植物細(xì)胞工程-愈傷組織

1、第五章第五章 愈傷組織培養(yǎng)愈傷組織培養(yǎng)愈傷組織愈傷組織 是在離體培養(yǎng)條件下，經(jīng)植物細(xì)胞脫分化和不斷增殖所形成的無特定結(jié)構(gòu)的組織 。經(jīng)一段時間的生長和增殖以后，在其內(nèi)部出現(xiàn)一定程度的分化，產(chǎn)生出一些具有分生組織結(jié)構(gòu)的細(xì)胞團(tuán)、色素細(xì)胞或管狀分子。在離體條件下，植物細(xì)胞全能性的表達(dá)，是使細(xì)胞發(fā)生分裂形成愈傷組織而實現(xiàn)的。第一節(jié)第一節(jié) 導(dǎo)論導(dǎo)論愈傷組織 植物的任何部分在適宜的離體培養(yǎng)條件下，都可以誘導(dǎo)出愈傷組織，但獲得的愈傷組織的質(zhì)量、繁殖速度快慢、誘導(dǎo)愈傷組織發(fā)生時間的長短和愈傷組織的類型有差異。 根據(jù)研究的需要，人們期望有針對性地對愈傷組織的誘導(dǎo)進(jìn)行調(diào)控。因此，了解和掌握愈傷組織誘導(dǎo)與形成特點及形

2、態(tài)建成方式與調(diào)控規(guī)律，才能充分發(fā)揮愈傷組織用途。第二節(jié)第二節(jié) 誘導(dǎo)與繼代培養(yǎng)誘導(dǎo)與繼代培養(yǎng) 自然界中?？吹降囊恍┲参铮艿綑C械創(chuàng)傷后其韌皮部附近的細(xì)胞分裂形成突起的“疤”或“瘤”就是愈傷組織，這種創(chuàng)傷組織的概念后被引入生物技術(shù)領(lǐng)域。 生物技術(shù)中的愈傷組織是在離體培養(yǎng)條件下，經(jīng)植物脫分化和不斷增殖形成的無特定結(jié)構(gòu)的組織。經(jīng)過一段時間的生長和增殖后，在其內(nèi)部出現(xiàn)一定程度的分化，產(chǎn)生一些具有分生組織結(jié)構(gòu)的細(xì)胞團(tuán)、色素細(xì)胞或管狀分子。植物愈傷組織的形成結(jié)構(gòu)植物愈傷組織的形成結(jié)構(gòu) 根據(jù)愈傷組織的性質(zhì)和細(xì)胞組成的特點，可以將它們的結(jié)構(gòu)分為致密和松散兩種類型。松散型松散型致密型致密型愈傷組織形成愈傷組織形成

3、誘導(dǎo)期誘導(dǎo)期分裂期分裂期分化期分化期改變原來的分化方向和代謝方式，改變原來的分化方向和代謝方式，合成代謝加強，合成大量蛋白質(zhì)合成代謝加強，合成大量蛋白質(zhì)和核酸物質(zhì)為細(xì)胞的分裂和增殖和核酸物質(zhì)為細(xì)胞的分裂和增殖奠定基礎(chǔ)奠定基礎(chǔ)外植體外層細(xì)胞開始分裂，細(xì)胞外植體外層細(xì)胞開始分裂，細(xì)胞脫分化，愈傷組織結(jié)構(gòu)疏松，缺脫分化，愈傷組織結(jié)構(gòu)疏松，缺少組織結(jié)構(gòu)，顏色淺而透明少組織結(jié)構(gòu)，顏色淺而透明CallusCallus表層細(xì)胞分裂逐漸停止，表層細(xì)胞分裂逐漸停止，而轉(zhuǎn)向其內(nèi)部的局部地區(qū)，并改而轉(zhuǎn)向其內(nèi)部的局部地區(qū)，并改變分裂面的方向，出現(xiàn)瘤狀結(jié)構(gòu)變分裂面的方向，出現(xiàn)瘤狀結(jié)構(gòu)外表，外表，CallusCallus

4、中可以發(fā)現(xiàn)維管組中可以發(fā)現(xiàn)維管組織，但不形成維管系統(tǒng)織，但不形成維管系統(tǒng)愈傷組織形成的過程愈傷組織形成的過程愈傷組織誘導(dǎo)形成過程愈傷組織誘導(dǎo)形成過程小麥幼胚分裂期誘導(dǎo)期分裂期分化期分化期繼代培養(yǎng)繼代培養(yǎng)1、繼代培養(yǎng)與周期愈傷組織在培養(yǎng)基上生長一段時間以后，由于營養(yǎng)物質(zhì)枯竭，水分散失，以及代謝產(chǎn)物的積累，必須轉(zhuǎn)移到新鮮培養(yǎng)基上培養(yǎng)，即繼代培養(yǎng)。愈傷組織由原來的培養(yǎng)基上轉(zhuǎn)移到新鮮的培養(yǎng)基上37天即可恢復(fù)生長，隨后23周內(nèi)生長達(dá)到高峰，愈傷組織的細(xì)胞分裂處于最活躍時期。由于代謝產(chǎn)物的積累會產(chǎn)生毒害作用，如果長時間不繼代培養(yǎng)。就會使愈傷組織變成黑褐色，繼而死亡。用繼代培養(yǎng)維持愈傷組織生長，是長期保存愈

5、傷組織的一種方法。一般來說，愈傷組織的增殖生長只發(fā)生在不與瓊脂接觸的表面。而與瓊脂接觸的一面極少細(xì)胞增殖，只是細(xì)胞分化形成緊密的組織塊。因此，由于愈傷組織的迅速增殖，整個愈傷組織小方塊變成了一個不規(guī)則的饅頭狀的組織塊。它是愈傷組織表面或近表面瘤狀物生長的結(jié)果。2、繼代時間與遺傳穩(wěn)定性愈傷組織長期繼代培養(yǎng)會出現(xiàn)遺傳上的不穩(wěn)定性和變異性，使染色體發(fā)生倍性和結(jié)構(gòu)上的改變及分子水平上的。由其誘導(dǎo)產(chǎn)生的再生植株，也會相應(yīng)產(chǎn)生遺傳上與用于培養(yǎng)的原始親本不同的遺傳變異和遺傳組成的不一致性。愈傷組織遺傳上的不穩(wěn)定性因基因型、外植體、培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)時間的不同而異。1）形態(tài)發(fā)生）形態(tài)發(fā)生形態(tài)建成：外植體在適宜的

6、培養(yǎng)條件下經(jīng)過脫分化和再分化形成完整植株的過程。在組織培養(yǎng)中，從外植體形成器官或無性系的形態(tài)發(fā)生，有下面兩種方式：第三節(jié)第三節(jié) 形態(tài)建成與調(diào)控形態(tài)建成與調(diào)控形態(tài)發(fā)生方式（一）形態(tài)發(fā)生方式（一）不定芽方式 指愈傷組織通過再分化形成不定芽再生植株。這是組織培養(yǎng)中常見的器官發(fā)生方式。愈傷組織的器官發(fā)生順序有三種情況： （1）先形成芽，再在芽的基部長出根形成小植物 （2）先產(chǎn)生根。再從根的基部分化出芽形成小植株； （3）僅單獨分化根或芽，即無根的芽或無芽的根無根苗無根苗形成有根苗形成有根苗形態(tài)發(fā)生方式（二）形態(tài)發(fā)生方式（二）胚狀體方式 指由培養(yǎng)細(xì)胞誘導(dǎo)分化出的胚芽、胚根、胚軸的胚狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而長成完整植

7、株。Development of organs(roots, shoots, etc.) or embryos (embryo-like structures)2）調(diào)）調(diào) 控控影響因子：（一）外植體本身（二）培養(yǎng)基（三）培養(yǎng)環(huán)境（一）外植體本身（一）外植體本身 1遺傳型材料的基因型對愈傷組織的器官分化有決定性的影響。 2器官和部位對有些植物而言，不同的器官或組織所形成的愈傷組織，在生理上或形態(tài)上存在明顯差異。 3年齡年齡較幼的外植體，不僅易于誘導(dǎo)形成愈傷組織，而且也容易誘導(dǎo)分化成植株。（二）培養(yǎng)基（二）培養(yǎng)基 1 生長調(diào)節(jié)劑 細(xì)胞分裂素/生長素的比例 是控制芽和根形成的重要條件之一。細(xì)胞分裂素

8、/生長素比例高時有利于芽形成；而這一比例低時，有利于根的形成。 2 無機營養(yǎng)元素 營養(yǎng)元素的缺失會導(dǎo)致愈傷組織生長不良，如：缺鐵：細(xì)胞分裂停止；缺氮：細(xì)胞過度生長，形成層組織減退。 3 有機成分 在培養(yǎng)基中加入糖、各類B族維生素、肌醇和甘氨酸等，可以促進(jìn)愈傷組織的生長和器官分化的要求。 4 物理性質(zhì) 培養(yǎng)基的物理性質(zhì)（固體或液體狀態(tài)，滲透壓等）對形態(tài)發(fā)生有明顯的影響。如油菜花藥培養(yǎng)宜先在高糖（9-10%）培養(yǎng)基中培養(yǎng)，有利于細(xì)胞增殖和胚狀體的形成。（三）培養(yǎng)環(huán)境（三）培養(yǎng)環(huán)境 光周期在愈傷組織誘導(dǎo)階段，一般采用三種做法：全暗、周期性光照、散射性光照來進(jìn)行光照調(diào)節(jié)。 溫度 在組織培養(yǎng)中，一般都采用252的恒溫條件下進(jìn)行外植體的培養(yǎng)都可較好地形成芽和根。第四節(jié)第四節(jié) 愈傷組織的應(yīng)用愈傷組織的應(yīng)用 (1)加快了植物新品種和良種繁育速度 植物組織培養(yǎng)將傳統(tǒng)的育種方式改在試管和室內(nèi)進(jìn)行，利用一塊植物組織在一年內(nèi)可繁殖成千上萬株的小植株，取得迅速高效、低成本推廣新品種的效果。 (2)利于種質(zhì)資源保存和遠(yuǎn)距離運輸 應(yīng)用組織培養(yǎng)保存種質(zhì)資源具有節(jié)約土地，節(jié)省人力、物力，手續(xù)簡便，易于遠(yuǎn)距離運輸，而且不受病蟲害的