【學(xué)習(xí)課件】第二章.組織培養(yǎng)的原理

1、第二章.植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ) 編輯ppt本章內(nèi)容第一節(jié) 細(xì)胞全能性和細(xì)胞分化第二節(jié) 離體條件下植物器官的發(fā)生第三節(jié) 影響植物離體形態(tài)發(fā)生的因素編輯ppt第一節(jié).細(xì)胞全能性和細(xì)胞分化植物細(xì)胞的全能性（totipotent)：植物細(xì)胞具有該植物體全部遺傳的可能性，在一定條件下具有發(fā)育成完整植物體的潛在能力。原理：生物體的每一個細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。編輯ppt潛在全能性的原因：基因表達(dá)的選擇性 科學(xué)研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活細(xì)胞，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性

2、，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實(shí)現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。 編輯ppt1.遺傳性的差異不同植物種間，由于其遺傳性的不同，起源也不盡相同，細(xì)胞培養(yǎng)條件有較大差異。不同品種，培養(yǎng)條件差異很大編輯ppt2.生理狀態(tài)的差異同一植株的不同部位細(xì)胞，培養(yǎng)條件差異很大細(xì)胞的再生能力與其分化程度呈負(fù)相關(guān)，就是說細(xì)胞分化程度越高其再生能力越低 差異：（1） 受精卵的全能性最高 （2） 受精卵分化后的細(xì)胞中，體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞的低。編輯ppt3.位置效應(yīng)位置效應(yīng)：同一植株的同一類型外植體進(jìn)行培養(yǎng)，而且管理?xiàng)l件完全相同，但是這些外植體的分化情況也有較大差異 。原因：內(nèi)源激素分布梯度編輯ppt第二節(jié) 離體

3、條件下植物器官的發(fā)生植物體細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生完整植株示意圖細(xì)胞培養(yǎng)形成的胡蘿卜植株編輯ppt組織培養(yǎng)過程外植體脫分化是實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞全能性的第一個步驟，其結(jié)果直接影響離體培養(yǎng)的成功與否。只有掌握好如何調(diào)控外植體的脫分化，才能使組織培養(yǎng)向預(yù)期的方向發(fā)展。外植體愈傷組織再分化脫分化根、芽植物體編輯ppt一、脫分化和再分化（一）脫分化1.概念分化（differentiation）:隨著植物的生長，細(xì)胞在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生永久性(不可逆轉(zhuǎn)性)適度變化的過程就叫做分化。分化的結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞分裂能力的喪失，伴隨的是細(xì)胞的分化、成熟與組織的形成，是植物根、莖、葉、花、果實(shí)和種子的形成，是一個成熟植物體的出現(xiàn)。在正常

4、的自然狀態(tài)下，這些已經(jīng)分化的細(xì)胞不會再恢復(fù)分裂能力重新開始細(xì)胞分裂，直到植物體死亡為止。編輯ppt當(dāng)把一個已經(jīng)失去了分裂能力，處于分化成熟和分裂靜止?fàn)顟B(tài)的細(xì)胞置于特定的增殖培養(yǎng)基上時，它首先發(fā)生的變化是回復(fù)到分生性狀態(tài)，這一狀態(tài)包括由溶酶體的活動而將失去功能的細(xì)胞質(zhì)組分降解，并產(chǎn)生新的細(xì)胞質(zhì)組分(即細(xì)胞器的破壞與重建)，同時細(xì)胞內(nèi)酶的種類與活性發(fā)生改變，蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞代謝過程也發(fā)生改變，最后引起基因表達(dá)的改變，細(xì)胞的性質(zhì)和狀態(tài)發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，可以說是返老還童。由失去分裂能力的細(xì)胞回復(fù)到分生性狀態(tài)并進(jìn)行分裂，形成無分化的細(xì)胞團(tuán)即愈傷組織的現(xiàn)象(或者說是過程)稱為脫分化。編輯ppt脫分化（dedif

5、ferentiation)：當(dāng)外植體已分化的細(xì)胞，在切割損傷和培養(yǎng)物內(nèi)外因素的作用下，逐漸喪失其原有分化的結(jié)構(gòu)和功能，合成代謝變得旺盛，細(xì)胞壁由厚變薄，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，細(xì)胞高度液泡化，形成無組織的細(xì)胞團(tuán)或愈傷組織。 外植體脫分化是實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞全能性的第一個步驟，其結(jié)果直接影響離體培養(yǎng)的成功與否。只有掌握好如何調(diào)控外植體的脫分化，才能使組織培養(yǎng)向預(yù)期的方向發(fā)展。編輯ppt分化：早期胚胎發(fā)育受精卵種子分化組織植物體形成構(gòu)成器官脫分化愈傷組織再分化組織植物體 脫分化外植體形成器官構(gòu)成編輯ppt愈傷組組織：從植物的各損傷的外植體增值而形成的一種無特定結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)胞團(tuán)。編輯ppt2、脫分化過程中

6、細(xì)胞生物學(xué)變化氣體交換率增加RNA隨體的合成過氧化物酶增加蛋白質(zhì)活躍合成酚類物質(zhì)增加乙烯合成編輯ppt3、與脫分化有關(guān)的因子及其作用（1）損傷刺激。損傷形成的特殊刺激是引起脫分化的第一個因子。損傷首先導(dǎo)致外植體產(chǎn)生生化響應(yīng)，損傷導(dǎo)致氣體交換率變化和呼吸活性變化，還導(dǎo)致很多酶活性增加，一些代謝物的含量也變化。（2）培養(yǎng)細(xì)胞的異質(zhì)性用莖等典型的各種已分化的細(xì)胞類型的復(fù)合體作為外植體，細(xì)胞之間存在很大的異質(zhì)性，異質(zhì)細(xì)胞對培養(yǎng)條件的刺激有不同的敏感性，因此可能只有某種類型和某一部分的細(xì)胞可以脫分化以至分裂，其他細(xì)胞則不能。異質(zhì)性的方面主要是指不同的倍數(shù)體和不同的生理狀態(tài)。編輯ppt（3）生長調(diào)節(jié)劑的影

7、響創(chuàng)傷可以引起少數(shù)細(xì)胞的分裂，但是切面上易于形成多酚物質(zhì)沉淀形成的保護(hù)層，從而使得表面細(xì)胞停止分裂，加入2，4D等激素后，導(dǎo)致外植體細(xì)胞生物學(xué)和細(xì)胞分裂的更強(qiáng)烈的變化，結(jié)果進(jìn)入第一次分裂的細(xì)胞百分率更高。（4）培養(yǎng)環(huán)境的影響光線對外植體最初的分裂有明顯影響，外植體在DNA復(fù)制開始后，對光線不敏感，在后續(xù)培養(yǎng)期間，光線對生長也很少有刺激作用。編輯ppt（二）、再分化再分化（redifferentiation):經(jīng)脫分化的組織或細(xì)胞在一定的培養(yǎng)條件下可有轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N不同功能細(xì)胞的能力。再分化是指離體培養(yǎng)物由脫分化狀態(tài)再度分化，再分化可以在細(xì)胞水平、組織水平和器官水平遞進(jìn)的進(jìn)行，最后再生完整植株。培養(yǎng)

8、物的再分化，通過胚胎發(fā)生和直接分化器官再形成植株這兩個途徑實(shí)現(xiàn)。編輯ppt1、細(xì)胞水平的再分化首先可見的是細(xì)胞壁變厚、假導(dǎo)管細(xì)胞的形成及酶水平的變厚和明顯的機(jī)能分化，從而形成各種類型的細(xì)胞 生長調(diào)節(jié)劑 ：細(xì)胞分裂素、生長素、其他生長調(diào)節(jié)劑營養(yǎng)物質(zhì) ：如糖類等其他理化因子：溫度效應(yīng)、光照效應(yīng)、PH值編輯ppt2、組織水平的再分化擬分生組織：指培養(yǎng)物中出現(xiàn)的類似分生組織的細(xì)胞群，它是指脫分化之后的培養(yǎng)物發(fā)生的一系列細(xì)胞分裂而產(chǎn)生的一團(tuán)小型、壁薄、液泡小、細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)染色較深的細(xì)胞組成，它具有分化上的可塑性。維管組織結(jié)節(jié)：是一個區(qū)域的愈傷組織轉(zhuǎn)化為韌皮分子和木質(zhì)分子的混合體結(jié)構(gòu)，這樣的形成層狀的細(xì)

9、胞向外延伸與擬分生組織連接，形成根原基或芽原基，可以認(rèn)為維管結(jié)節(jié)是試管植株維管束的前身。編輯ppt3、器官水平的再分化影響根、莖器官分化的因素1、控制器官分化的激素模式生長素/激動素生長素/激動素的相對高水平，有利于根的生成； 生長素/激動素的相對低水平，則有利于地上部的形成； 二者的比例趨中時，促進(jìn)愈傷組織的生長。但是生長素和激動素的需要因組織和系統(tǒng)不同而異，二者的性質(zhì)也影響器官發(fā)生。因此在使用中注意二者的種類、濃度比例。 編輯ppt培養(yǎng)基組分和附加物的作用提高無機(jī)P含量促進(jìn)器官分化；糖的平衡可以逆轉(zhuǎn)生長素/激動素的比例； 不加還原氮有利于根的形成。一些附加的生理活性物質(zhì)。 編輯ppt物理環(huán)

10、境固態(tài)培養(yǎng)基有利于器官變化；光對器官分化有重要作用；1000-1500lux是許多培養(yǎng)物的合適光照；16hr光照符合器官發(fā)生的要求；近紫外和藍(lán)光刺激芽的發(fā)生，而紅光顯著的促進(jìn)長根；一般日光燈提供光源。25左右的培養(yǎng)溫度，能模擬培養(yǎng)植物原產(chǎn)地溫度更為有利。編輯ppt4、 植株再生再生植株:組織培養(yǎng)過程中所采用的外植體 經(jīng)過誘導(dǎo)能夠重新進(jìn)行器官分化,長出芽、根、花等器官，最后形成完整的植株，這種經(jīng)過離體培養(yǎng)的外植體重新形成的完整植株成為再生植株。植株再生途徑：（1）胚狀體途徑（2）器官發(fā)生途徑編輯ppt（1）胚狀體途徑胚狀體：在組織培養(yǎng)過程中，許多離體的細(xì)胞、組織、器官可以通過與合子形成相類似的過

11、程（即通過原胚期、球形胚期、心形胚期、魚雷形胚期和子葉期而）形成的類似胚的結(jié)構(gòu)，這種類似胚的結(jié)構(gòu)與合子胚的來不同，被成為胚狀體。胚狀體途徑：外植體按胚胎發(fā)生方式形成再生植株的過程。編輯ppt（2）器官發(fā)生途徑器官發(fā)生途徑：組織培養(yǎng)過程中，再生植株不是通過胚胎，而是通過分生中心直接分化器官，最終形成完整植株的過程。 器官間接發(fā)生途徑 器官直接發(fā)生途徑編輯ppt植株再生外植體分化體細(xì)胞胚不定器官 植株 具有根莖兩極器官 單極器官 先莖后根 先根后莖 植株 植株 植株 編輯ppt二、愈傷組織培養(yǎng)1、愈傷組織的形成（1）誘導(dǎo)期 （2）分裂期 （3）分化期 編輯ppt2.愈傷組織的生長編輯ppt3.愈傷組織的保持大多數(shù)情況下，隨繼代培養(yǎng)代數(shù)的增加和培