植物細(xì)胞工程緒論

1、2021-11-18 遼寧大學(xué)生命科學(xué)院遼寧大學(xué)生命科學(xué)院阮亞男阮亞男 Email:植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) Plant tissue culture2021-11-18A Glimpse of Plant Tissue Culture2021-11-18本課程教學(xué)目的及要求本課程教學(xué)目的及要求l掌握基本原理掌握基本原理l掌握基本概念掌握基本概念l了解開展組織培養(yǎng)工作的基本設(shè)施了解開展組織培養(yǎng)工作的基本設(shè)施l掌握植物組織培養(yǎng)基本的操作技術(shù)掌握植物組織培養(yǎng)基本的操作技術(shù)l掌握植物組織培養(yǎng)在植物快繁、脫毒等方面的應(yīng)用掌握植物組織培養(yǎng)在植物快繁、脫毒等方面的應(yīng)用2021-11-18 緒論緒論 (2(

2、2學(xué)時學(xué)時) )植物組織培養(yǎng)的概念和內(nèi)容植物組織培養(yǎng)的概念和內(nèi)容植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用2021-11-18本章教學(xué)目的與要求本章教學(xué)目的與要求(1)掌握植物組織培養(yǎng)的概念和內(nèi)容；掌握植物組織培養(yǎng)的概念和內(nèi)容；(2)掌握植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)；掌握植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)；(3)了解組織培養(yǎng)發(fā)展史；了解組織培養(yǎng)發(fā)展史；(4)初步掌握組織培養(yǎng)在實踐中的應(yīng)用。初步掌握組織培養(yǎng)在實踐中的應(yīng)用。概概 述述2021-11-18一、什么是植物組織培養(yǎng)一、什么是植物組織培養(yǎng)What Is Tissue Cult

3、ure?What Is Tissue Culture? Or Or in vitroin vitro culture? culture? Or Or micropropagationmicropropagation? ?概概 述述2021-11-18（一）概念：（一）概念：器官、組織、細(xì)胞在離體培養(yǎng)時需要的有機營養(yǎng)、無機器官、組織、細(xì)胞在離體培養(yǎng)時需要的有機營養(yǎng)、無機營養(yǎng)、植物激素、溫度、濕度、光照等環(huán)境條件以及發(fā)營養(yǎng)、植物激素、溫度、濕度、光照等環(huán)境條件以及發(fā)育階段和基因等的遺傳操作。育階段和基因等的遺傳操作。植物細(xì)胞工程（植物細(xì)胞工程（plant cell engineering） 是指在

4、植物細(xì)胞水平上進行的遺傳操作。是指在植物細(xì)胞水平上進行的遺傳操作。 應(yīng)用植物細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的理論和技術(shù)，應(yīng)用植物細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的理論和技術(shù)，在細(xì)胞水平上離體培養(yǎng)或遺傳操作，以達到快速繁殖、在細(xì)胞水平上離體培養(yǎng)或遺傳操作，以達到快速繁殖、改良品種或生產(chǎn)更多更好的植物產(chǎn)品的工程學(xué)科。改良品種或生產(chǎn)更多更好的植物產(chǎn)品的工程學(xué)科。概概 述述2021-11-18（一）概念：（一）概念：器官（器官（organ)：根、莖、葉、花、果實、種子根、莖、葉、花、果實、種子組織（組織（tissue)：花藥、胚珠、胚、胚乳、形成層等花藥、胚珠、胚、胚乳、形成層等植物組織培養(yǎng)（植物組織培養(yǎng)（Tissue

5、 culture） 是指用是指用無菌無菌方法使植物體的離體方法使植物體的離體（in vitro)in vitro)器官、組織和細(xì)胞在器官、組織和細(xì)胞在人為提供的條件人為提供的條件下生長和下生長和發(fā)育的所有培養(yǎng)技術(shù)的總稱，也稱之為離體培發(fā)育的所有培養(yǎng)技術(shù)的總稱，也稱之為離體培養(yǎng)（養(yǎng)（In vitro culture）或試管培養(yǎng)。）或試管培養(yǎng)。概概 述述2021-11-182. Leaf Disks (Explant) 3. Leaf Disk 4. Callus Induction 5. Callus Proliferation 6. Callus 7. Shoot Regeneration 8

6、. Elongation 9.Rooting 10. Greenhouse Acclimation 2021-11-18l根據(jù)培養(yǎng)方式：根據(jù)培養(yǎng)方式：固體培養(yǎng)、液體培養(yǎng)固體培養(yǎng)、液體培養(yǎng) 固體培養(yǎng)固體培養(yǎng)：將培養(yǎng)物放在含有瓊脂等固化劑的培養(yǎng)基表面進行：將培養(yǎng)物放在含有瓊脂等固化劑的培養(yǎng)基表面進行培養(yǎng)。培養(yǎng)。 液體培養(yǎng)液體培養(yǎng)：將培養(yǎng)物放在未加固化劑的培養(yǎng)基內(nèi)培養(yǎng)，一般需：將培養(yǎng)物放在未加固化劑的培養(yǎng)基內(nèi)培養(yǎng)，一般需進行震蕩，又稱液體震蕩培養(yǎng)。進行震蕩，又稱液體震蕩培養(yǎng)。（二）植物組織培養(yǎng)的類型（二）植物組織培養(yǎng)的類型固體培養(yǎng)固體培養(yǎng)液體培養(yǎng)液體培養(yǎng)概概 述述2021-11-18l (1)固體培

7、養(yǎng)法固體培養(yǎng)法是最常用的方法。該方法簡單，易行，但養(yǎng)分分布是最常用的方法。該方法簡單，易行，但養(yǎng)分分布不均，生長速度不均衡，并常有褐化中毒現(xiàn)象發(fā)生。不均，生長速度不均衡，并常有褐化中毒現(xiàn)象發(fā)生。l (2)液體培養(yǎng)法液體培養(yǎng)法 由于液體中氧氣含量較少，常用振動培養(yǎng)的方法以由于液體中氧氣含量較少，常用振動培養(yǎng)的方法以確保氧氣的供給確保氧氣的供給 往復(fù)式搖床或旋轉(zhuǎn)式搖床進行培養(yǎng)，速度一般為往復(fù)式搖床或旋轉(zhuǎn)式搖床進行培養(yǎng)，速度一般為50-50-200r200rminmin，這種定期浸沒的方法，既能使培養(yǎng)基均，這種定期浸沒的方法，既能使培養(yǎng)基均一，又能保證氧氣的供給。一，又能保證氧氣的供給。固體培養(yǎng)、液

8、體培養(yǎng)的特點：固體培養(yǎng)、液體培養(yǎng)的特點：概概 述述2021-11-18l根據(jù)培養(yǎng)物量的多少：根據(jù)培養(yǎng)物量的多少： 大量培養(yǎng)、微量培養(yǎng)大量培養(yǎng)、微量培養(yǎng)。l根據(jù)培養(yǎng)過程中是否需光：根據(jù)培養(yǎng)過程中是否需光： 光培養(yǎng)、暗培養(yǎng)光培養(yǎng)、暗培養(yǎng)l根據(jù)培養(yǎng)方法的不同：根據(jù)培養(yǎng)方法的不同： 平板培養(yǎng)、微室培養(yǎng)、懸浮培養(yǎng)等平板培養(yǎng)、微室培養(yǎng)、懸浮培養(yǎng)等（二）植物組織培養(yǎng)的類型（二）植物組織培養(yǎng)的類型概概 述述2021-11-18l按培養(yǎng)過程分為按培養(yǎng)過程分為:初代培養(yǎng)和繼代培養(yǎng)初代培養(yǎng)和繼代培養(yǎng)初代培養(yǎng)（初代培養(yǎng)（Primary culture）：）： 指外植體的最初培養(yǎng)。指外植體的最初培養(yǎng)。繼代培養(yǎng)（繼代培養(yǎng)

9、（Subculture）：）： 將初代培養(yǎng)得到的培養(yǎng)體移植于新鮮培養(yǎng)基中這將初代培養(yǎng)得到的培養(yǎng)體移植于新鮮培養(yǎng)基中這種反復(fù)多次移植的培養(yǎng)，稱為繼代培養(yǎng)。種反復(fù)多次移植的培養(yǎng)，稱為繼代培養(yǎng)。（二）植物組織培養(yǎng)的類型（二）植物組織培養(yǎng)的類型概概 述述2021-11-18植物組織培養(yǎng)的特點（植物組織培養(yǎng)的特點（CharacteristicCharacteristic） l培養(yǎng)條件可以人為控制培養(yǎng)條件可以人為控制 組織培養(yǎng)采用的植物材料完全是在人為提供的培養(yǎng)組織培養(yǎng)采用的植物材料完全是在人為提供的培養(yǎng)基質(zhì)和小氣候環(huán)境條件下進行生長，擺脫了大自然基質(zhì)和小氣候環(huán)境條件下進行生長，擺脫了大自然中四季、晝夜的

10、變化以及災(zāi)害性氣候的不利影響，中四季、晝夜的變化以及災(zāi)害性氣候的不利影響，且條件均一，對植物生長極為有利，便于穩(wěn)定地進且條件均一，對植物生長極為有利，便于穩(wěn)定地進行周年培養(yǎng)生產(chǎn)。行周年培養(yǎng)生產(chǎn)。 2021-11-18植物組織培養(yǎng)的特點（植物組織培養(yǎng)的特點（CharacteristicCharacteristic） l生長周期短，繁殖率高生長周期短，繁殖率高 植物組織培養(yǎng)是由于人為控制培養(yǎng)條件，根據(jù)不同植物組織培養(yǎng)是由于人為控制培養(yǎng)條件，根據(jù)不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培養(yǎng)條件，植物不同部位的不同要求而提供不同的培養(yǎng)條件，因此生長較快。另外，植株也比較小，往往因此生長較快。另外，植株也

11、比較小，往往2030d為一個周期。所以，雖然植物組織培養(yǎng)需要一為一個周期。所以，雖然植物組織培養(yǎng)需要一定設(shè)備及能源消耗，但由于植物材料能按幾何級數(shù)定設(shè)備及能源消耗，但由于植物材料能按幾何級數(shù)繁殖生產(chǎn)，故總體來說成本低廉，且能及時提供規(guī)繁殖生產(chǎn)，故總體來說成本低廉，且能及時提供規(guī)格一致的優(yōu)質(zhì)種苗或脫病毒種苗。格一致的優(yōu)質(zhì)種苗或脫病毒種苗。2021-11-18植物組織培養(yǎng)的特點（植物組織培養(yǎng)的特點（CharacteristicCharacteristic） l管理方便，利于工廠化生產(chǎn)和自動化控制管理方便，利于工廠化生產(chǎn)和自動化控制 植物組織培養(yǎng)是在一定的場所和環(huán)境下，人為提供植物組織培養(yǎng)是在一定的

12、場所和環(huán)境下，人為提供一定的溫度、光照、濕度、營養(yǎng)、激素等條件，既一定的溫度、光照、濕度、營養(yǎng)、激素等條件，既利于高度集約化和高密度工廠化生產(chǎn)，也利于自動利于高度集約化和高密度工廠化生產(chǎn)，也利于自動化控制生產(chǎn)。它是未來農(nóng)業(yè)工廠化育苗的發(fā)展方向?；刂粕a(chǎn)。它是未來農(nóng)業(yè)工廠化育苗的發(fā)展方向。它與盆栽、田間栽培等相比省去了中耕除草、澆水它與盆栽、田間栽培等相比省去了中耕除草、澆水施肥、防治病蟲害等一系列繁雜勞動，可以大大節(jié)施肥、防治病蟲害等一系列繁雜勞動，可以大大節(jié)省人力、物力及田間種植所需要的土地。省人力、物力及田間種植所需要的土地。 2021-11-18（三）植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)（三）植物組

13、織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)（R Rationale ationale ） 植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞具有全能性。所謂植物細(xì)胞具有全能性。所謂細(xì)胞全能性細(xì)胞全能性（totipotency）是指植物體任何一個細(xì)胞是指植物體任何一個細(xì)胞都攜帶著一套發(fā)育成完整植都攜帶著一套發(fā)育成完整植株的全部遺傳信息，在離體株的全部遺傳信息，在離體培養(yǎng)情況下，這些信息可以培養(yǎng)情況下，這些信息可以表達，產(chǎn)生出完整植株。表達，產(chǎn)生出完整植株。概概 述述2021-11-18外植體外植體（Explants）由活植物體上切取下來的可以用于組織培養(yǎng)的組織由活植物體上切取下來的可以用于組織培養(yǎng)的組織或器官?；蚱?/p>

14、官。胚狀體胚狀體（Embryoid）植物細(xì)胞、組織或器官的離體培養(yǎng)中，起于一個非植物細(xì)胞、組織或器官的離體培養(yǎng)中，起于一個非合子細(xì)胞，并經(jīng)過胚胎發(fā)育過程分化出的類似胚一合子細(xì)胞，并經(jīng)過胚胎發(fā)育過程分化出的類似胚一樣的細(xì)胞群。樣的細(xì)胞群。幾個概念幾個概念2021-11-182 2、植物細(xì)胞全能性的表達、植物細(xì)胞全能性的表達植物細(xì)胞表達其細(xì)胞全能性，形成完整植物細(xì)胞表達其細(xì)胞全能性，形成完整植株，除了生長外，還要經(jīng)過植株，除了生長外，還要經(jīng)過分化分化、脫脫分化分化和和再分再分化等過程?；冗^程。概概 述述l分化（分化（differentiation)：受精卵經(jīng)過細(xì)胞分裂，引起極性受精卵經(jīng)過細(xì)胞分裂

15、，引起極性的形成，發(fā)育成種子。種子經(jīng)過萌發(fā)，形成根、莖、葉，開的形成，發(fā)育成種子。種子經(jīng)過萌發(fā)，形成根、莖、葉，開花結(jié)果，形成完整植株。完整植株的每個活細(xì)胞雖保持其潛花結(jié)果，形成完整植株。完整植株的每個活細(xì)胞雖保持其潛在的全能性，但受所在環(huán)境的束縛而相對穩(wěn)定。在的全能性，但受所在環(huán)境的束縛而相對穩(wěn)定。2021-11-182 2、植物細(xì)胞全能性的表達、植物細(xì)胞全能性的表達l脫分化（脫分化（dedifferentiation)：有高度分化的植物組織或器有高度分化的植物組織或器官產(chǎn)生愈傷組織的過程。官產(chǎn)生愈傷組織的過程。愈傷組織愈傷組織（callus）是當(dāng)離體組織）是當(dāng)離體組織或器官放在培養(yǎng)基上進行

16、離體培養(yǎng)（或器官放在培養(yǎng)基上進行離體培養(yǎng)（in vitroculture）時，）時，可進行細(xì)胞分裂，形成高度液泡化的無定形態(tài)的薄壁細(xì)胞?？蛇M行細(xì)胞分裂，形成高度液泡化的無定形態(tài)的薄壁細(xì)胞。l再分化（再分化（redifferentiation):將脫分化的愈傷組織轉(zhuǎn)移到適當(dāng)將脫分化的愈傷組織轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)，無定形的愈傷組織重新分化出具有根、的培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)，無定形的愈傷組織重新分化出具有根、莖、葉的完整植株。莖、葉的完整植株。概概 述述2021-11-18離體的離體的植物植物器官、組織、器官、組織、細(xì)胞細(xì)胞脫分化脫分化愈愈傷傷組組織織再分化再分化根根芽芽再再生生植植株株3、植物組

17、織培養(yǎng)過程、植物組織培養(yǎng)過程概概 述述脫分化脫分化再再分化分化離體細(xì)胞離體細(xì)胞愈傷組織愈傷組織胚狀體胚狀體根芽根芽植物體植物體2021-11-184 4、組織培養(yǎng)植株再生的途徑、組織培養(yǎng)植株再生的途徑魔芋胚狀體魔芋胚狀體1）體細(xì)胞胚胎發(fā)生途徑）體細(xì)胞胚胎發(fā)生途徑（胚狀體胚狀體發(fā)生途徑）發(fā)生途徑）：是指在組織培養(yǎng)中起源于一個非合子細(xì)胞，經(jīng)過胚胎是指在組織培養(yǎng)中起源于一個非合子細(xì)胞，經(jīng)過胚胎發(fā)生和胚胎發(fā)育過程（經(jīng)過原胚、球形胚、心形胚、魚雷胚發(fā)生和胚胎發(fā)育過程（經(jīng)過原胚、球形胚、心形胚、魚雷胚和子葉胚和子葉胚5 5個時期），形成具有雙極性的胚狀結(jié)構(gòu)，而發(fā)育成個時期），形成具有雙極性的胚狀結(jié)構(gòu)，而發(fā)

18、育成再生植株的途徑。再生植株的途徑。概概 述述2021-11-18胚狀體發(fā)生途徑胚狀體發(fā)生途徑外植體外植體脫脫分分化化愈傷組織愈傷組織胚狀體胚狀體再生植株再生植株再再分分化化概概 述述2021-11-182）器官發(fā)生途徑：）器官發(fā)生途徑：由愈傷組織或外植體誘導(dǎo)形成不定根由愈傷組織或外植體誘導(dǎo)形成不定根或不定芽，再獲得再生植株的方法。或不定芽，再獲得再生植株的方法。百合鱗葉培養(yǎng)百合鱗葉培養(yǎng)外植體器官發(fā)生途徑外植體器官發(fā)生途徑概概 述述2021-11-18愈傷組織愈傷組織芽芽分化分化再生苗再生苗胚狀體胚狀體小小麥麥愈傷組織器官發(fā)生途徑愈傷組織器官發(fā)生途徑概概 述述2021-11-18外植體外植體愈

19、傷組織愈傷組織芽芽根根再生植株再生植株脫分化脫分化再分化再分化高生長素高生長素(2,4-D)高高(生長素生長素/細(xì)胞分裂素細(xì)胞分裂素)低低(生長素生長素/細(xì)胞分裂素細(xì)胞分裂素)器官發(fā)生途徑器官發(fā)生途徑概概 述述2021-11-18外植體（外植體（explant)：由活體（由活體（invivo)植物體上切取下來的，植物體上切取下來的，用于組織培養(yǎng)的各種接種材料。包括各種器官、組織、細(xì)用于組織培養(yǎng)的各種接種材料。包括各種器官、組織、細(xì)胞或原生質(zhì)體等。胞或原生質(zhì)體等。胡胡蘿蘿卜卜離離體體根根愈傷組織（愈傷組織（callus）在人工培養(yǎng)基上由外植體上形成的一團無在人工培養(yǎng)基上由外植體上形成的一團無序生

20、長狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。序生長狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。概概 述述2021-11-18葉誘導(dǎo)愈傷組織葉誘導(dǎo)愈傷組織概概 述述2021-11-18三、植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史三、植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史l探索階段（探索階段（1902-1929年）年）l組培方法和定義的建立階段（組培方法和定義的建立階段（1930-1939年）年）l細(xì)胞全能性的證實階段（細(xì)胞全能性的證實階段（1940-1959）l組培技術(shù)和理論迅速發(fā)展階段（組培技術(shù)和理論迅速發(fā)展階段（1960-1979）l組培技術(shù)在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用階段（組培技術(shù)在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用階段（1980-今）今）五個五個階段階段2021-11-18植物組織培養(yǎng)的發(fā)展史（植物組織培

21、養(yǎng)的發(fā)展史（HistoryHistory）德國植物學(xué)家施萊登（Schileiden,1838）和動物學(xué)家施旺（Schwann,1839）先后證實植物和動物是細(xì)胞的組合，首次提出了細(xì)胞學(xué)說（cell theory）。“細(xì)胞是有機體，整個動物和植物乃是細(xì)胞的集合體。它們依照一定的規(guī)律排列在動植物體內(nèi)”。SchileidenSchwann萌芽時期2021-11-18Haberlandt：觀點：觀點：貢獻：貢獻：提出細(xì)胞全能性提出細(xì)胞全能性首次進行離體細(xì)胞培養(yǎng)首次進行離體細(xì)胞培養(yǎng)高等植物的組織和器官可高等植物的組織和器官可以分割成單個細(xì)胞以分割成單個細(xì)胞小野芝麻和鳳眼蘭的柵欄細(xì)胞和虎眼萬年青屬表皮細(xì)胞

22、小野芝麻和鳳眼蘭的柵欄細(xì)胞和虎眼萬年青屬表皮細(xì)胞無分裂無分裂細(xì)胞高度分化細(xì)胞高度分化+培養(yǎng)基中無生長激素培養(yǎng)基中無生長激素Knop+蔗糖蔗糖概概 述述2021-11-181904年：年：Hanning胚培養(yǎng)：培養(yǎng)蘿卜和辣根菜的胚，得到胚培養(yǎng)：培養(yǎng)蘿卜和辣根菜的胚，得到植株植株1922年：年：Kotte和和Robbins根培養(yǎng)根培養(yǎng)1925年：年：Laibach亞麻種間雜交幼胚培養(yǎng)得到雜種亞麻種間雜交幼胚培養(yǎng)得到雜種其它研究其它研究1922年：年：Knudson采用胚培養(yǎng)法獲得蘭花幼苗，克服其種采用胚培養(yǎng)法獲得蘭花幼苗，克服其種子發(fā)芽困難的問題。子發(fā)芽困難的問題。玉米成熟胚的培養(yǎng)玉米成熟胚的培養(yǎng)

23、2021-11-182. 組培方法和定義的建立階段（組培方法和定義的建立階段（1930-1939年）年）1934年：年：White番茄根建立第一個植物無性系。番茄根建立第一個植物無性系。當(dāng)根當(dāng)根2厘米長切成厘米長切成0.5-1厘米切斷，無菌液體培養(yǎng)完全厘米切斷，無菌液體培養(yǎng)完全相同的離體根根離體培養(yǎng)真正成功。相同的離體根根離體培養(yǎng)真正成功。提出植物細(xì)胞全能性假設(shè)。提出植物細(xì)胞全能性假設(shè)。1934年：年：Gautherete培養(yǎng)山毛楊、黑楊形成層組織產(chǎn)生了培養(yǎng)山毛楊、黑楊形成層組織產(chǎn)生了Callus1937年：年：White發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)3種種B族維生素和族維生素和IAA對植物生長有用對植物生長有用1

24、939年：年：Gautherete培養(yǎng)胡蘿卜根小外植體成功培養(yǎng)胡蘿卜根小外植體成功1939年：年：White培養(yǎng)煙草種間雜種幼莖切段原形成層成功培養(yǎng)煙草種間雜種幼莖切段原形成層成功1939年：年：Nobecourt培養(yǎng)胡蘿卜根塊莖薄壁組織成功培養(yǎng)胡蘿卜根塊莖薄壁組織成功2021-11-18組織培養(yǎng)的奠基人組織培養(yǎng)的奠基人2021-11-183. 細(xì)胞全能性的證實階段（細(xì)胞全能性的證實階段（1940-1959）1943年：年：White植物組織培養(yǎng)手冊植物組織培養(yǎng)手冊A Handbook of Plant Tissue Culture，標(biāo)志組織培養(yǎng)成為一門新興學(xué)科標(biāo)志組織培養(yǎng)成為一門新興學(xué)科19

25、46年：羅士韋在菟絲子莖尖培養(yǎng)地觀察到花的形成，為試管年：羅士韋在菟絲子莖尖培養(yǎng)地觀察到花的形成，為試管受精奠定了基礎(chǔ)受精奠定了基礎(chǔ)1948年：年：Skoog和和崔真培養(yǎng)煙草莖段時，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤或腺苷可崔真培養(yǎng)煙草莖段時，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤或腺苷可解除生長素對芽生長的抑制作用解除生長素對芽生長的抑制作用，腺嘌呤腺嘌呤/生長素高，生長素高，生芽；低，生根；相等，不分化。生芽；低，生根；相等，不分化。2021-11-181952-1953年：美國科學(xué)家年：美國科學(xué)家Steward F.C. 用胡蘿卜根的細(xì)胞懸浮用胡蘿卜根的細(xì)胞懸浮培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)單個細(xì)胞能象受精卵發(fā)育成胚一樣的途徑，發(fā)育成完培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)單個細(xì)胞能象

26、受精卵發(fā)育成胚一樣的途徑，發(fā)育成完整植抹。證實了植物細(xì)胞全能性學(xué)說。整植抹。證實了植物細(xì)胞全能性學(xué)說。1952年：年：Morel和和Martin首次報道莖尖分生組織的離體培養(yǎng)，獲首次報道莖尖分生組織的離體培養(yǎng)，獲得無病毒大麗花植株。得無病毒大麗花植株。1954年：年：Muir將將煙草愈傷組織置于固體培養(yǎng)基上，在其上放一煙草愈傷組織置于固體培養(yǎng)基上，在其上放一片濾紙，再在濾紙片上放上一片濾紙，再在濾紙片上放上一 個煙草體細(xì)胞，單細(xì)胞培養(yǎng)成功。個煙草體細(xì)胞，單細(xì)胞培養(yǎng)成功。1956年：年：Miller分離出分離出Kinetin，Kinetin / 生長素生長素3. 細(xì)胞全能性的證實階段（細(xì)胞全能性

27、的證實階段（1940-1959）2021-11-184. 組培技術(shù)和理論迅速發(fā)展階段（組培技術(shù)和理論迅速發(fā)展階段（1960-1979）1960年以來組織培養(yǎng)理論、實踐、技術(shù)和方法不斷完善和發(fā)年以來組織培養(yǎng)理論、實踐、技術(shù)和方法不斷完善和發(fā)展，形成獨具特色的專業(yè)技術(shù)展，形成獨具特色的專業(yè)技術(shù)在實驗技術(shù)上建立了較完整的實驗程序，已成為一種重要和在實驗技術(shù)上建立了較完整的實驗程序，已成為一種重要和精細(xì)的實驗技術(shù)精細(xì)的實驗技術(shù)組織培養(yǎng)已廣泛應(yīng)用于生物學(xué)的許多分支學(xué)科，并取得豐碩組織培養(yǎng)已廣泛應(yīng)用于生物學(xué)的許多分支學(xué)科，并取得豐碩的成果。的成果。2021-11-184.1原生質(zhì)體培養(yǎng)原生質(zhì)體培養(yǎng)1960

28、年：年：Cocking酶解法分離原生質(zhì)體獲得成功。使植酶解法分離原生質(zhì)體獲得成功。使植物細(xì)胞可以象動物細(xì)胞一樣進行細(xì)胞融合。物細(xì)胞可以象動物細(xì)胞一樣進行細(xì)胞融合。1971年，日本年，日本 takebe和和Nagata首次利用煙草葉片分離首次利用煙草葉片分離原生質(zhì)體并獲得再生植株。原生質(zhì)體并獲得再生植株。我國獲得了我國獲得了30個以上品種的原生質(zhì)體再生植株，其中個以上品種的原生質(zhì)體再生植株，其中包括難度較大的重要糧食作物和經(jīng)濟作物大豆、水稻、包括難度較大的重要糧食作物和經(jīng)濟作物大豆、水稻、玉米、小麥、谷子、高梁、大麥、棉花、油萊、馬鈴玉米、小麥、谷子、高梁、大麥、棉花、油萊、馬鈴薯等薯等2021

29、-11-181972年，美國年，美國Carlson誘導(dǎo)粉藍(lán)煙草和郎氏煙草的原生質(zhì)體融合誘導(dǎo)粉藍(lán)煙草和郎氏煙草的原生質(zhì)體融合得到種間體細(xì)胞雜種第一株體細(xì)胞雜種。得到種間體細(xì)胞雜種第一株體細(xì)胞雜種。1978年，年，有性雜交不親和的番茄有性雜交不親和的番茄/馬鈴薯間的體細(xì)胞雜交獲得了馬鈴薯間的體細(xì)胞雜交獲得了雜種植株雜種植株(Melchers)。隨后獲得了地上結(jié)番茄，地下生馬鈴薯的隨后獲得了地上結(jié)番茄，地下生馬鈴薯的雜種植物。雜種植物。1985年，年，馬鈴薯的栽培品種與野生種的體細(xì)胞雜交，得到了抗馬鈴薯的栽培品種與野生種的體細(xì)胞雜交，得到了抗晚疫病和卷葉病的體細(xì)胞雜種晚疫病和卷葉病的體細(xì)胞雜種(Au

30、stin)。4.2細(xì)胞融合與體細(xì)胞雜交細(xì)胞融合與體細(xì)胞雜交2021-11-18避免避免受精后胚乳發(fā)育不良受精后胚乳發(fā)育不良或因或因種胚與胚乳間不親和種胚與胚乳間不親和而而致使雜種胚夭折，及時致使雜種胚夭折，及時分離幼胚分離幼胚接種在接種在無激素培養(yǎng)基無激素培養(yǎng)基上使之直接成苗上使之直接成苗，這就是，這就是胚挽救胚挽救。大大提高遠(yuǎn)緣雜交的成功率大大提高遠(yuǎn)緣雜交的成功率。印度科學(xué)家印度科學(xué)家在裁培種菜豆、黃麻和花生的遠(yuǎn)緣雜交中在裁培種菜豆、黃麻和花生的遠(yuǎn)緣雜交中獲得了理想的重組體。獲得了理想的重組體。中國農(nóng)科院蔬菜所中國農(nóng)科院蔬菜所培養(yǎng)結(jié)球甘藍(lán)和大白菜的雜種胚得培養(yǎng)結(jié)球甘藍(lán)和大白菜的雜種胚得到了種

31、間雜種。到了種間雜種。4.3胚胎培養(yǎng)和試管受精胚胎培養(yǎng)和試管受精2021-11-18Arregnin和和bonner在在1950年首先進行了年首先進行了培養(yǎng)橡膠莖愈傷組織獲取培養(yǎng)橡膠莖愈傷組織獲取橡膠的嘗試橡膠的嘗試。近近50年來飛速的發(fā)展。從年來飛速的發(fā)展。從400多種植物培養(yǎng)細(xì)胞中分離到多種植物培養(yǎng)細(xì)胞中分離到600多種多種次級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物，其中，其中60多種在含量上多種在含量上超過或等于其原植物超過或等于其原植物，20種種以上干重超過以上干重超過1。在日本，在日本，人參細(xì)胞培養(yǎng)人參細(xì)胞培養(yǎng)已達已達130600L發(fā)酵罐；德國用發(fā)酵罐；德國用1000L發(fā)酵罐發(fā)酵罐培養(yǎng)毛地黃細(xì)胞培養(yǎng)毛

32、地黃細(xì)胞；在我國，人參細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)也已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。；在我國，人參細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)也已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 利用培養(yǎng)細(xì)胞的生物轉(zhuǎn)化能力生產(chǎn)利用培養(yǎng)細(xì)胞的生物轉(zhuǎn)化能力生產(chǎn)高值化合物高值化合物，德國科學(xué)家進行，德國科學(xué)家進行了出色的研究。他們在毛地黃細(xì)胞的培養(yǎng)中加入生物合成途徑的了出色的研究。他們在毛地黃細(xì)胞的培養(yǎng)中加入生物合成途徑的中間化合物毛地黃毒素中間化合物毛地黃毒素和和 一甲基毛地黃毒素一甲基毛地黃毒素，培養(yǎng)細(xì)胞以幾乎，培養(yǎng)細(xì)胞以幾乎 100的轉(zhuǎn)化速率使之的轉(zhuǎn)化速率使之羥基化羥基化，變?yōu)獒t(yī)藥，變?yōu)獒t(yī)藥強心劑地高辛強心劑地高辛。4.4組織及細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)有用物質(zhì)組織及細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)有用物質(zhì)2021-11-18

33、1964年，印度的年，印度的Guba和和Meheshiwari培養(yǎng)毛葉曼陀羅培養(yǎng)毛葉曼陀羅花藥獲得了第一棵單倍體植株?；ㄋ帿@得了第一棵單倍體植株。我國于我國于1970年開始這方面的研究，取得了很大的成果。年開始這方面的研究，取得了很大的成果。40種以上植物獲得單倍體植株，種以上植物獲得單倍體植株，其中小麥、玉米、橡其中小麥、玉米、橡膠樹、楊樹、辣權(quán)、油菜、柑桔、甘蔗、大豆、葡萄膠樹、楊樹、辣權(quán)、油菜、柑桔、甘蔗、大豆、葡萄和蘋果等的單倍體植株為我國首創(chuàng)。和蘋果等的單倍體植株為我國首創(chuàng)。通過單倍體育種通過單倍體育種獲得了水稻、小麥、煙草、辣椒和甜櫻新品種。中花獲得了水稻、小麥、煙草、辣椒和甜櫻新

34、品種。中花8號、號、9號等號等15個水稻新品種，總種植面積達個水稻新品種，總種植面積達1000萬畝。萬畝。通過花粉和花藥培養(yǎng)已獲得了通過花粉和花藥培養(yǎng)已獲得了幾百種植物幾百種植物的單倍體植的單倍體植株。株。4.5單倍體育種單倍體育種2021-11-18l花藥培養(yǎng)花藥培養(yǎng)：中花：中花8號水稻、京花號水稻、京花1號小麥。號小麥。l體細(xì)胞無性系變異：體細(xì)胞無性系變異：我國已經(jīng)培育出我國已經(jīng)培育出抗白葉枯病及賴氨抗白葉枯病及賴氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、絲氨酸和酪氨酸含量高于親本系酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、絲氨酸和酪氨酸含量高于親本系的水稻變異體。的水稻變異體。l突變體誘導(dǎo)和篩選突變體誘導(dǎo)和篩選細(xì)胞突變體

35、的篩選最早始于細(xì)胞突變體的篩選最早始于1959年，年，G，Melchers在在金魚草懸浮細(xì)胞培養(yǎng)中獲得了溫度突變體金魚草懸浮細(xì)胞培養(yǎng)中獲得了溫度突變體。迄今為止，不少于迄今為止，不少于15個科、個科、45個種的植物細(xì)胞培養(yǎng)中篩選出個種的植物細(xì)胞培養(yǎng)中篩選出100個以上的細(xì)胞突變體或變異體個以上的細(xì)胞突變體或變異體，有，有抗病抗病細(xì)胞突變體、細(xì)胞突變體、逆逆境脅迫抗性境脅迫抗性突變體、突變體、抗除草劑細(xì)胞抗除草劑細(xì)胞突變體及突變體及營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型細(xì)胞細(xì)胞突變體等。突變體等。5. 組織培養(yǎng)在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用階段（組織培養(yǎng)在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用階段（1980年年-今）今）2021-11-18三、應(yīng)用領(lǐng)

36、域三、應(yīng)用領(lǐng)域1、快速繁殖、快速繁殖2、種苗脫毒、種苗脫毒3、遠(yuǎn)緣雜交、遠(yuǎn)緣雜交8、植物性藥物和生物制品的生產(chǎn)植物性藥物和生物制品的生產(chǎn)7、基因工程、基因工程 6、種質(zhì)保存、種質(zhì)保存4、突變育種、突變育種5、單倍體育種、單倍體育種概概 述述2021-11-181.1.快速繁殖植物快速繁殖植物植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用（Application）分株繁殖分株繁殖播種繁殖播種繁殖常用的植物繁殖方法2021-11-181.1.快速繁殖植物快速繁殖植物植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用（Application）壓條繁殖壓條繁殖嫁接繁殖嫁接繁殖常用的植物繁殖方法2021-11-181.1.快速繁殖植物快速繁殖植物植物組織培養(yǎng)的應(yīng)

37、用（Application）扦插繁殖扦插繁殖組織培養(yǎng)繁殖組織培養(yǎng)繁殖常用的植物繁殖方法2021-11-181.1.快速繁殖植物快速繁殖植物植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用（Application）擴繁系數(shù)為4，繼代次數(shù)為n404142434n 依靠自然條件在較短時間內(nèi)繁殖稀有植物和經(jīng)濟價值較高的植物，受到地理環(huán)境和季節(jié)的限制，很難達到快速、高效的目的；特別對于在短時期內(nèi)需要達到一定數(shù)量，才能創(chuàng)造應(yīng)有價值的植物，時間就是效益，只有通過組織培養(yǎng)的方法才能滿足這一要求。2021-11-18 組織培養(yǎng)法繁殖植物的明顯特點是快速，每年可以數(shù)以百萬倍速度繁殖，因此對一些繁殖系數(shù)低，不能用種子繁殖的名特優(yōu)植物品種的繁殖，

38、尤為意義重大。一個單株一年可以繁殖幾萬到幾百萬個植株。例如一株蘭花一年繁殖到400萬株。￥301株￥304000000株￥120,000,000培養(yǎng)一年￥101株￥1016000000株￥160,000,000培養(yǎng)一年2021-11-18用組織培養(yǎng)法繁殖植物，這是組織培養(yǎng)應(yīng)用于生產(chǎn)的主要的和成效最大的實例。首先是在蘭花上的成功應(yīng)用。自Morel在1960年得到蘭花組織培養(yǎng)苗后，很快應(yīng)用于生產(chǎn)，形成了組織培養(yǎng)法繁殖蘭花工業(yè)。2021-11-18根莖培養(yǎng)芽體增殖惠蘭體胚增殖與植株再生A 黑暗培養(yǎng) B 光照培養(yǎng) C 再生小植株文心蘭2021-11-18葉片培養(yǎng)與植株再生蝴蝶蘭2021-11-18蘭

39、花 保 護 地 栽 培2021-11-18工廠化育苗 工廠化生產(chǎn)組培苗，是按一定工藝流程規(guī)范化程序化生產(chǎn)的，具有繁殖速度快、整齊、一致、無蟲少病、生長周期短、遺傳性穩(wěn)定的特點，可以加速產(chǎn)品的發(fā)展，盡快獲得繁殖無性系。對一些繁殖系數(shù)低、雜合的材料有性繁殖優(yōu)良性狀易分離、或從雜合的遺傳群體中篩選出表現(xiàn)型優(yōu)異的植株，需要保持其優(yōu)良遺傳性，有更重要的作用。組培苗的無毒生產(chǎn)，可減少病害傳播，更符合國際植物檢疫標(biāo)準(zhǔn)的要求，擴大產(chǎn)品的流通渠道，增加產(chǎn)品市場的銷售能力，同時減少了氣候條件對幼苗繁殖的影響，緩和了淡、旺季供需矛盾。 2021-11-18 世界上一些先進國家園藝植物組織培養(yǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展。從60年

40、代就巳經(jīng)開始，并隨著生長、分化規(guī)律性探索逐步深化。70年代僅花卉業(yè)就已在蘭花、百合、非洲菊、大巖桐、菊花、香石竹、矮牽牛等二十幾種花卉幼苗生產(chǎn)上建立起大規(guī)模試管苗商品化生產(chǎn)。1984年世界花卉幼苗產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)總值已達20億美元，其中美國花卉幼苗市場總值為6億多美元，日本三友種苗公司有60的幼苗靠組織培養(yǎng)技術(shù)繁殖。1985年僅蘭花一項，在美國注冊的公司就有100余家，年銷售額在1億美元以上。由于組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用，加快了花卉新品種的推廣。以前靠常規(guī)方法推廣一個新品種要幾年甚至十多年，而現(xiàn)在快的只要l2年就可在世界范圍內(nèi)達到普及和應(yīng)用。2021-11-182021-11-18Step 1Step 2

41、Step 3Step 4Step 5Step 62021-11-18Day 0 Sowing Day 1 Environmental Adjustment Day 2 Decreasing Humidity Day 3 Removing Double Seedlings Day 4 Day 5 Seedling Selection Day 6 Increasing Watering Frequency Day 7 Day 8 Day 10Day 9Day 11 實生苗工廠化育苗過程2021-11-182. 2. 植物育種植物育種(1)單倍體育種(2)胚胎培養(yǎng) (3)細(xì)胞融合 (4)基因工程 (

42、5)誘導(dǎo)突變體 (6)種質(zhì)資源保存與交流 單倍體植株往往不能結(jié)單倍體植株往往不能結(jié)實，在培養(yǎng)中用秋水仙素實，在培養(yǎng)中用秋水仙素處理，可使染色體加倍，處理，可使染色體加倍，成為純合二倍體植株，這成為純合二倍體植株，這種培養(yǎng)技術(shù)在育種上的應(yīng)種培養(yǎng)技術(shù)在育種上的應(yīng)用稱為單倍體育種。單倍用稱為單倍體育種。單倍體育種具有高速、高效率體育種具有高速、高效率、基因型一次純合等優(yōu)點、基因型一次純合等優(yōu)點，因此，通過花藥或花粉，因此，通過花藥或花粉培養(yǎng)的單倍體育種，已經(jīng)培養(yǎng)的單倍體育種，已經(jīng)作為一種嶄新的育種手段作為一種嶄新的育種手段問世，并已開始育成大面問世，并已開始育成大面積種植的作物新品種。積種植的作物新

43、品種。 在植物種間雜交或遠(yuǎn)緣雜交中，雜交不孕給遠(yuǎn)緣雜交帶來了許多困難。而采用胚的早期離體培養(yǎng)可以使胚正常發(fā)育并成功地培養(yǎng)出雜交后代，可以通過無性系繁殖獲得數(shù)量較多、性狀一致的群體，胚培養(yǎng)已在50多個科屬中獲得成功。 通過原生質(zhì)體融合，可部分克服有性雜交不親和性，而獲得體細(xì)胞雜種，從而創(chuàng)造新種或育成優(yōu)良品種，這是組織培養(yǎng)應(yīng)用最誘人的一個方面，目前已獲得40余個種間、屬間、甚至科間的體細(xì)胞雜種、愈傷組織，有些還進而分化成苗。 用基因工程的方法，把目標(biāo)基因切割下來并通過載體使外來基因整合進植物的基因組是完全有可能的，這項研究如果獲得成功，將克服作物育種中的盲目性，而變成按人們的需要操縱作物的遺傳變異

44、，育成優(yōu)良品種，目前這項研究剛剛起步，加上植物的遺傳背景比原核生物更為復(fù)雜，因此，要用基因工程實現(xiàn)作物改良，以增加產(chǎn)量和改善品質(zhì)，將是21世紀(jì)需要解決的一個問題。無論是愈傷組織培養(yǎng)還是細(xì)胞培養(yǎng)，培養(yǎng)細(xì)胞均處在不斷分生狀態(tài)，容易受培養(yǎng)條件和外界壓力(如射線、化學(xué)物質(zhì)等)的影響而產(chǎn)生誘變，從中可以篩選出對人們有用的突變體，從而育成新品種。尤其對原來誘發(fā)突變較為困難、突變率較低的一些性狀，用細(xì)胞培養(yǎng)進行誘發(fā)、篩選和鑒定時，處理細(xì)胞數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于處理個體數(shù)，因此一些突變率極低的性狀有可能從中選擇出來。 利用植物組織和細(xì)胞法低溫保存種質(zhì)，可大大節(jié)約人力、物力和土地，同時也便于種質(zhì)資源的交換和轉(zhuǎn)移，防止有害病

45、蟲的人為傳播，給保存和搶救有用基因帶來了希望。例如胡蘿卜和煙草等植物的細(xì)胞懸浮物，在-20至-196的低溫下貯藏數(shù)月，尚能恢復(fù)生長，再生成植株。 2021-11-182021-11-182021-11-183. 3. 植物脫毒植物脫毒百合唐菖蒲芥菜月季 病毒是植物的嚴(yán)重病害，病毒病的種類不下五百多種。受害的糧食作物有水稻、小麥、馬鈴薯、甘薯，蔬菜作物有：油菜、大蒜，果樹有：柑桔、蘋果、棗，花卉有：唐菖蒲、石竹、蘭花等。防治無方，只好拔除病株，因而造成很大經(jīng)濟損失。2021-11-183. 3. 植物脫毒植物脫毒 White早在1943年就發(fā)現(xiàn)植物生長點附近的病毒濃度很低甚至無病毒。如果利用組織

46、培養(yǎng)方法，取一定大小的莖尖進行培養(yǎng)，再生的植株有可能不帶病毒，從而獲得脫病毒苗，再用脫毒苗進行繁殖，則種植的作物就不會或極少發(fā)生病毒。目前已在馬鈴薯、甘薯、大蒜、石竹、百合、蘭花、草霉等植物上得到成功。 2021-11-18利用組織或細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)，有可能生產(chǎn)出人類所需要的一切天然有機化合物，如蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿及其他活性化合物。因此，近年來這一領(lǐng)域已引起人們的極大興趣，許多產(chǎn)業(yè)部門紛紛投資進行研究。目前，大約已有20多種植物的培養(yǎng)組織中有效物質(zhì)高于原植物，國際上已獲得這方面專利100多項。近年來，用單細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)蛋白質(zhì)，將給飼料和食品工業(yè)提供廣闊的原料生產(chǎn)前途；用組織培養(yǎng)方法生產(chǎn)微生物以及人工不能合成的藥物或有效成分的研究，正在不斷深入，有些已投入工業(yè)化生產(chǎn)，預(yù)計今后將有更大發(fā)展。中國的中草藥是一份人類寶貴的財富，但很多種中草藥資源匱乏，產(chǎn)量不足，甚至瀕于滅絕。如果能利用組織和細(xì)胞培養(yǎng)的方法在實驗室內(nèi)生產(chǎn)，不再依附于自然環(huán)境，不僅可以解決現(xiàn)有困難，而且可以通過篩選高產(chǎn)有效成分的細(xì)胞系，來提高其藥用價值。比如用培養(yǎng)的人參懸浮細(xì)胞，來生產(chǎn)人參皂苷，已在日本等國