組織培養(yǎng)技術(shù)課件

1、 植物組織培養(yǎng)技術(shù) 植物組織培養(yǎng)技術(shù) 第一章 緒 論一、植物組織培養(yǎng)的概念 1. 概 念 植物組織培養(yǎng)（Plant tissue culture）廣義上是指無(wú)菌條件下，在特定的培養(yǎng)基上對(duì)離體的植物器官、組織、細(xì)胞和原生質(zhì)體甚至包括完整植株進(jìn)行培養(yǎng)的技術(shù)。 2.主要特征 （1）在培養(yǎng)容器中進(jìn)行； （2）無(wú)菌培養(yǎng)環(huán)境，排除了微生物如真菌、細(xì)菌以及害蟲(chóng)等的侵入； （3）各種環(huán)境因子如營(yíng)養(yǎng)因子、激素因子以及光照、溫度等物理因子處于人工控制之下，并可達(dá)到最適條件。 （4）通常打破了正常的植物發(fā)育過(guò)程和格局； （5）隨著單細(xì)胞和原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)植物顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作成為可能。 2.主要特征 二、植

2、物組織培養(yǎng)類(lèi)型：根據(jù)不同分類(lèi)的依據(jù)可以分為不同類(lèi)型。 1、根據(jù)培養(yǎng)材料不同分為： （1）完整植株培養(yǎng)（Plant Culture）：對(duì)幼苗和較大植株等的培養(yǎng)。 （2）胚胎培養(yǎng)（Embryo Culture）：包括成熟胚、幼胚、子房、胚珠等的培養(yǎng)。 （3）器官培養(yǎng)（Organ Culture）：包括離體根、莖、葉、果實(shí)、種子、花器官的培養(yǎng)。 （4）組織培養(yǎng)（Tissue Culture）：如分生組織、薄壁組織、輸導(dǎo)組織培養(yǎng)。 （5）細(xì)胞培養(yǎng)（Cell Culture）：指對(duì)單細(xì)胞或較小的細(xì)胞團(tuán)進(jìn)行培養(yǎng)。 （6）原生質(zhì)體培養(yǎng)（Protoplast Culture）：指對(duì)去掉細(xì)胞壁后所獲得的原生質(zhì)體

3、進(jìn)行培養(yǎng)。 二、植物組織培養(yǎng)類(lèi)型：根據(jù)不同分類(lèi)的依據(jù)可以分為不同類(lèi)型矮牽牛莖尖離體培養(yǎng)培養(yǎng)矮牽牛莖尖離體培養(yǎng)培養(yǎng) 牡丹成熟胚的離體培養(yǎng)與快速繁殖Mature embryo culture and rapid propagation of tree peony 牡丹成熟胚的微型月季莖段離體培養(yǎng)微型月季莖段離體培養(yǎng)花燭葉片離體快速繁殖花燭葉片離體快速繁殖大蒜根尖培養(yǎng)及植株再生大蒜根尖培養(yǎng)及植株再生大蒜試管鱗莖誘導(dǎo)大蒜試管鱗莖誘導(dǎo)人參細(xì)胞懸浮培養(yǎng)人參細(xì)胞懸浮培養(yǎng)非洲紫羅蘭原生質(zhì)體分離、培養(yǎng)及植株再生非洲紫羅蘭原生質(zhì)體分離、培養(yǎng)及植株再生組織培養(yǎng)技術(shù)課件2、根據(jù)再生途徑分為： （1）器官發(fā)生途徑（Or

4、ganogenesis）： 直接器官發(fā)生途徑：植物器官可以直接由外植體上誘導(dǎo)。如莖尖培養(yǎng)。 間接器官發(fā)生途徑：成熟細(xì)胞經(jīng)過(guò)脫分化（dedifferentiation）及再分化（redifferentiation）過(guò)程而形成新的組織和器官的過(guò)程。如葉片培養(yǎng)。 （2）體細(xì)胞胚胎發(fā)生（Somatic embryogenesis）： 體胚發(fā)生途徑是指二倍體或單倍體的體細(xì)胞在特定條件下未經(jīng)性細(xì)胞融合而通過(guò)與合子胚發(fā)生類(lèi)似的途徑發(fā)育出新個(gè)體的形態(tài)發(fā)生過(guò)程。經(jīng)體胚發(fā)生形成類(lèi)似合子胚的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為胚狀體（embryoid）或體細(xì)胞胚(somatic embryo). 2、根據(jù)再生途徑分為：直接器官發(fā)生 間接器官發(fā)

5、生體細(xì)胞胚胎發(fā)生直接器官發(fā)生 貫葉金絲桃不定芽直接再生過(guò)程貫葉金絲桃不定芽直接再生過(guò)程 優(yōu)化培養(yǎng)基 無(wú)蔗糖 1%蔗糖 5%蔗糖 無(wú)BAP BAP 0.1mg/l BAP 5.0mg/l 無(wú)NAA非洲紫羅蘭葉片培養(yǎng) 優(yōu)化培養(yǎng)基 優(yōu)化培養(yǎng)基 無(wú)蔗糖 1%蔗糖 5%蔗糖 無(wú)BAP BAP 0.1mg/l BAP 5.0mg/l 無(wú)NAA 優(yōu)化培養(yǎng)基 臺(tái)灣百合離體培養(yǎng)臺(tái)灣百合離體培養(yǎng)大花蕙蘭原球莖增殖與植株再生 器官發(fā)生途徑（原球莖的形成）：大花蕙蘭原球莖增殖與植株再生 器官發(fā)生途徑（原球莖的形成）： 大蒜愈傷組織培養(yǎng) 大蒜愈傷組織培養(yǎng) 日本牽牛花的離體培養(yǎng) 日本牽?；ǖ碾x體培養(yǎng)組織培養(yǎng)技術(shù)課件禾本科

6、牧草的體胚發(fā)生過(guò)程禾本科牧草的體胚發(fā)生過(guò)程菊花體細(xì)胞胚胎發(fā)生及植株再生菊花體細(xì)胞胚胎發(fā)生及植株再生大蒜體細(xì)胞胚胎發(fā)生過(guò)程大蒜體細(xì)胞胚胎發(fā)生過(guò)程組織培養(yǎng)技術(shù)課件組織培養(yǎng)技術(shù)課件 人工種子（Artificial seed，SyntheticSeed）：是指植物離體培養(yǎng)產(chǎn)生的胚狀體或不定芽被包裹在含有營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)功能的人工胚乳和人工種皮中，從而形成能發(fā)芽出苗的顆粒體。作為繁殖材料。 人工種子（Artificial seed，Synthet組織培養(yǎng)技術(shù)課件3、根據(jù)培養(yǎng)基的類(lèi)型分為: （1）固體培養(yǎng)（Solid culture）: 瓊脂、卡拉膠等固化。 （2）半液半固體培養(yǎng)(Semisolid Cultu

7、re)：固液雙層。 （3）液體培養(yǎng)(Liquid Culture)：震蕩、旋轉(zhuǎn)或靜置培養(yǎng)。3、根據(jù)培養(yǎng)基的類(lèi)型分為: 液體培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)： A 不使用凝固劑，節(jié)約生產(chǎn)成本 B 營(yíng)養(yǎng)吸收充分； C 操作過(guò)程簡(jiǎn)化。液體培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)：固體培養(yǎng)：液體培養(yǎng)固體培養(yǎng)：液體培養(yǎng)體胚液體培養(yǎng)體胚液體培養(yǎng) 不同類(lèi)型液體培養(yǎng)裝置 不同類(lèi)型液體培養(yǎng)裝置 液體培養(yǎng)體系 液體培養(yǎng)體系菠蘿種苗液體培養(yǎng)系統(tǒng) 菠蘿種苗液體培養(yǎng)系統(tǒng) 丹參毛狀根培養(yǎng) 丹參毛狀根培養(yǎng)三、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ) 植物細(xì)胞的全能性(Plant cellular totipotency） 從理論上講，植物體的每個(gè)生活細(xì)胞都具有該植物體的全部遺傳信息，在特

8、定的離體培養(yǎng)條件下，具有發(fā)育成完整植株的潛在能力。 三、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)組織培養(yǎng)技術(shù)課件 分化、脫分化與再分化：分化是指?jìng)€(gè)體發(fā)育過(guò)程中，不同部位的細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生改變，形成不同組織或器官。 脫分化也稱(chēng)去分化，是指離體條件下生長(zhǎng)的細(xì)胞、組織或器官逐漸失去原來(lái)的結(jié)構(gòu)和功能而恢復(fù)分生能力，形成無(wú)組織結(jié)構(gòu)的細(xì)胞團(tuán)或愈傷組織的過(guò)程。再分化是由脫分化形成的愈傷組織重新分化出特定細(xì)胞、組織和器官的過(guò)程。 細(xì)胞全能性的表達(dá)：盡管理論上每個(gè)細(xì)胞都具有全能性，但實(shí)際表達(dá)難易程度卻隨植物種類(lèi)、組織和細(xì)胞的不同而異。 分化、脫分化與再分化：分化是指?jìng)€(gè)體發(fā)育過(guò)程中，不同 四、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展歷

9、史 1、 早期探索階段 （1930年以前） 1893年，Schwann和Scheiden提出細(xì)胞學(xué)說(shuō)及植物細(xì)胞全能性理論。 1902年，德國(guó)植物生理學(xué)家Haberlandt第一次嘗試采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)對(duì)小野芝麻、風(fēng)眼蘭葉肉組織及萬(wàn)年青屬植物的表皮細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，但未能培養(yǎng)成活。 1904年，Hanning首次對(duì)十字花科的蘿卜和辣根的胚培養(yǎng)成功。 1922年，Knudson將蘭花種子在離體的條件下非共生萌發(fā)。同年，Knotte和Robbins對(duì)離體根尖進(jìn)行了培養(yǎng)。Robbins還對(duì)豌豆、玉米及棉花的莖尖進(jìn)行了培養(yǎng)，只形成一些缺綠的葉和根。 1925年，Laibach利用胚培養(yǎng)技術(shù)對(duì)亞麻的種間雜種

10、胚進(jìn)行了培養(yǎng)，并于1929年利用亞麻的胚培養(yǎng)來(lái)克服雜交不親和性。 四、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展歷史2、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的初步形成（1930-1960年） 1933年，我國(guó)植物生理學(xué)家李繼侗培養(yǎng)銀杏胚胎，并發(fā)現(xiàn)銀杏胚乳提取液可促進(jìn)離體胚的生長(zhǎng)。 1937年，White發(fā)現(xiàn)B族維生素對(duì)離體根培養(yǎng)的重要性。并指出IAA對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的控制起重要作用。 1937,1938年，Gantheret在培養(yǎng)基中加入上述生長(zhǎng)因子，使得柳樹(shù)形成層誘導(dǎo)形成的愈傷組織連續(xù)生長(zhǎng)。Nobecomt對(duì)煙草種間雜種莖段的形成層細(xì)胞培養(yǎng)也得到了類(lèi)似的結(jié)果。 1948年，Skoog等通過(guò)對(duì)煙草莖段和髓培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，不定芽和不定根的發(fā)生

11、由生長(zhǎng)素/腺嘌呤的比例決定。 1950年，Ball從紅杉愈傷組織培養(yǎng)中再生獲得器官。2、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的初步形成（1930-1960年）1952年，Morel和Martin通過(guò)分生組織培養(yǎng)獲得大麗花的脫毒植株，同年，首次應(yīng)用微型嫁接技術(shù)。1953年，Tuleche首次從花粉培養(yǎng)中獲得銀杏的單倍體愈傷組織。1955年，Miller等發(fā)現(xiàn)了一種促進(jìn)細(xì)胞分裂的植物激素激動(dòng)素，后來(lái)發(fā)現(xiàn)激動(dòng)素可用來(lái)代替腺嘌呤促進(jìn)芽的形成，而且其效力比后者高3萬(wàn)倍。1957年，Skoog和Miller發(fā)現(xiàn)改變細(xì)胞分裂素/生長(zhǎng)素比例，可以控制根和芽的發(fā)生。1958年，Maheshwari和Rangaswamy從柑橘胚珠的

12、珠心組織培養(yǎng)中再生獲得體細(xì)胞胚；同年，Reinert 和Steward分別從胡蘿卜的愈傷組織和細(xì)胞培養(yǎng)中再生得到原胚，為以后的組織培養(yǎng)中器官發(fā)生和體細(xì)胞胚胎發(fā)生奠定了基礎(chǔ)，也為植物細(xì)胞全能性理論提供了證據(jù)。1952年，Morel和Martin通過(guò)分生組織培養(yǎng)獲得大麗3、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展（1960年以后）1960年，Morel利用蘭花莖尖培養(yǎng)對(duì)蘭花進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)繁殖； 1962年，Murashige和Skoog開(kāi)發(fā)出最著名的Murashige和Skoog培養(yǎng)基（MS基本培養(yǎng)基），并被后來(lái)廣泛采用的基本培養(yǎng)基。1964年，印度人Guha和Maheshwari利用曼陀羅花粉培養(yǎng)獲得第一例單倍體植株。

13、從而開(kāi)辟了單倍體育種技術(shù)。1971年，Takebe等獲得第一例原生質(zhì)體培養(yǎng)的再生植株。1972年，Carlson等利用原生質(zhì)體融合在兩個(gè)煙草屬中進(jìn)行種間雜交。1974年，Murashige等利用細(xì)胞分裂素誘導(dǎo)莖尖側(cè)芽分枝。Zaenen和Larebeke分別發(fā)現(xiàn)土壤農(nóng)桿菌（Agribacterium）中的根瘤誘導(dǎo)的主要成分是Ti質(zhì)粒。1978年，Melchers等進(jìn)行了番茄和馬鈴薯的體細(xì)胞雜交。3、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展（1960年以后）1979年，Marton提出了利用植物原生質(zhì)體和土壤農(nóng)桿菌共培養(yǎng)的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化。1981年，Larkin和Scowcroft引入“體細(xì)胞無(wú)性系變異（Somacl

14、onal variation）”這一術(shù)語(yǔ)。1982年，Krens等的工作證明，原生質(zhì)體可以攝入裸露的DNA，表明可以用外源DNA對(duì)原生質(zhì)體進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化。1982年，Zimmermann利用電刺激進(jìn)行原生質(zhì)體融合。1985年，Horsch等用土壤農(nóng)桿菌對(duì)葉盤(pán)進(jìn)行感染和轉(zhuǎn)化，并得到再生的轉(zhuǎn)化植株。1979年，Marton提出了利用植物原生質(zhì)體和土壤農(nóng)桿菌共五、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用1、優(yōu)質(zhì)種苗的快速無(wú)性繁殖： （1）無(wú)性繁殖作物及不易繁殖作物的快速繁殖園藝植物種苗工廠化生產(chǎn)五、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用1、優(yōu)質(zhì)種苗的快速無(wú)性繁殖：園藝植蘭科植物生產(chǎn)蘭科植物生產(chǎn)ABECFG花燭屬植物ABECFG花燭屬植

15、物厥類(lèi)植物厥類(lèi)植物盆栽及切花植物的繁殖盆栽及切花植物的繁殖珍貴樹(shù)種珍貴樹(shù)種無(wú)菌苗快速繁殖無(wú)菌苗快速繁殖無(wú)菌苗馴化無(wú)菌苗馴化組培苗馴化移栽組培苗馴化移栽莖、芽和小植株的規(guī)模培養(yǎng) 莖、芽和小植株的規(guī)模培養(yǎng) 經(jīng)濟(jì)植物快速繁殖 經(jīng)濟(jì)植物快速繁殖組織培養(yǎng)技術(shù)課件組織培養(yǎng)技術(shù)課件 （2）通過(guò)莖尖培養(yǎng)生產(chǎn)脫毒健康種苗：如草莓、香蕉、 甘蔗、馬鈴薯、大蒜等。 （2）通過(guò)莖尖培養(yǎng)生產(chǎn)脫毒健康種苗：如草莓、香蕉、 甘蔗、virus-freetissue莖尖培養(yǎng)脫毒virus-free莖尖培養(yǎng)脫毒脫毒馬鈴薯種薯生物反應(yīng)器液體培養(yǎng)脫毒馬鈴薯種薯生物反應(yīng)器液體培養(yǎng)2、用于植物遺傳育種 包括種質(zhì)資源離體保存；花粉花藥培養(yǎng)產(chǎn)生單倍體；胚乳培養(yǎng)產(chǎn)生三倍體；胚培養(yǎng)拯救雜種胚克服遠(yuǎn)緣雜交障礙；原生質(zhì)體培養(yǎng)進(jìn)行體細(xì)胞雜交；植物體細(xì)胞無(wú)性系變異誘導(dǎo)和篩選；用于植物基因轉(zhuǎn)移操作等。2、用于植物遺傳育種 種質(zhì)資源的離體保存 種質(zhì)資源的離體保存體細(xì)胞無(wú)性系變異篩選體細(xì)胞無(wú)性系變異篩選 花粉、花藥培養(yǎng)產(chǎn)生單倍體植株 花粉、花藥培養(yǎng)產(chǎn)生單倍體植株 幼胚拯救克服遠(yuǎn)緣雜交障礙 幼胚拯救克服遠(yuǎn)