(zhì)體再生植株，其中，其中包括難度較大的重要糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物大豆、水稻、包括難度較大的重要糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物大豆、水稻、玉米、小麥、谷子、高梁、大麥、棉花、油萊、馬鈴玉米、小麥、谷子、高梁、大麥、棉花、油萊、馬鈴薯等薯等4.2 細(xì)胞融合與體細(xì)胞雜交細(xì)胞融合與體細(xì)胞雜交1972年，美國(guó)年，美國(guó)Carlson誘導(dǎo)粉藍(lán)煙草和郎氏煙草的原生誘導(dǎo)粉藍(lán)煙草和郎氏煙草的原生質(zhì)體融合得到質(zhì)體融合得到種間體細(xì)胞雜種種間體細(xì)胞雜種第一株體細(xì)胞雜種。第一株體細(xì)胞雜種。1978年，年，有性雜交不親和的番茄有性雜交不親和的番茄/馬鈴薯間的體細(xì)胞雜馬鈴薯間的

24、體細(xì)胞雜交獲得了交獲得了雜種植株雜種植株(Melchers)。隨后獲得了地上結(jié)番茄，。隨后獲得了地上結(jié)番茄，地下生馬鈴薯的雜種植物。地下生馬鈴薯的雜種植物。1985年，年，馬鈴薯的栽培品種與野生種的體細(xì)胞雜交，馬鈴薯的栽培品種與野生種的體細(xì)胞雜交，得到了抗晚疫病和卷葉病的得到了抗晚疫病和卷葉病的體細(xì)胞雜種體細(xì)胞雜種(Austin)。4.3 胚胎培養(yǎng)和試管受精胚胎培養(yǎng)和試管受精避免避免受精后胚乳發(fā)育不良受精后胚乳發(fā)育不良或因或因種胚與胚乳間不親和種胚與胚乳間不親和而而致使雜種胚夭折，致使雜種胚夭折，及時(shí)分離幼胚及時(shí)分離幼胚接種在接種在無激素培養(yǎng)基無激素培養(yǎng)基上使之上使之直接成苗直接成苗，這就是，

25、這就是胚挽救胚挽救。大大提高遠(yuǎn)緣雜交的成功率大大提高遠(yuǎn)緣雜交的成功率。印度科學(xué)家印度科學(xué)家在裁培種菜豆、黃麻和花生的遠(yuǎn)緣雜交中在裁培種菜豆、黃麻和花生的遠(yuǎn)緣雜交中獲得了理想的重組體。獲得了理想的重組體。中國(guó)農(nóng)科院蔬菜所中國(guó)農(nóng)科院蔬菜所培養(yǎng)結(jié)球甘藍(lán)和大白菜的雜種胚得培養(yǎng)結(jié)球甘藍(lán)和大白菜的雜種胚得到了種間雜種。到了種間雜種。4.4 組織及細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)有用物質(zhì)組織及細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)有用物質(zhì) Arregnin和和bonner在在1950年首先進(jìn)行了年首先進(jìn)行了培養(yǎng)橡膠莖愈傷組織獲培養(yǎng)橡膠莖愈傷組織獲取橡膠的嘗試取橡膠的嘗試。近近50年來飛速的發(fā)展。從年來飛速的發(fā)展。從400多種植物培養(yǎng)細(xì)胞中分離到多種植物

26、培養(yǎng)細(xì)胞中分離到600多種多種次級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物，其中，其中60多種在含量上多種在含量上超過或等于其原植物超過或等于其原植物，20種種以上干重超過以上干重超過1。在日本，在日本，人參細(xì)胞培養(yǎng)人參細(xì)胞培養(yǎng)已達(dá)已達(dá)130600L發(fā)酵罐；德國(guó)用發(fā)酵罐；德國(guó)用1000L發(fā)酵罐發(fā)酵罐培養(yǎng)毛地黃細(xì)胞培養(yǎng)毛地黃細(xì)胞；在我國(guó)，人參細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)也已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。；在我國(guó)，人參細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)也已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 利用培養(yǎng)細(xì)胞的生物轉(zhuǎn)化能力生產(chǎn)利用培養(yǎng)細(xì)胞的生物轉(zhuǎn)化能力生產(chǎn)高值化合物高值化合物，德國(guó)科學(xué)家進(jìn)行，德國(guó)科學(xué)家進(jìn)行了出色的研究。他們?cè)诿攸S細(xì)胞的培養(yǎng)中加入生物合成途徑的了出色的研究。他們?cè)诿攸S細(xì)胞的培養(yǎng)中

27、加入生物合成途徑的中間化合物毛地黃毒素中間化合物毛地黃毒素和和 一甲基毛地黃毒素一甲基毛地黃毒素，培養(yǎng)細(xì)胞以幾乎，培養(yǎng)細(xì)胞以幾乎 100的轉(zhuǎn)化速率使之的轉(zhuǎn)化速率使之羥基化羥基化，變?yōu)獒t(yī)藥，變?yōu)獒t(yī)藥強(qiáng)心劑地高辛強(qiáng)心劑地高辛。4.5 單倍體育種單倍體育種1964年，印度的年，印度的Guba和和Meheshiwari培養(yǎng)毛葉曼陀羅花培養(yǎng)毛葉曼陀羅花藥獲得了第一棵單倍體植株。藥獲得了第一棵單倍體植株。我國(guó)于我國(guó)于1970年開始這方面的研究，取得了很大的成果。年開始這方面的研究，取得了很大的成果。40種以上植物獲得單倍體植株，種以上植物獲得單倍體植株，其中小麥、玉米、橡膠其中小麥、玉米、橡膠樹、楊樹、辣

28、權(quán)、油菜、柑桔、甘蔗、大豆、葡萄和蘋樹、楊樹、辣權(quán)、油菜、柑桔、甘蔗、大豆、葡萄和蘋果等的單倍體植株為我國(guó)首創(chuàng)果等的單倍體植株為我國(guó)首創(chuàng)。通過單倍體育種獲得了。通過單倍體育種獲得了水稻、小麥、煙草、辣椒和甜櫻新品種。中花水稻、小麥、煙草、辣椒和甜櫻新品種。中花8號(hào)、號(hào)、9號(hào)號(hào)等等15個(gè)水稻新品種，總種植面積達(dá)個(gè)水稻新品種，總種植面積達(dá)1000萬畝。萬畝。通過花粉和花藥培養(yǎng)已獲得了通過花粉和花藥培養(yǎng)已獲得了幾百種植物幾百種植物的單倍體植株。的單倍體植株。 花藥培養(yǎng)花藥培養(yǎng)：中花：中花8 8號(hào)水稻、京花號(hào)水稻、京花1 1號(hào)小麥。號(hào)小麥。 體細(xì)胞無性系變異：體細(xì)胞無性系變異：我國(guó)已經(jīng)培育出我國(guó)已經(jīng)培

29、育出抗白葉抗白葉枯病及賴氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、絲氨酸枯病及賴氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、絲氨酸和酪氨酸含量高于親本系的水稻變異體和酪氨酸含量高于親本系的水稻變異體。 突變體誘導(dǎo)和篩選突變體誘導(dǎo)和篩選細(xì)胞突變體的篩選最早始于細(xì)胞突變體的篩選最早始于19591959年年，G G，MelchersMelchers在在金魚草懸浮細(xì)胞培養(yǎng)金魚草懸浮細(xì)胞培養(yǎng)中獲得了中獲得了溫度突變體溫度突變體。迄今為止，不少于。迄今為止，不少于1515個(gè)個(gè)科、科、4545個(gè)種的植物細(xì)胞培養(yǎng)中篩選出個(gè)種的植物細(xì)胞培養(yǎng)中篩選出100100個(gè)以個(gè)以上的細(xì)胞突變體或變異體上的細(xì)胞突變體或變異體，有，有抗病抗病細(xì)胞突變體、細(xì)胞突

30、變體、逆境脅迫抗性逆境脅迫抗性突變體、突變體、抗除草劑細(xì)胞抗除草劑細(xì)胞突變體及突變體及營(yíng)養(yǎng)缺陷型營(yíng)養(yǎng)缺陷型細(xì)胞突變體等。細(xì)胞突變體等。其他：其他：植物快速繁殖技術(shù)植物快速繁殖技術(shù)60年代，法國(guó)的年代，法國(guó)的Morel用用莖尖培養(yǎng)莖尖培養(yǎng)的方法大量的方法大量繁殖蘭花繁殖蘭花獲得成功。植物獲得成功。植物快速繁殖技術(shù)快速繁殖技術(shù)、試管苗工廠化生產(chǎn)試管苗工廠化生產(chǎn)和和無無病毒種苗生產(chǎn)技術(shù)病毒種苗生產(chǎn)技術(shù)在在70年代得到了快速的發(fā)展。年代得到了快速的發(fā)展。美國(guó)、法國(guó)、意大利、荷蘭等歐美國(guó)家美國(guó)、法國(guó)、意大利、荷蘭等歐美國(guó)家試管苗的年產(chǎn)量試管苗的年產(chǎn)量均在數(shù)千萬株以上，并且以每年均在數(shù)千萬株以上，并且以每

31、年7-8的速度增加。的速度增加。 我國(guó)快速繁殖和無病毒種苗生產(chǎn)的研究始于我國(guó)快速繁殖和無病毒種苗生產(chǎn)的研究始于70年代，年代，到到“ 七五七五”期間研究期間研究成果開始向應(yīng)用轉(zhuǎn)化成果開始向應(yīng)用轉(zhuǎn)化并大見成效。并大見成效。馬鈴薯無毒種薯馬鈴薯無毒種薯和和甘蔗種苗甘蔗種苗已在生產(chǎn)上大面積種植。已在生產(chǎn)上大面積種植。 組織細(xì)胞培養(yǎng)物的超低溫保存及種質(zhì)庫(kù)的建立組織細(xì)胞培養(yǎng)物的超低溫保存及種質(zhì)庫(kù)的建立植物細(xì)胞植物細(xì)胞全能性全能性的發(fā)現(xiàn)和證實(shí)，為植物的種質(zhì)資源的長(zhǎng)的發(fā)現(xiàn)和證實(shí)，為植物的種質(zhì)資源的長(zhǎng)期保存開辟了一條新途徑。期保存開辟了一條新途徑。許多植物的許多植物的組織培養(yǎng)物在液氮中超低溫保存組織培養(yǎng)物在液

32、氮中超低溫保存以后，仍然以后，仍然能保持很能保持很高的存活率高的存活率，并且能再生出新植株和保持原來并且能再生出新植株和保持原來的遺傳特性。的遺傳特性。如胡蘿卜和煙草的如胡蘿卜和煙草的懸浮細(xì)胞超低溫保存懸浮細(xì)胞超低溫保存6個(gè)月個(gè)月以后仍然以后仍然能恢復(fù)生長(zhǎng)并分化出植株。能恢復(fù)生長(zhǎng)并分化出植株。體細(xì)胞胚胎發(fā)生和人工種子體細(xì)胞胚胎發(fā)生和人工種子1958年，年，Reinert在胡蘿卜的組織培養(yǎng)中在胡蘿卜的組織培養(yǎng)中最先發(fā)現(xiàn)了體最先發(fā)現(xiàn)了體細(xì)胞胚胎細(xì)胞胚胎(胚狀體胚狀體)。水稻、小麥、玉米等水稻、小麥、玉米等100多種植物多種植物（43科、科、92屬）能通過離體培養(yǎng)產(chǎn)生胚狀體。屬）能通過離體培養(yǎng)產(chǎn)生胚

33、狀體。1977年，年，Murashige第一次提出人工種子構(gòu)想。第一次提出人工種子構(gòu)想。把胚狀把胚狀體包埋在膠囊內(nèi)形成球狀結(jié)構(gòu)，使其具有種子的機(jī)能體包埋在膠囊內(nèi)形成球狀結(jié)構(gòu)，使其具有種子的機(jī)能并可直接播種于田間。并可直接播種于田間。80年代初，美、日、法等國(guó)相繼開展了人工種子的研年代初，美、日、法等國(guó)相繼開展了人工種子的研究，并且在究，并且在胡蘿卜胡蘿卜、苜蓿、芹菜、花椰菜、萵苣、花苜蓿、芹菜、花椰菜、萵苣、花旗松旗松等植物上獲得了初步的成功。等植物上獲得了初步的成功。我國(guó)人工種子的研究開始于我國(guó)人工種子的研究開始于“ 七五七五”期間，并且被列期間，并且被列人了人了“ 863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃

34、高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃”。六、應(yīng)用領(lǐng)域六、應(yīng)用領(lǐng)域 1、快速繁殖、快速繁殖 運(yùn)用組織培養(yǎng)的途徑，一個(gè)單株一年可以繁殖幾萬到幾百萬個(gè)植株。例如： 一株葡萄一年繁殖到3萬多株， 一株蘭花一年繁殖到400萬株。2、種苗脫毒、種苗脫毒 針對(duì)病毒對(duì)農(nóng)作物造成的嚴(yán)重危害，通針對(duì)病毒對(duì)農(nóng)作物造成的嚴(yán)重危害，通過組織培養(yǎng)可以有效地培育出大量的無過組織培養(yǎng)可以有效地培育出大量的無病毒種苗。已經(jīng)取得成功的有馬鈴薯、病毒種苗。已經(jīng)取得成功的有馬鈴薯、草莓、香蕉、葡萄等等。草莓、香蕉、葡萄等等。 平均產(chǎn)量提高平均產(chǎn)量提高30%，最高達(dá)，最高達(dá)300% 目前莖尖脫毒苗已有目前莖尖脫毒苗已有100多種多種3、遠(yuǎn)緣雜交、遠(yuǎn)緣雜交 利用組織培養(yǎng)可以利用組織培養(yǎng)可以使難度很大的遠(yuǎn)緣使難度很大的遠(yuǎn)緣雜交取得成功，克雜交取得成功，克服遠(yuǎn)源雜交的不親服遠(yuǎn)源雜交的不