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）無菌培養(yǎng)環(huán)境，排除了微生物如真菌、細(xì)菌以及害蟲等的侵入； （3）各種環(huán)境因子如營養(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)類型：根據(jù)不同分類的依據(jù)可以分為不同類型。 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)類型：根據(jù)不同分類的依據(jù)可以分為不同類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)過脫分化（dedifferentiation）及再分化（redifferentiation）過程而形成新的組織和器官的過程。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)胞融合而通過與合子胚發(fā)生類似的途徑發(fā)育出新個(gè)體的形態(tài)發(fā)生過程。經(jīng)體胚發(fā)生形成類似合子胚的結(jié)構(gòu)稱為胚狀體（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程貫葉金絲桃不定芽直接再生過程 優(yōu)化培養(yǎng)基 無蔗糖 1%蔗糖 5%蔗糖 無BAP BAP 0.1mg/l BAP 5.0mg/l 無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 無蔗糖 1%蔗糖 5%蔗糖 無BAP BAP 0.1mg/l BAP 5.0mg/l 無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)生過程禾本科牧草的體胚發(fā)生過程菊花體細(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)生過程大蒜體細(xì)胞胚胎發(fā)生過程組織培養(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 營養(yǎng)吸收充分； C 操作過程簡化。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) 不同類型液體培養(yǎng)裝置 不同類型液體培養(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：分化是指個(gè)體發(fā)育過程中，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。 脫分化也稱去分化，是指離體條件下生長的細(xì)胞、組織或器官逐漸失去原來的結(jié)構(gòu)和功能而恢復(fù)分生能力，形成無組織結(jié)構(gòu)的細(xì)胞團(tuán)或愈傷組織的過程。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、組織和細(xì)胞的不同而異。 分化、脫分化與再分化：分化是指個(gè)體發(fā)育過程中，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)說及植物細(xì)胞全能性理論。 1902年，德國植物生理學(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。 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)基中加入上述生長因子，使得柳樹形成層誘導(dǎo)形成的愈傷組織連續(xù)生長。Nobecomt對(duì)煙草種間雜種莖段的形成層細(xì)胞培養(yǎng)也得到了類似的結(jié)果。 1948年，Skoog等通過對(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，后來發(fā)現(xiàn)激動(dòng)素可用來代替腺嘌呤促進(jìn)芽的形成，而且其效力比后者高3萬倍。1957年，Skoog和Miller發(fā)現(xiàn)改變細(xì)胞分裂素/生長素比例，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)行營養(yǎng)繁殖； 1962年，Murashige和Skoog開發(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)胞無性系變異（Somacl

14、onal variation）”這一術(shù)語。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)種苗的快速無性繁殖： （1）無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、物厥類植物厥類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種珍貴樹種無菌苗快速繁殖無菌苗快速繁殖無菌苗馴化無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)胞無性系變異篩選體細(xì)胞無性系變異篩選 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)