第七章器官發(fā)生與體細(xì)胞胚胎發(fā)生文檔資料

1、 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日脫分化:成熟細(xì)胞轉(zhuǎn)變成分生狀態(tài)并形成愈傷組織的過(guò)程.再分化:由分生狀態(tài)的愈傷組織或外植體分化出各種器官的過(guò)程. 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日器官發(fā)生器官發(fā)生概念：離體培養(yǎng)的組織、細(xì)胞在誘導(dǎo)條件下經(jīng)分裂和增殖再分化形成不定根和不定芽等器官的過(guò)程。發(fā)生方式：l直接發(fā)生：（具有初生分生能力的）外植體直接分化成器官的過(guò)程。如落地生根.l間接發(fā)生：外植體（已分化的成熟組織）經(jīng)脫分化形成愈傷組織再分化形成器官的過(guò)程。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年

2、10月9日 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日組織的分化與器官建成組織的分化與器官建成維管組織的分化 早期研究發(fā)現(xiàn)（wetmore，1955），丁香的芽可以誘導(dǎo)鄰近的組織分化出維管束，后證明這是芽中iaa的作用。將一塊含有14c-iaa和蔗糖的瓊膠楔形物插入到愈傷組織切口中，14c-iaa表明蔗糖和iaa通過(guò)瓊膠擴(kuò)散到愈傷組織，從而在愈傷組織中造成這兩種物質(zhì)的梯度，在楔形物一頗有同感形成維管束的瘤狀物，瘤狀物含有一形成層帶，一面形成韌皮部，一面形成木質(zhì)部，與正常的維管束有類(lèi)似的排列。增加iaa的濃度，導(dǎo)致木質(zhì)部形成，增加蔗糖濃度則導(dǎo)致韌皮部形成。生長(zhǎng)素水平恒定時(shí)，2%蔗糖

3、則全部分化出木質(zhì)部，4%蔗糖幾乎全部分化出韌皮部，3%蔗糖則可以分化出二者。所以，生長(zhǎng)素和蔗糖濃度決定愈傷組織中維管束的類(lèi)型與數(shù)量。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日組織的分化與器官建成組織的分化與器官建成 rier和beslow進(jìn)一步報(bào)道，蔗糖不僅影響細(xì)胞的數(shù)目，而且影響其結(jié)構(gòu)。低濃度蔗糖（0.5%）誘導(dǎo)出環(huán)紋和梯紋管胞，1.5-3.-5%蔗糖誘導(dǎo)出梯紋和網(wǎng)紋細(xì)胞。 細(xì)胞分裂素類(lèi)對(duì)促進(jìn)木質(zhì)部形成也有作用。它們使碳水化合物代謝趨向于五碳糖途徑，促進(jìn)木素前體苯丙烷的合成，不同的細(xì)胞分裂素作用不同。玉米素激動(dòng)素6-ba（6-芐基腺嘌呤），naa/激動(dòng)素的比值為0.5/20時(shí)

4、有木質(zhì)部發(fā)生和根形成，而比值降為0.025/0.4時(shí)，只發(fā)生木質(zhì)部而不發(fā)生根，赤霉素（ga）、乙烯、脫落酸對(duì)木質(zhì)部發(fā)生有抑制作用。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日組織的分化與器官建成組織的分化與器官建成根和芽的分化 外植體誘導(dǎo)出愈傷組織后，經(jīng)過(guò)繼代培養(yǎng)，可以在愈傷組織內(nèi)部形成一類(lèi)分生組織（meristemoid）即具有分生能較往年小細(xì)胞團(tuán)，然后，再分化成不同的器官原基。有些情況下，外植體不經(jīng)愈傷組織而直接誘導(dǎo)出芽、根。所以器官發(fā)生有兩種方式，即直接和間接的。 外植體器官發(fā)生（根、芽或胚狀體）再生植株。外植體愈傷組織類(lèi)分生組織根、芽再生植株。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生

5、物工程系 2021年10月9日組織的分化與器官建成組織的分化與器官建成 根是組織培養(yǎng)中易形成的器官，早在30年代，就看以胡蘿卜培養(yǎng)物中根的形成，以后又在多種植物中看到，同一植物不同器官可以誘導(dǎo)出根來(lái)：如棉花幼苗子葉、下胚軸切段、油菜葉片、葉柄、下胚軸等，多種植物愈傷組織也易生根。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日組織的分化與器官建成組織的分化與器官建成形成芽的培養(yǎng)基條件常有不同，有時(shí)芽與根可以同時(shí)在組織培養(yǎng)中形成，一般說(shuō)，培養(yǎng)物中形成的芽如胡蘿卜懸浮培養(yǎng)，油菜愈傷組織等。在組織培養(yǎng)中通過(guò)根、芽誘導(dǎo)再生植株方式有三種：一種在芽產(chǎn)生之后，于芽形成的基部長(zhǎng)根而形成小植株，一種

6、是在根上生長(zhǎng)出芽來(lái)，另一種即在愈傷組織的不同部位分別形成芽和根，然后兩者結(jié)合起來(lái)形成一株植物。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日組織的分化與器官建成組織的分化與器官建成除營(yíng)養(yǎng)芽之外，在組織培養(yǎng)中有時(shí)也有花芽的形成，如煙草、花生等。也有變態(tài)器官的形成，如百合鱗片切塊分化出的芽，形成小鱗莖，唐菖蒲莖端可誘導(dǎo)形成小球莖，馬鈴薯的莖切段可以形成塊莖。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日組織的分化與器官建成組織的分化與器官建成植物激素的成分影響著器官建成， skoog和miller等所提出的生長(zhǎng)素和激動(dòng)素比例決定根和芽分化的觀(guān)點(diǎn)，曾被大量的試驗(yàn)結(jié)果所證明。在

7、很多禾谷類(lèi)作物的組織培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，用較高濃度的生長(zhǎng)素（2，4-d）誘導(dǎo)形成的愈傷組織，當(dāng)培養(yǎng)在除去生長(zhǎng)素，或適當(dāng)濃度的活性較低的生長(zhǎng)素中時(shí)，就可以誘導(dǎo)芽的形成。nitsch等用linsmaier(lm)培養(yǎng)基附加10-5摩爾2，4-d培養(yǎng)水稻愈傷組織可以生根，一旦轉(zhuǎn)入無(wú)生長(zhǎng)素的培養(yǎng)基時(shí)就能產(chǎn)生芽。rangan將小米愈傷組織從含生長(zhǎng)素的培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移到無(wú)生長(zhǎng)素的培養(yǎng)基，一個(gè)星期內(nèi)就形成了芽。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日組織的分化與器官建成組織的分化與器官建成但在另一些例子中激素比例控制器官分化的問(wèn)題則出現(xiàn)完全相反的情況。苜蓿在有2，4-d和細(xì)胞分裂素的培養(yǎng)基中，可以形成愈

8、傷組織，轉(zhuǎn)入不加以上兩種激素的培養(yǎng)基中能分化，但分化的情況與原來(lái)的激素比例有關(guān)。如果愈傷組織是在高細(xì)胞分裂素/生長(zhǎng)素比例的培養(yǎng)基中形成的，易于生根，而在高生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素比例的培養(yǎng)基中形成的，易于生根，而在高生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素比例的培養(yǎng)基中形成的愈傷組織，則易生芽。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日組織的分化與器官建成組織的分化與器官建成由此看來(lái)，分化與激素的關(guān)系同植物的遺傳性有著密切的關(guān)系，用五個(gè)品種的煙草做實(shí)驗(yàn)，用相同的生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素比例，結(jié)果有的品種形成很多芽，有的形成很少芽，有的完全不生芽。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日組織的分

9、化與器官建成組織的分化與器官建成培養(yǎng)基的物理因素和外界條件對(duì)器官建成有一定影響。固體培養(yǎng)基有利于誘導(dǎo)愈傷組織，而液體培養(yǎng)基有利于細(xì)胞和胚狀體增殖。藍(lán)光有利于芽的分化，而紅光、遠(yuǎn)紅光對(duì)芽分化有抑制作用，但促進(jìn)根分化，紫光對(duì)生芽有刺激作用。石刁柏、虎耳草屬、鳳梨科植物分化前期需要低光強(qiáng)（1000勒克斯），后期要求高光強(qiáng)（3000-10000勒克斯），降低氧濃度促進(jìn)胡蘿卜愈傷組織芽的形成，增加氧濃度促進(jìn)不定根形成。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日指由培養(yǎng)細(xì)胞誘導(dǎo)分化出具胚芽、胚根、胚軸的胚狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而長(zhǎng)成完整植株。由外植體經(jīng)胚狀體形成完整植株可分三個(gè)不同發(fā)育階段：l外植體細(xì)

10、胞脫分化。外植體發(fā)生細(xì)胞分裂，或進(jìn)而形成愈傷組織。這一階段同不定芽方式一樣。l胚狀體形成 在植物有性生殖中，精于和卵子結(jié)合形成合子，合子進(jìn)一步發(fā)育成胚。但在組織培養(yǎng)條件下胚狀體的發(fā)育過(guò)程是：細(xì)胞經(jīng)脫分化后，發(fā)生持續(xù)細(xì)胞分裂增殖，并依次經(jīng)過(guò)原胚期、球形胚期、心形胚期、魚(yú)雷形胚期和子葉期，進(jìn)而成為成熟的有機(jī)體。我們把由愈傷組織的類(lèi)似薄壁組織細(xì)胞不經(jīng)有性過(guò)程而直接產(chǎn)生類(lèi)似胚的這一結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為胚狀體。l胚狀體再發(fā)育成完整植株 在外觀(guān)上，這種方式和不定芽均有光滑、圓形突起的形狀。胚狀體方式胚狀體方式(somatic embryo) 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日胚狀體方式胚狀體方

11、式(somatic embryo) 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日胚狀體與不定芽的區(qū)別胚狀體與不定芽的區(qū)別胚狀體在組織學(xué)上具備以下和不定芽不同的三個(gè)特征：l最根本的特征是具有兩極性，最根本的特征是具有兩極性，即在發(fā)育的早期階段，從其方向相反的兩端分化出莖端和根端，而不定芽或不定根都為單向極性。l胚狀體的維管組織與外植體的維管組織無(wú)解剖結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，胚狀體的維管組織與外植體的維管組織無(wú)解剖結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，而不定芽或不定根往往總是與愈傷組織的維管組織相聯(lián)系。而不定芽或不定根往往總是與愈傷組織的維管組織相聯(lián)系。l胚狀體的維管組織的分布是獨(dú)立的胚狀體的維管組織的分布是獨(dú)立的“v

12、”v”字形，而不定芽的維字形，而不定芽的維管組織無(wú)此現(xiàn)象。管組織無(wú)此現(xiàn)象。胚狀體也是植物組織培養(yǎng)形態(tài)發(fā)生最常見(jiàn)而重要的方式，它較不定芽方式有更多的優(yōu)點(diǎn)：如胚狀體產(chǎn)生偽數(shù)量比不定芽多；胚狀體可制成人工種子，便于運(yùn)輸和保存；胚狀體的有性后代遺傳性更接近母體植株。這些對(duì)組織培養(yǎng)應(yīng)用于育種是十分有利而重要的。 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日胚狀體與合子胚的比較胚狀體與合子胚的比較合子胚合子胚胚狀體胚狀體質(zhì)量質(zhì)量萌發(fā)率高，質(zhì)量好萌發(fā)率低，質(zhì)量差來(lái)源來(lái)源受精卵體細(xì)胞胚柄胚柄有，明顯即使有也不明顯形態(tài)形態(tài)固定，體積相對(duì)較小復(fù)雜，常有兩個(gè)以上的子葉體積相對(duì)較大變異率變異率低高 湖北生

13、態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日生長(zhǎng)素類(lèi)：生長(zhǎng)素類(lèi)：以離體培養(yǎng)條件下胡蘿卜的體細(xì)胞胚胎發(fā)生的誘導(dǎo)過(guò)程來(lái)進(jìn)行分析（教程p99），在離體條件下胡蘿卜體細(xì)胞胚的發(fā)育是一個(gè)包括兩個(gè)步驟的過(guò)程，每個(gè)步驟需要一種不同的培養(yǎng)基。愈傷組織的建立和增殖所需要的是一種含有生長(zhǎng)素的培養(yǎng)（增殖培養(yǎng)基），通常所用的生長(zhǎng)素是2，4-d，濃度范圍0.51mg/l。在這樣一種培養(yǎng)上，愈傷組織的若干部位分化形成分生細(xì)胞團(tuán)，稱(chēng)作“胚性細(xì)胞團(tuán)”。在增殖培養(yǎng)基上反復(fù)繼代，胚性細(xì)胞團(tuán)的數(shù)量不斷增加，但并不出現(xiàn)成熟的胚。影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素 生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì) 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系

14、2021年10月9日然而，如果把胚性細(xì)胞團(tuán)轉(zhuǎn)移到一種生長(zhǎng)素含量很低或完全沒(méi)有生長(zhǎng)素的培養(yǎng)（成胚培養(yǎng)基）上，它們就能發(fā)育為成熟的胚?？磥?lái)，在增殖培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素的存在，對(duì)于胚性細(xì)胞團(tuán)后來(lái)在成胚培養(yǎng)基上發(fā)育為胚是必不可少的。邊疆保存在無(wú)生長(zhǎng)素培養(yǎng)基中的愈傷組織不能形成胚。在這個(gè)意義上，可把增殖培養(yǎng)基看成是體細(xì)胞胚胎發(fā)生的：誘導(dǎo)培養(yǎng)基：，而把每個(gè)胚性細(xì)胞團(tuán)看成是一個(gè)無(wú)結(jié)構(gòu)的胚。影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素 生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì) 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日細(xì)胞分裂素類(lèi)：細(xì)胞分裂素類(lèi)：細(xì)胞分裂素對(duì)于體細(xì)胞胚胎發(fā)生的作用有相反的結(jié)論，既或促進(jìn)也可抑制體細(xì)胞胚的發(fā)生，

15、這主要取決于植物的種類(lèi)及其基因型。一般而言，細(xì)胞分裂素對(duì)于促進(jìn)體細(xì)胞胚的成熟有顯著作用，特別有利于子葉的發(fā)育。另外有研究表明，不同的外植體對(duì)于細(xì)胞分裂素的需要可能具有不同的專(zhuān)一性，如在胡蘿卜的研究中發(fā)現(xiàn)，雖然bap和激動(dòng)素對(duì)胚胎發(fā)生過(guò)程表現(xiàn)抑制作用，但濃度為0.1mol/l的玉米素卻能促進(jìn)這個(gè)過(guò)程，而ba對(duì)胡蘿卜則是促進(jìn)其愈傷組織的增殖，但不形成胚性愈傷組織。 影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素 生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì) 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日赤霉素類(lèi)：赤霉素類(lèi)：赤霉素類(lèi)能抑制體細(xì)胞胚胎發(fā)生，但對(duì)于許多植物而言，赤霉素對(duì)于體細(xì)胞胚胎的成熟與萌發(fā)有促進(jìn)作用。影

16、響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素 生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì) 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日脫落酸：脫落酸：抑制劑特別是aba，在體細(xì)胞胚胎發(fā)生過(guò)程中的作用正逐漸被提示出來(lái)，aba是一種天然產(chǎn)生的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，當(dāng)把無(wú)抑制作用劑量（通常是0.11m）的aba用于荷蘭芹屬培養(yǎng)物時(shí)，可以允許胚成熟過(guò)程進(jìn)行。但是其抑制異常增殖，包括不定胚的啟動(dòng)。另一方面抑制早熟萌發(fā)。 影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素 生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì) 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日氮源的形態(tài)有還原態(tài)氮（nh4+）和氧化態(tài)氮（no3）兩種。在以kno3為唯一氮源（如whit

17、e培養(yǎng)基）的培養(yǎng)上建立起來(lái)的愈傷組織，去掉生長(zhǎng)素以后不能形成胚。然而是，若在培養(yǎng)基中加入少量nh4cl即可明顯促進(jìn)胚狀體的發(fā)育，上述結(jié)論是否說(shuō)明，胚胎發(fā)生過(guò)程中還原態(tài)氮是必需的？我們可以對(duì)以下的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。 影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素 氮源 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日reinertreinert及基合作者在栽培胡蘿卜愈傷組織培養(yǎng)中及基合作者在栽培胡蘿卜愈傷組織培養(yǎng)中( ( 培養(yǎng)基均為培養(yǎng)基均為whitewhite培養(yǎng)基培養(yǎng)基) )得到以下結(jié)果：得到以下結(jié)果：nh4+氮（m）no-3氮（m）體胚發(fā)生數(shù)（個(gè)/2ml）10401131219055

18、190.309511.34.1l從上表可以分析得出，盡管高濃度的氧化態(tài)氮同樣可以誘導(dǎo)體細(xì)胞胚胎發(fā)生，但是其誘導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于還原態(tài)氮和氧化態(tài)氮配合使用時(shí)的誘導(dǎo)率。 影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素 氮源 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日 有些愈傷組織或懸浮培養(yǎng)物起初具有器官發(fā)生或胚胎發(fā)生的潛力，但經(jīng)過(guò)反復(fù)繼代保存之后喧種形態(tài)發(fā)生能力常常逐漸下降，有些甚至完全損失。為了解釋這種現(xiàn)象，現(xiàn)在有三種假說(shuō)。影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素 長(zhǎng)期培養(yǎng)物形態(tài)發(fā)生潛力的喪失 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日遺傳說(shuō)遺傳說(shuō) 該假說(shuō)認(rèn)為，形

19、態(tài)發(fā)生潛力的喪失是由于在培養(yǎng)細(xì)胞中的核的特性發(fā)生了改變，即細(xì)胞核內(nèi)的遺傳物質(zhì)在培養(yǎng)繼代過(guò)程中由于變異等原因而發(fā)生了改變或是突變。因此，可以推知，由這種原因所造成的形態(tài)發(fā)生潛力的喪失是不可逆的。 影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素 長(zhǎng)期培養(yǎng)物形態(tài)發(fā)生潛力的喪失 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日生理說(shuō)生理說(shuō)從前面體細(xì)胞胚胎發(fā)生中的甜橙的馴化組織的形成的實(shí)例中，不難分析，隨著不斷的培養(yǎng)繼代的進(jìn)行，培養(yǎng)組織或細(xì)胞中的內(nèi)源激素平衡關(guān)系可能會(huì)發(fā)生改變，而導(dǎo)致不能形態(tài)發(fā)生。在這種情況下，細(xì)胞雖然停止了器官和胚胎的分化，但并不一定就喪失了這種分化能力。因而，在這種情況下，

20、如果改變外部處理?xiàng)l件，應(yīng)該有可能使細(xì)胞的這種內(nèi)在潛力得到恢復(fù)。影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素 長(zhǎng)期培養(yǎng)物形態(tài)發(fā)生潛力的喪失 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程系 2021年10月9日 競(jìng)爭(zhēng)學(xué)說(shuō) 本質(zhì)上是前兩個(gè)假說(shuō)的結(jié)合。按照這個(gè)假說(shuō)的倡議者smith 和street（1974）的看法，在胡蘿卜細(xì)胞長(zhǎng)其連續(xù)繼代培養(yǎng)基間，有兩個(gè)過(guò)程可能與胚胎發(fā)生能力的下降以至最終的喪失有關(guān)。首先，細(xì)胞對(duì)于生長(zhǎng)素（2，4-d）抑制全能性表達(dá)的作用變得比較敏感；基次，隨著時(shí)間的推移，由于培養(yǎng)細(xì)胞在細(xì)胞學(xué)上的不穩(wěn)定性，出現(xiàn)了缺乏胚性潛力的新的細(xì)胞系，這些細(xì)胞學(xué)上的變化不一定是染色體數(shù)目的變化，而可能只是遺傳信息的小的突變、丟失或易位，實(shí)際上，jones（1974）已