植物體細(xì)胞胚胎發(fā)生詳解演示文稿

第節(jié)植物體細(xì)胞胚胎發(fā)生詳解演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共38頁(yè)。優(yōu)選第節(jié)植物體細(xì)胞胚胎發(fā)生當(dāng)前2頁(yè)，總共38頁(yè)。(A)伸長(zhǎng)期合子；(B)合子經(jīng)過(guò)第一次分裂,產(chǎn)生1個(gè)頂細(xì)胞(綠色)和一個(gè)基細(xì)胞(粉紅色)；(C)四分體胚:頂細(xì)胞經(jīng)歷2次縱向分裂，產(chǎn)生含有4個(gè)細(xì)胞的胚體和2個(gè)細(xì)胞的胚柄；(D)16細(xì)胞球形胚:8細(xì)胞胚的所有細(xì)胞經(jīng)過(guò)1次平周分裂,產(chǎn)生包含8個(gè)細(xì)胞的表皮原和8個(gè)細(xì)胞的內(nèi)部組織；(E)早期心形胚；(F)心形胚:子葉和胚根原基已經(jīng)出現(xiàn)；(G)成熟胚胎。1:頂細(xì)胞;2:基細(xì)胞;3:胚根原細(xì)胞,形成未來(lái)的ROC和根冠中央?yún)^(qū);RM:根尖生長(zhǎng)點(diǎn);SM:莖尖生長(zhǎng)點(diǎn)雙子葉植物的胚胎發(fā)育過(guò)程當(dāng)前3頁(yè)，總共38頁(yè)?；ǚ叟囵B(yǎng)單細(xì)胞懸浮培養(yǎng)原生質(zhì)體培養(yǎng)組織器官培養(yǎng)體細(xì)胞胚花粉胚非合子胚非合子細(xì)胞合子胚無(wú)融合生殖胚**大量研究表明，大多數(shù)植物組織培養(yǎng)，單細(xì)胞懸浮培養(yǎng)、原生質(zhì)體培養(yǎng)和花粉培養(yǎng)中都觀察到體細(xì)胞胚胎發(fā)生或花粉胚胎發(fā)生（pollenembryogenesis）**前者為二倍體的體細(xì)胞產(chǎn)生的胚狀結(jié)構(gòu)

**后者是由小孢子或其分裂產(chǎn)物等單倍體細(xì)胞產(chǎn)生的體細(xì)胞胚，通常稱花粉胚（pollenembryos），可發(fā)育成單倍體植株。體細(xì)胞胚的產(chǎn)生當(dāng)前4頁(yè)，總共38頁(yè)。**體細(xì)胞胚或花粉胚都是指在植物組織培養(yǎng)中起源于一個(gè)非合子細(xì)胞，經(jīng)過(guò)胚胎發(fā)生和胚胎發(fā)育過(guò)程形成的胚狀結(jié)構(gòu)，包括以下幾點(diǎn)含義：1、體細(xì)胞胚是組織培養(yǎng)的產(chǎn)物，區(qū)別于無(wú)融合生殖的胚，只限于在組織培養(yǎng)范圍使用；2、體細(xì)胞胚起源于非合子細(xì)胞，區(qū)別于合子胚；3、體細(xì)胞胚的形成經(jīng)歷胚胎發(fā)育過(guò)程，區(qū)別于組織培養(yǎng)的器官發(fā)生中芽與根的分化。胚胎發(fā)生過(guò)程：原胚期、球形胚期、心形胚期、魚雷形胚期和子葉形胚期當(dāng)前5頁(yè)，總共38頁(yè)。植物體細(xì)胞胚胎發(fā)生和誘導(dǎo)器官發(fā)生相比具有明顯的特點(diǎn)：1、具有兩極性2、存在生理隔離3、遺傳性相對(duì)穩(wěn)定4、重演受精卵形態(tài)發(fā)生的特性當(dāng)前6頁(yè)，總共38頁(yè)。二優(yōu)點(diǎn)數(shù)量多速度快結(jié)構(gòu)完整當(dāng)前7頁(yè)，總共38頁(yè)。三、體細(xì)胞胚胎發(fā)生的方式**植物組織培養(yǎng)過(guò)程中植物體細(xì)胞胚胎途徑可歸納為兩類：直接途徑和間接途徑。**直接途徑是直接從原外植體不經(jīng)愈傷組織階段發(fā)育而成**間接方式是體胚從愈傷組織或懸浮細(xì)胞、有時(shí)也從已形成的體胚的一組細(xì)胞中發(fā)育而成，如香雪蘭（Freesiarefracta）花序外植體經(jīng)直接體細(xì)胞胚胎發(fā)生途徑形成再生植株。**外植體形態(tài)學(xué)極性決定體細(xì)胞胚胎發(fā)生，所有體細(xì)胞胚都出現(xiàn)在花序軸切段的原形態(tài)學(xué)下端。當(dāng)前8頁(yè)，總共38頁(yè)。1直接途徑

直接發(fā)生體胚的來(lái)源細(xì)胞可以是外植體表皮、亞表皮、幼胚、懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞和原生質(zhì)體。一般認(rèn)為直接方式發(fā)生體胚是由原先就存在于外植體中的胚性細(xì)胞――預(yù)胚胎決定細(xì)胞（PEDCs）培養(yǎng)后直接進(jìn)入胚胎發(fā)生而形成體胚，如柑桔屬的珠心組織（在體內(nèi)或離體情況）通過(guò)預(yù)胚胎決定細(xì)胞直接進(jìn)行體胚發(fā)生的最好例子.

2間接途徑

間接體細(xì)胞胚胎發(fā)生中，外植體已分化的細(xì)胞先脫分化，并對(duì)其發(fā)育命運(yùn)重決定而誘導(dǎo)出胚性細(xì)胞――誘導(dǎo)胚胎決定細(xì)胞（IEDCs），進(jìn)而形成體細(xì)胞胚。

當(dāng)前9頁(yè)，總共38頁(yè)。石龍芮下胚軸培養(yǎng)產(chǎn)生胚狀體過(guò)程當(dāng)前10頁(yè)，總共38頁(yè)。當(dāng)前11頁(yè)，總共38頁(yè)。1莖尖培養(yǎng)誘導(dǎo)形成胚性愈傷組織MS培養(yǎng)基附加2.0mg/L2,4-D2胚性愈傷組織懸浮培養(yǎng)增殖MS培養(yǎng)基附加2.0mg/L2,4-D3由細(xì)胞集合體形成體細(xì)胞胚M(jìn)S培養(yǎng)基附加2.0mg/L2,4-D4體細(xì)胞胚萌發(fā)并形成小植株MS培養(yǎng)基附加1.0mg/LABA圖甘薯品種栗子香胚性愈傷組織誘導(dǎo)體細(xì)胞胚和再生小植株當(dāng)前12頁(yè)，總共38頁(yè)。胚性愈傷組織非胚性愈傷組織顏色淡黃白色表面光滑粗糙質(zhì)地堅(jiān)硬但易碎松散，水漬狀胚性細(xì)胞的多少大量極少或無(wú)細(xì)胞形態(tài)小，圓球形管狀或不規(guī)則形細(xì)胞質(zhì)濃厚，染色深稀薄，染色淺內(nèi)含物多少細(xì)胞核及核仁核明顯，大，核仁多核小，核仁少，或無(wú)核胚性細(xì)胞團(tuán)特征：成簇、成團(tuán)，體積小，細(xì)胞質(zhì)致密當(dāng)前13頁(yè)，總共38頁(yè)。四.體細(xì)胞胚的結(jié)構(gòu)與發(fā)育特點(diǎn)體細(xì)胞胚多起源于一個(gè)胚性細(xì)胞,胚性細(xì)胞經(jīng)過(guò)首次分裂形成二細(xì)胞原胚,以后經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂形成多細(xì)胞原胚.在多數(shù)情況下,胚性細(xì)胞的第一次分裂為平周分裂,形成的2個(gè)子細(xì)胞,處于上部的頂細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行細(xì)胞分裂形成多細(xì)胞原胚,而下部的基細(xì)胞成為胚柄類似物.當(dāng)前14頁(yè)，總共38頁(yè)。四、體細(xì)胞胚的起源**體細(xì)胞胚胎發(fā)生途徑有直接途徑和間接途徑，但無(wú)論哪一種發(fā)生途徑，絕大多數(shù)研究報(bào)道認(rèn)為體細(xì)胞胚胎起源于單細(xì)胞,從多種植物中都觀察到單個(gè)胚性細(xì)胞，有不均等分裂的二細(xì)胞原胚和均等分裂的二細(xì)胞原胚、多細(xì)胞原胚、球形胚直到成熟胚。也有研究認(rèn)為起源于多細(xì)胞。當(dāng)前15頁(yè)，總共38頁(yè)。**在同一塊愈傷組織或一個(gè)胚性細(xì)胞復(fù)合體上可以觀察到多個(gè)不同發(fā)育時(shí)期的體細(xì)胞胚，從單個(gè)原始細(xì)胞到多細(xì)胞的原胚、球形胚、魚雷胚直至具子葉的胚狀體，這是由體細(xì)胞胚發(fā)生和分裂的不同步所致。香蕉心形體細(xì)胞胚可可心形胚A和球形胚BAB1體細(xì)胞胚的單細(xì)胞起源當(dāng)前16頁(yè)，總共38頁(yè)。野胡蘿卜的胚狀體

A.心形期胚狀體B.成熟胚狀體

C.早心形期胚狀體D.兩個(gè)成熟胚狀體共一個(gè)胚柄

當(dāng)前17頁(yè)，總共38頁(yè)。a)胚性細(xì)胞第一次分裂；b-d)原胚第一次細(xì)胞分裂，鱷梨樹(shù)形胚柄細(xì)胞仍保持單個(gè)細(xì)胞；e)胚柄細(xì)胞開(kāi)始增殖；f-k)原胚和胚柄發(fā)育的不同時(shí)期；l)球形體細(xì)胞胚。(ep)=原胚；(s)=胚柄圖仙人掌科體細(xì)胞胚胎早期發(fā)育（由單細(xì)胞形成球形胚時(shí)期）當(dāng)前18頁(yè)，總共38頁(yè)。a胚性葉片愈傷組織；b球形細(xì)胞；c伸長(zhǎng)細(xì)胞；d兩個(gè)細(xì)胞時(shí)期；e四個(gè)細(xì)胞時(shí)期；f原胚；g球形胚；h心形胚；i早期魚雷胚；j成熟魚雷胚；k不同時(shí)期的體細(xì)胞胚；l體細(xì)胞胚的萌發(fā)；m再生小植株。圖木豆幼苗葉片愈傷組織懸浮培養(yǎng)體細(xì)胞胚發(fā)育過(guò)程當(dāng)前19頁(yè)，總共38頁(yè)。**有的學(xué)者觀察到體細(xì)胞胚來(lái)源于多細(xì)胞組成的胚性細(xì)胞復(fù)合體，王亞馥等人也觀察到這種胚性細(xì)胞團(tuán)，但用同位素脈沖標(biāo)記實(shí)驗(yàn)即可證明這些細(xì)胞團(tuán)也是由一個(gè)單細(xì)胞連續(xù)分裂而形成，經(jīng)進(jìn)一步分化和分裂形成不同發(fā)育時(shí)期的體細(xì)胞胚，因而這些體細(xì)胞胚實(shí)質(zhì)也可能是起源于單細(xì)胞。當(dāng)然也不排除有些植物的體細(xì)胞胚的確是起源于多細(xì)胞，仍有待深入研究。**總之，體細(xì)胞胚胎的發(fā)生是一個(gè)非常復(fù)雜的生理過(guò)程，仍有許多問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究。2體細(xì)胞胚的多細(xì)胞起源當(dāng)前20頁(yè)，總共38頁(yè)。大多數(shù)體細(xì)胞胚起源于單細(xì)胞,通過(guò)體細(xì)胞胚胎形成的再生植株,其遺傳特性相對(duì)穩(wěn)定.而器官發(fā)生途徑的再生植株來(lái)源復(fù)雜,形成的個(gè)體常為嵌合植株;從體細(xì)胞胚形成的過(guò)程可知,體細(xì)胞胚的發(fā)育過(guò)程與合子胚基本相同.但在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特性與合子胚有一定的區(qū)別.當(dāng)前21頁(yè)，總共38頁(yè)。1.合子胚在發(fā)育初期具有明顯的胚柄,而體細(xì)胞胚一般沒(méi)有真正的胚柄,只有類似胚柄的結(jié)構(gòu).特別是那些發(fā)育初期類似于動(dòng)物胚胎發(fā)育途徑的體細(xì)胞胚,這一點(diǎn)更為明顯.2.合子胚的子葉相當(dāng)規(guī)范,可以作為分類的依據(jù),如單子葉植物只有一片子葉,雙子葉植物有兩片子葉.而體細(xì)胞胚的子葉不規(guī)范,有時(shí)具有兩片以上的子葉.

當(dāng)前22頁(yè)，總共38頁(yè)。3.體細(xì)胞胚的體積明顯小于合子胚.在一些貯藏物質(zhì)的含量上也存在較大差異.如體細(xì)胞的干物質(zhì)如蛋白質(zhì),多糖等顯著低于合子胚.

4.體細(xì)胞不能有明顯的脫水干燥過(guò)程,因此體細(xì)胞胚的含水量比合子胚要高得多

當(dāng)前23頁(yè)，總共38頁(yè)。5.體細(xì)胞胚還有一個(gè)明顯的特點(diǎn)就是沒(méi)有休眠.合子胚在胚胎發(fā)育完全進(jìn)入子葉期后,經(jīng)過(guò)一系列物質(zhì)積累和脫水進(jìn)入休眠,而體細(xì)胞胚則直接形成植株.

當(dāng)前24頁(yè)，總共38頁(yè)。五、影響體細(xì)胞胚發(fā)生的因素1、基因型與體細(xì)胞胚發(fā)生基因型是影響體細(xì)胞胚發(fā)生的重要因素，體細(xì)胞胚的誘導(dǎo)率和每個(gè)胚性外植體上體細(xì)胞胚的發(fā)生率因基因型而異。當(dāng)前25頁(yè)，總共38頁(yè)。（a）不同基因型體細(xì)胞胚誘導(dǎo)率；（b）不同基因型每個(gè)胚性外植體上體細(xì)胞胚的數(shù)目圖6.7在相同培養(yǎng)基上FeijoasellowianaBerg不同基因型體細(xì)胞胚誘導(dǎo)（引自Miguel等，2001）當(dāng)前26頁(yè)，總共38頁(yè)。2、植物激素與體細(xì)胞胚發(fā)生**離體植物細(xì)胞在開(kāi)始往往缺乏合成生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的能力，但是在大多數(shù)情況下，這些細(xì)胞的分裂和分化以及形態(tài)建成過(guò)程中又必需生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素兩種激素的共同作用。**在培養(yǎng)介質(zhì)中添加不同種類或不同濃度的外源激素誘導(dǎo)形態(tài)發(fā)生已受到廣泛的重視。**但最關(guān)鍵的是組織內(nèi)部和體細(xì)胞胚發(fā)生部位的內(nèi)源激素代謝動(dòng)態(tài)和平衡。當(dāng)前27頁(yè)，總共38頁(yè)。（1）內(nèi)源激素與體細(xì)胞胚發(fā)生早在胡蘿卜細(xì)胞懸浮培養(yǎng)體細(xì)胞胚發(fā)生中發(fā)現(xiàn)，2，4-D在誘導(dǎo)胚性細(xì)胞早期是必需的，而且2，4-D是通過(guò)影響IAA結(jié)合蛋白起作用，其實(shí)質(zhì)是促進(jìn)IAA結(jié)合蛋白的形成，提高細(xì)胞對(duì)IAA的敏感性從而誘導(dǎo)胚性細(xì)胞的形成。水稻細(xì)胞培養(yǎng)中也發(fā)現(xiàn)，由于2,4-D促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)源IAA含量提高進(jìn)而誘導(dǎo)胚性細(xì)胞的形成，并認(rèn)為內(nèi)源IAA含量上升或維持在較高水平，是胚性細(xì)胞出現(xiàn)的一個(gè)共同標(biāo)志。一些研究表明，ABA對(duì)植物體細(xì)胞胚的發(fā)生與發(fā)育具有重要作用。外源ABA與內(nèi)源ABA對(duì)體細(xì)胞胚發(fā)生起到相互調(diào)節(jié)和促進(jìn)的作用，而且通過(guò)補(bǔ)充提高外源ABA，可以明顯提高體細(xì)胞胚發(fā)生的頻率與質(zhì)量。荔枝體細(xì)胞胚胎發(fā)生早期的內(nèi)源激素ABA與IAA和ABA與CTK（細(xì)胞分裂素）的質(zhì)量比增大，將有利于荔枝體細(xì)胞球形胚的形成。當(dāng)前28頁(yè)，總共38頁(yè)。（2）外源激素與體細(xì)胞胚發(fā)生①2，4-D與體細(xì)胞胚發(fā)生2，4-D是誘導(dǎo)多種植物離體培養(yǎng)體細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榕咝约?xì)胞的重要激素。單子葉植物和雙子葉植物誘導(dǎo)體細(xì)胞胚胎發(fā)生時(shí)，所要求的2,4-D的濃度不同，對(duì)單子葉植物而言，一般要求較高濃度的2,4-D，其濃度范圍為0.5-5mg/L，通常使用濃度為2mg/L；而對(duì)雙子葉植物而言，一般要求較低濃度的2,4-D，其濃度范圍為0.02-1mg/L，通常使用的濃度為0.1mg/L。在體細(xì)胞胚胎發(fā)生的誘導(dǎo)階段，培養(yǎng)基中必需添加2,4-D，而在體細(xì)胞胚胎形成階段，要降低培養(yǎng)基中2,4-D的濃度或去除2,4-D，以保證體細(xì)胞胚的正常生長(zhǎng)。在胡蘿卜細(xì)胞培養(yǎng)中，加入2，4-D后誘導(dǎo)一些特異性多肽或蛋白質(zhì)形成，當(dāng)去除生長(zhǎng)素后，這些多肽和蛋白質(zhì)也隨之消失。但在誘導(dǎo)出胚性細(xì)胞后，及時(shí)除去培養(yǎng)基中的2，4-D，胚性細(xì)胞在進(jìn)一步分化和發(fā)育的同時(shí)釋放糖蛋白GP65（65kDa）當(dāng)前29頁(yè)，總共38頁(yè)。表在MS固體培養(yǎng)基上不同濃度2,4-D對(duì)木豆幼苗葉片外植體誘導(dǎo)和原胚細(xì)胞形成的影響2,4-D(μM)Callusinduction(%)Proembryoniccell*(%)0.000.00.02.263.2d3.4d4.527.4c10.2c6.7838.6a37.4a9.0418.2b12.8b11.303.6c2.2c當(dāng)前30頁(yè)，總共38頁(yè)。表在具有不同濃度2,4-D的MS液體培養(yǎng)基上木豆不同時(shí)期體細(xì)胞胚誘導(dǎo)率2,4-D(μM)收集細(xì)胞的體積(10thday)體細(xì)胞胚發(fā)育時(shí)期球形胚(%)心形胚(%)魚雷胚(%)0.0000001.122.8e2.4e1.8e1.2e2.263.2d7.6d2.4d1.6d3.384.6c20.2b8.2b5.2b4.525.2b36.2a20.4a16.4a5.645.6b18.6c6.6c3.6c6.786.2a7.4d1.6e1.2e當(dāng)前31頁(yè)，總共38頁(yè)。Originofembryoidsinembryo-derivedcallusculture.(a)Singlecells(arrow)andtwo-celledstage(doublearrows).x137.(b)Four-celledstage(arrowhead).x137.(c)Multicelledproembryocontainingeighttotencells.x137(d)Epidermizedlobularstage.x34.(e)Heartshapeembryoidthatremaininthecallus.X34.(f)Severalcompactembryoidsindifferentstagesofformation.x14.當(dāng)前32頁(yè)，總共38頁(yè)。A,C,E為離體培養(yǎng)6周后的體細(xì)胞胚；B,D,F為離體培養(yǎng)5個(gè)月后形成的體細(xì)胞胚A:品種GK7，在添加83.0mMcentrophenoxine培養(yǎng)基上;B:品種AT120，在添加124.4mMcentrophenoxine培養(yǎng)基上;C:品種59-4144，在添加12.4mM

dicamba培養(yǎng)基上;D:品種AT120，在添加83.0mMdicamba培養(yǎng)基上;E:品種VC1，在添加83.0mM

picloram培養(yǎng)基上;andF:品種VC1，在添加124.4mMpicloram培養(yǎng)基上.圖含不同種類和不同濃度生長(zhǎng)素固體培養(yǎng)基上成熟花生胚軸體細(xì)胞胚誘導(dǎo)當(dāng)前33頁(yè)，總共38頁(yè)。②其它生長(zhǎng)激素與體細(xì)胞胚發(fā)生除2,4-D外，ABA對(duì)植物體細(xì)胞胚的發(fā)生也起到重要的調(diào)控作用。研究表明，ABA具有促進(jìn)藶蒿體細(xì)胞胚結(jié)構(gòu)正?；娘@著效應(yīng)。在濃度適宜時(shí)，ABA能抑制多種異常體細(xì)胞胚的發(fā)生，而且ABA加入培養(yǎng)基的時(shí)間愈早其效應(yīng)也越明顯。較低濃度的ABA對(duì)保持秈稻愈傷組織的胚性結(jié)構(gòu)具有重要意義，可明顯提高這種胚性愈傷組織分化出苗率。在拐芹中ABA與NAA共同作用可誘導(dǎo)一些游離氨基酸含量的變化和特異蛋白的形成。ABA和PEG對(duì)胡蘿卜(DaucuscarotaL.)體細(xì)胞胚發(fā)生具有調(diào)控作用大量的研究表明，ABA對(duì)某些植物體細(xì)胞胚胎發(fā)生特異性基因的表達(dá)起調(diào)控作用，激活相關(guān)基因的表達(dá)，合成貯藏蛋白、晚期胚胎發(fā)生豐富蛋白和胚胎發(fā)生的特異性蛋白。當(dāng)前34頁(yè)，總共38頁(yè)。3多胺（腐胺、尸胺、亞精胺、高亞精胺、精胺等）和乙烯與體細(xì)胞胚發(fā)生**外源多胺對(duì)體胚發(fā)生的作用除了取決于植物種類及其內(nèi)源多胺的狀況之外，還關(guān)系到它們?nèi)绾伪晃?、運(yùn)輸及降解等問(wèn)題。多胺與體細(xì)胞胚發(fā)生的關(guān)系在胡蘿卜的研究中較多。當(dāng)前35頁(yè)，總共38頁(yè)。舉例說(shuō)明：**已發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的胚性細(xì)胞中腐胺、精胺含量比非胚性的高，在胡蘿卜體細(xì)胞胚發(fā)生的前胚時(shí)期多胺含量一般較低，從球形胚、心形胚到魚雷胚時(shí)期，精胺和亞精胺逐漸升高，心形胚時(shí)期以腐胺為主，魚雷胚時(shí)期則富含亞精胺。**在胡蘿卜愈傷組織的體細(xì)胞胚發(fā)生中發(fā)現(xiàn)乙烯抑制體細(xì)胞胚的發(fā)生，而乙烯形成酶抑制劑Ni2+、Co2+可以促進(jìn)其體細(xì)胞胚發(fā)生。**有研究表明，只在胚細(xì)胞分化早期才與多胺生物合成關(guān)系較密切。當(dāng)前36頁(yè)，總共38頁(yè)。4糖類和金屬離子與體細(xì)胞胚發(fā)生①

糖類**糖類對(duì)誘導(dǎo)植物體細(xì)胞胚發(fā)生也是不可缺少的重要成分。**研究表明，小麥的愈傷組織一旦分化為胚性細(xì)胞后就有淀粉粒的積累，在胚性細(xì)胞分化與發(fā)育的整個(gè)過(guò)程中，淀粉的兩次合成高峰均在發(fā)育的重要轉(zhuǎn)折期，為體細(xì)胞