第一章組織培養(yǎng)

1、植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)制作人：林吶植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) 外植體外植體愈傷組織愈傷組織新植株新植株一 緒論n1 植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)的概念n2 植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)的特點n3 植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)的理論依據(jù)n4 植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)的歷史n5 植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用1 植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)的概念概念（廣義）：在無菌條件下，將離體的植物器官(如根尖、莖尖、葉、花、未成熟的果實、種子等)、組織(如形成層、花藥組織、胚乳、皮層等)、細(xì)胞(如體細(xì)胞、生殖細(xì)胞等)、胚胎(如成熟和未成熟的胚)、原生質(zhì)體(如脫壁后仍具有生活力的原生質(zhì)體)，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘發(fā)產(chǎn)生愈傷組織，或

2、潛伏芽等，或長成完整的植株，統(tǒng)稱為植物組織培養(yǎng)。概念（狹義）n植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)(Plant tissue and cell culture)是指植物細(xì)胞、組織、器官或整株植物在無菌條件下離體培養(yǎng)的技術(shù)。 分類n（1） 植株培養(yǎng)(plant culture or little plant culture)n（2） 胚胎培養(yǎng)(embryo culture)n（3） 胚珠或子房培養(yǎng)(ovule culture or ovary culture)n（4） 器官培養(yǎng)(organ culture)n（5） 組織或愈傷組織培養(yǎng)(tissue culture or callus culture)n（6） 花

3、藥或花粉培養(yǎng)(anther culture or pollen culture)n（7） 細(xì)胞培養(yǎng)(cell culture)n（8） 原生質(zhì)體培養(yǎng)(protoplast culture)（1）植株培養(yǎng)）植株培養(yǎng)(Plant culture)n具備完整植株形態(tài)具備完整植株形態(tài)的培養(yǎng)，如幼苗及的培養(yǎng)，如幼苗及較大植株的培養(yǎng)。較大植株的培養(yǎng)。多用于花卉。多用于花卉。Residential Commercial（2）胚胎培養(yǎng)（）胚胎培養(yǎng)（Embryoculture） 將成熟胚或未成熟的幼胚分離出來，接種將成熟胚或未成熟的幼胚分離出來，接種在人工培養(yǎng)基上，使其發(fā)育成為正常植株。在人工培養(yǎng)基上，使其發(fā)育

4、成為正常植株。Embryo germination Seed sterilization Embryo excision and medium Embryo growth 植物胚胎培養(yǎng)過程植物胚胎培養(yǎng)過程應(yīng)用（application)EMBRYO CULTURE PROCEDURE FOR HYDRANGEA REGENERATION OF TILLANDSIA THROUGH IMMATURE EMBRYO CULTUREEnhancement of plant formation from embryo cultures of Taxus mairei using suitable cul

5、ture medium and PVPAnd so on.（3）胚珠或子房培養(yǎng)）胚珠或子房培養(yǎng) (Ovule or ovary culture)n取授粉前的胚珠或子房進行培養(yǎng)，取授粉前的胚珠或子房進行培養(yǎng)，可以誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體植株，亦可進可以誘導(dǎo)產(chǎn)生單倍體植株，亦可進行試管受精實驗。行試管受精實驗。Podocarpus ovulesOvary cultureUnfertilized ovary（4）器官培養(yǎng)）器官培養(yǎng)(Organ culture)n以莖尖、根尖、子以莖尖、根尖、子葉、莖段、花瓣、葉、莖段、花瓣、果實及種子等為外果實及種子等為外植體進行培養(yǎng)，誘植體進行培養(yǎng)，誘導(dǎo)產(chǎn)生再生植株。導(dǎo)產(chǎn)生

6、再生植株。用于快繁。用于快繁。Leaf excisionLeaf culture（5）組織或愈傷組織培養(yǎng)）組織或愈傷組織培養(yǎng) (Tissue or callus culture)n即狹義的組織培養(yǎng)。是分離植物體的各種組織進行培養(yǎng)，如莖尖分生組織、形成層、韌皮部、表皮組織、薄壁組織、胚乳組織等，或用從各種器官培養(yǎng)產(chǎn)生的愈傷組織進行培養(yǎng)，通過分化誘導(dǎo)而形成植株。用于快繁，無毒苗再生等領(lǐng)域。tissue can be collected from the plants leaf, shoot, bud, stem, or root Plant leaf tissue culture（6）花藥或花粉培

7、養(yǎng)）花藥或花粉培養(yǎng)(Anther or pollen culture)n取一定發(fā)育時期的花藥或花取一定發(fā)育時期的花藥或花粉進行培養(yǎng)，誘導(dǎo)分化產(chǎn)生粉進行培養(yǎng)，誘導(dǎo)分化產(chǎn)生花粉植株。用于單倍體育種花粉植株。用于單倍體育種。（7）細(xì)胞培養(yǎng)）細(xì)胞培養(yǎng)(Cell culture)n能保持較好分散性的離體細(xì)胞或很小的細(xì)胞團的液體培養(yǎng)或懸浮培養(yǎng)。n應(yīng)用：n1）應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)、生理學(xué)、形態(tài)發(fā)生學(xué)及遺傳學(xué)等研究；n2）應(yīng)用于植物次生代謝產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)；n3）應(yīng)用于誘導(dǎo)和篩選突變體；n4）通過進一步培養(yǎng)分化形成植株。（8）原生質(zhì)體培養(yǎng)）原生質(zhì)體培養(yǎng) (Protoplast culture)n用酶法或物理方法去

8、除細(xì)胞壁用酶法或物理方法去除細(xì)胞壁后的裸露原生質(zhì)體的培養(yǎng)。用后的裸露原生質(zhì)體的培養(yǎng)。用于原生質(zhì)體融合產(chǎn)生異核體，于原生質(zhì)體融合產(chǎn)生異核體，再生植株。再生植株。Protoplasts were collected by centrifugal其他分類根據(jù)培養(yǎng)需要分根據(jù)培養(yǎng)需要分 返回初代培養(yǎng)初代培養(yǎng) 繼代培養(yǎng)繼代培養(yǎng)根據(jù)培養(yǎng)過程分根據(jù)培養(yǎng)過程分固體培養(yǎng)固體培養(yǎng)液體培養(yǎng)液體培養(yǎng)2 特點n材料單純均一，便于研究n培養(yǎng)條件可控，便于周年性工作，生產(chǎn) 生長周期短，繁殖率高，利于大規(guī)模生產(chǎn)n管理方便，利于自動化控制n生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)范化，便于植物產(chǎn)品的商業(yè)性工廠化生產(chǎn)n節(jié)約土地和勞動力返回3 理論依據(jù)(almo

9、st all plant cells are totipotent )n植物細(xì)胞全能性植物細(xì)胞全能性：即是每個植物的本細(xì)胞或性細(xì)每個植物的本細(xì)胞或性細(xì)胞都具有該植物的全套遺傳基因胞都具有該植物的全套遺傳基因，因此在一定培養(yǎng)條件下每個細(xì)胞都可發(fā)育成一個與母體一樣的植株。植物細(xì)胞要表現(xiàn)出全能性，須經(jīng)過幾個步驟：成熟細(xì)胞分生細(xì)胞胚狀體完整植株。成熟細(xì)胞愈傷組織出根出芽完整植株。脫分化也就是已經(jīng)分化定型的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)成為重新恢復(fù)了分裂能力（也就是成為分生狀態(tài)）細(xì)胞的過程。植物細(xì)胞為什么表現(xiàn)出全能性呢？植物細(xì)胞為什么表現(xiàn)出全能性呢？n 要從動物與植物細(xì)胞的區(qū)別說起。不論是植物、動物還是微生物，其代謝的

10、分子基礎(chǔ)基本是一樣的，從微生物到人，遺傳的信息是一致的。n但動物與植物細(xì)胞區(qū)別還是很大的這差別主要地在于：n第一第一，自養(yǎng)與異養(yǎng)的差別。n第二第二，外界環(huán)境的差別。n第三第三，胚胎得到養(yǎng)分的方式不同。n第四第四，器官發(fā)育的差別。細(xì)胞全能性的實現(xiàn)細(xì)胞全能性的實現(xiàn)返回4 組培的歷史n探索階段n建立階段n研究發(fā)展階段n迅速發(fā)展階段19世紀(jì)世紀(jì)（Schleiden&Schwan)1902年年Haberlant1904年年Hanning1922年年Kotte,Robbin說明Haberlant正確，離體培養(yǎng)可行（1）探索階段（2）建立階段1933年李繼侗年李繼侗1934年年White建立建立第一

11、個無性系第一個無性系1934年年White定義植物定義植物組織培養(yǎng)的概念組織培養(yǎng)的概念1939年年White發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)B族元族元素，了解了素，了解了IAA的作用的作用1937，1938年年Nobecoort,Gaufheret1943年White發(fā)表“植物組織培養(yǎng)手冊”專著，使組培成為一門學(xué)科（3）研究發(fā)展階段1941年年Overbeek1946年羅士偉年羅士偉1948年年Skooke和崔瀓和崔瀓1951年年Nitch1953年年Muri1956年年Miller1958年年Steward1959年年Melchers&Bergmann建立了器官形成的概念，能更好控制細(xì)胞的生長和分化（4）迅

12、速發(fā)展階段1964年年Guha&Maheshwai1960年年Cocking1970年年Takebe&Nagata1972年年Carlson近三十年，組培的發(fā)展相當(dāng)迅速，已逐漸成為一門新欣的技術(shù)，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)上推廣n全能性的實驗證據(jù)： 20世紀(jì)50年代n誘導(dǎo)培養(yǎng)銀膠菊愈傷組織得到天然橡膠n從胡蘿卜體細(xì)胞培養(yǎng)出完整植株n從曼佗羅花藥培養(yǎng)出單倍體植物 n發(fā)展與成果例證：n貝母原來繁殖率非常低，而用組織培養(yǎng)分化出的三個月左右的鱗莖，其大小就相當(dāng)于用種子繁殖二年生的鱗莖n羅漢果通常用壓蔓繁殖，繁殖系數(shù)低、易退化且需2年以上才能結(jié)果，再生體系建成后，其組培苗當(dāng)年座果率就達80%以上 目前

13、為止已有200多種藥用植物經(jīng)離體多種藥用植物經(jīng)離體培養(yǎng)獲得試管植株培養(yǎng)獲得試管植株，如貝母、百合、黃芩、紅豆杉、桔梗等。 已有相當(dāng)一部分藥材可利用試管繁殖相當(dāng)一部分藥材可利用試管繁殖技術(shù)繁殖培育種苗技術(shù)繁殖培育種苗，如羅漢果、苦丁茶、蘆薈、懷地黃、枸杞、金線蓮等。返回5 組培的應(yīng)用（1）快速繁殖和病毒脫除技術(shù)（2）花藥培養(yǎng)和單倍體育種（3）原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細(xì)胞融合（4）體細(xì)胞無性系變異與篩選（5）植物次生代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)（6）種質(zhì)的保存和基因庫的建立（1）快速繁殖和病毒脫毒技術(shù)中國蘭花的組織培養(yǎng)快速繁殖中國蘭花的組織培養(yǎng)快速繁殖 國蘭中春蘭、建蘭、墨蘭等品種的組織培養(yǎng)，快速繁殖，并已實現(xiàn)小批量生

14、產(chǎn)，主要技術(shù)路線及指標(biāo)為：蘭花莖尖蘭花莖尖脫脫分化分化原球莖（無性繁殖）原球莖（無性繁殖）-大量繁殖大量繁殖誘導(dǎo)分化誘導(dǎo)分化小苗小苗出出瓶入土栽培瓶入土栽培成苗。成苗。中國蘭花具有極高的觀賞價值及經(jīng)濟價值，且成本低廉，成本低廉，經(jīng)濟效益極大，市場前景廣闊經(jīng)濟效益極大，市場前景廣闊。 用獼猴桃組織培養(yǎng)成的植株 1.取材和消毒：取材和消毒：將欲脫毒的品種塊莖催芽。芽長45厘米時，剪芽并剝?nèi)ネ馊~2.剝離和接種：剝離和接種：在無菌室內(nèi)，于40倍的解剖鏡下，剝?nèi)內(nèi)?個葉原基個葉原基的莖尖，的莖尖，接種于MS莖尖培養(yǎng)基的試管中。3.培養(yǎng)條件：培養(yǎng)條件：接種的莖尖培養(yǎng)于25、15003000 lx 光

15、照條件下的培養(yǎng)室內(nèi)，取部分苗進行病毒檢測。 4.病毒檢測：病毒檢測：病毒檢測無任何反應(yīng)的莖尖苗即脫毒苗用作繁殖。無任何反應(yīng)的莖尖苗即脫毒苗用作繁殖。馬鈴薯脫毒技術(shù)馬鈴薯脫毒技術(shù)（2）花藥培養(yǎng)和單倍體育種 西瓜單倍體育種技術(shù)西瓜單倍體育種技術(shù)：西瓜為世界性的夏令水果，是我國的重要經(jīng)濟作物之一。我省的開封、鄭州、商丘等地的氣候、土壤條件適宜，西瓜種植面積較大，尤其是開封西瓜品種優(yōu)異，全國聞名；但是目前西瓜病害嚴(yán)重，每年由于枯萎病、炭疽病等造成西瓜大量減產(chǎn)，經(jīng)濟損失嚴(yán)重，而藥物防治的成本高、效用不大，且又會造成污染，損害消費者的健康，因此提高西瓜提高西瓜抗病性抗病性是目前亟待解決的問題。我們與開封農(nóng)

16、科所合作，初步建立了建立了花藥、小孢子的離體培養(yǎng)產(chǎn)生單倍體植株，經(jīng)染色體加倍處理而成為純合的純合的2倍體的實驗體系倍體的實驗體系。同時已經(jīng)在與西瓜同科異屬的抗病性很強的葫蘆等植物中鑒定出了抗病相關(guān)基因鑒定出了抗病相關(guān)基因。這些工作為培育出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和抗病的西瓜新品種奠定了良好的基礎(chǔ)。（3）原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細(xì)胞融合n體細(xì)胞雜交又稱細(xì)胞融合，是指將不同來源的原生質(zhì)體將不同來源的原生質(zhì)體(除除去細(xì)胞壁的細(xì)胞去細(xì)胞壁的細(xì)胞)相融合并使之分化再生、形成新物種或新相融合并使之分化再生、形成新物種或新品種的技術(shù)品種的技術(shù)。一般先得到原生質(zhì)體先得到原生質(zhì)體，而后通過物理或化學(xué)方后通過物理或化學(xué)方法誘導(dǎo)其細(xì)胞融

17、合形成雜種細(xì)胞，促使雜種細(xì)胞分裂形成雜法誘導(dǎo)其細(xì)胞融合形成雜種細(xì)胞，促使雜種細(xì)胞分裂形成雜種植株種植株。（4）體細(xì)胞無性系變異與篩選n從培養(yǎng)的植物細(xì)胞再生出來的新植株表現(xiàn)出高度的遺傳變培養(yǎng)的植物細(xì)胞再生出來的新植株表現(xiàn)出高度的遺傳變異異，這種現(xiàn)象稱為“體細(xì)胞的無性系變異體細(xì)胞的無性系變異”。 n細(xì)胞突變體的誘變與篩選細(xì)胞突變體的誘變與篩選：例如在培養(yǎng)基中加入不同濃度加入不同濃度的的NaCl，脅迫誘變和篩選脅迫誘變和篩選。可可以加入病原體的毒蛋白加入病原體的毒蛋白，誘誘變和篩選變和篩選。在培養(yǎng)基中加入不同濃度的賴氨酸類似物加入不同濃度的賴氨酸類似物，可以獲得抗賴氨酸類似物突變體獲得抗賴氨酸類似物

18、突變體。（5）植物次生代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)n在蕓香組織培養(yǎng)蕓香組織培養(yǎng)中，合成和積累了蕓香素合成和積累了蕓香素（Rutacultin），它是一個至今尚未能從原植從原植物或其他植物的呋喃香豆精中檢測到物或其他植物的呋喃香豆精中檢測到的化合物n目前中國有關(guān)單位已成功地將麥角菌、靈芝、麥角菌、靈芝、猴頭菇等真菌猴頭菇等真菌進行工業(yè)化生產(chǎn)工業(yè)化生產(chǎn)。紫杉醇紫杉醇的抗腫瘤高效性已經(jīng)得到世界公認(rèn)，但紅豆杉紫杉醇含量僅為0.02。1993年，美研究人員從紅豆杉樹皮內(nèi)分離出的內(nèi)生性真菌從紅豆杉樹皮內(nèi)分離出的內(nèi)生性真菌(taxomyces andreanae)，在一定的培養(yǎng)培養(yǎng)條件下可以產(chǎn)生產(chǎn)生紫杉醇，含量為2450ng/L。（6）種質(zhì)的保存和基因庫的建立n離體試管保存研究（離體試管保存研究（1n Vitro Cuture Research）n離體試管培養(yǎng)離體試管培養(yǎng)研究包括收集品種資源，如椰子果實大，不易運輸，將含有胚的椰子胚乳將含有胚的椰子胚乳切離下來，放入有培養(yǎng)基的玻璃放入有培養(yǎng)基的玻璃瓶瓶。還