第3章 植物細(xì)胞工程的基本理論

1、 第第3章章 植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)的植物組織與細(xì)胞培養(yǎng)的基本原理基本原理第一節(jié)第一節(jié) 植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性第二節(jié)第二節(jié) 植物細(xì)胞的分化植物細(xì)胞的分化第三節(jié)第三節(jié) 器官發(fā)生與體細(xì)胞胚胎發(fā)生器官發(fā)生與體細(xì)胞胚胎發(fā)生第四節(jié)第四節(jié) 人工種子人工種子外植體外植體（explant) )：指從植物體上分離出來，用于：指從植物體上分離出來，用于離體培養(yǎng)的離體培養(yǎng)的活的活的各類組織、器官或細(xì)胞。各類組織、器官或細(xì)胞。初代培養(yǎng)初代培養(yǎng) ( (primary culture) )：對(duì)植物外植體進(jìn)行的：對(duì)植物外植體進(jìn)行的第一次離體培養(yǎng)。第一次離體培養(yǎng)。繼代培養(yǎng)繼代培養(yǎng) ( (subculture) )：對(duì)外

2、植體的初代培養(yǎng)物或：對(duì)外植體的初代培養(yǎng)物或增殖培養(yǎng)物重新切割、篩選，接種于新鮮培養(yǎng)基中，增殖培養(yǎng)物重新切割、篩選，接種于新鮮培養(yǎng)基中，進(jìn)行連續(xù)多代移植培養(yǎng)的過程。進(jìn)行連續(xù)多代移植培養(yǎng)的過程。再生植株再生植株（regenerated plant）：經(jīng)過離體培養(yǎng)形成）：經(jīng)過離體培養(yǎng)形成的植株。的植株。第一節(jié)第一節(jié) 植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性一、一、 植物細(xì)胞全能性的建立基礎(chǔ)植物細(xì)胞全能性的建立基礎(chǔ)1、細(xì)胞學(xué)說（、細(xì)胞學(xué)說（cell theory） 細(xì)胞學(xué)說細(xì)胞學(xué)說是植物細(xì)胞是植物細(xì)胞工程研究的思想基礎(chǔ)。工程研究的思想基礎(chǔ)。 1838 1838年年 德國植物學(xué)家德國植物學(xué)家施萊登（施萊登（Sc

3、hleiden）和動(dòng)）和動(dòng)物學(xué)家物學(xué)家施望施望（Schwann）提出細(xì)胞學(xué)說。）提出細(xì)胞學(xué)說。細(xì)胞學(xué)說的基本論點(diǎn)：細(xì)胞學(xué)說的基本論點(diǎn)： 細(xì)胞是生物結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)育的基本單位。細(xì)胞是生物結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)育的基本單位。 細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)單位，由它構(gòu)成整細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)單位，由它構(gòu)成整個(gè)生物個(gè)體。個(gè)生物個(gè)體。如果具有與有機(jī)體內(nèi)相同的條件，每個(gè)細(xì)胞都如果具有與有機(jī)體內(nèi)相同的條件，每個(gè)細(xì)胞都可以獨(dú)立生活和發(fā)展。可以獨(dú)立生活和發(fā)展。 2、植物的再生現(xiàn)象：、植物的再生現(xiàn)象：不經(jīng)過雌、雄配子的不經(jīng)過雌、雄配子的結(jié)合，由母體植株的一部分重新形成其它結(jié)合，由母體植株的一部分重新形成其它器官或完整植株的現(xiàn)

4、象。器官或完整植株的現(xiàn)象。 植物的再生現(xiàn)象對(duì)植物細(xì)胞全能性的發(fā)現(xiàn)植物的再生現(xiàn)象對(duì)植物細(xì)胞全能性的發(fā)現(xiàn)起著極其重要的作用。起著極其重要的作用。 細(xì)胞學(xué)說細(xì)胞學(xué)說的建立與的建立與植物再生現(xiàn)象植物再生現(xiàn)象為植為植物細(xì)胞全能性的提出提供了理論基礎(chǔ)。物細(xì)胞全能性的提出提供了理論基礎(chǔ)。 1902 年，年， Haberlandt,首次提首次提出了植物細(xì)胞全能性的觀點(diǎn)：出了植物細(xì)胞全能性的觀點(diǎn)： 認(rèn)為高等植物的體細(xì)胞可以不認(rèn)為高等植物的體細(xì)胞可以不斷分割，直至單個(gè)細(xì)胞。如果每個(gè)斷分割，直至單個(gè)細(xì)胞。如果每個(gè)細(xì)胞都有植物個(gè)體一樣的性質(zhì)和能細(xì)胞都有植物個(gè)體一樣的性質(zhì)和能力，那么，可以通過植物細(xì)胞培養(yǎng)力，那么，可以

5、通過植物細(xì)胞培養(yǎng)使單個(gè)細(xì)胞發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體。使單個(gè)細(xì)胞發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體。二、植物細(xì)胞全能性學(xué)說的定義二、植物細(xì)胞全能性學(xué)說的定義1 1、植物細(xì)胞全能性的概念及其發(fā)展、植物細(xì)胞全能性的概念及其發(fā)展 1943年，美國科學(xué)家年，美國科學(xué)家White正式提出植物細(xì)胞具有正式提出植物細(xì)胞具有全能性全能性(totipotent)的學(xué)說的學(xué)說,給植給植物細(xì)胞全能性一個(gè)定義：物細(xì)胞全能性一個(gè)定義： 認(rèn)為每個(gè)植物細(xì)胞都具有認(rèn)為每個(gè)植物細(xì)胞都具有該物種的全部遺傳信息，在適該物種的全部遺傳信息，在適宜條件下具有發(fā)育成胚胎和完宜條件下具有發(fā)育成胚胎和完整植株的能力。整植株的能力。植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性

6、(plant cell totipotency) 是指每個(gè)具有完整細(xì)胞核的植物是指每個(gè)具有完整細(xì)胞核的植物活細(xì)胞，活細(xì)胞，含含有該植物的全套遺傳信息，具有在適宜條件下發(fā)有該植物的全套遺傳信息，具有在適宜條件下發(fā)育成完整植株的潛在能力。育成完整植株的潛在能力。 1958年，年，Steward 培養(yǎng)來自胡蘿卜根的懸浮培養(yǎng)來自胡蘿卜根的懸浮細(xì)胞，并成功地誘導(dǎo)單個(gè)的懸浮細(xì)胞發(fā)育為成熟細(xì)胞，并成功地誘導(dǎo)單個(gè)的懸浮細(xì)胞發(fā)育為成熟的胚胎，完全證明了的胚胎，完全證明了Haberlandt提出的細(xì)胞全能提出的細(xì)胞全能性學(xué)說。性學(xué)說。 至今，已經(jīng)能夠在一千多種植物上，從各種至今，已經(jīng)能夠在一千多種植物上，從各種類

7、型的組織和細(xì)胞，甚至是原生質(zhì)體，誘導(dǎo)出胚類型的組織和細(xì)胞，甚至是原生質(zhì)體，誘導(dǎo)出胚胎和完整植株。胎和完整植株。 細(xì)胞全能性僅是一種能力或可能性，不是所有細(xì)胞全能性僅是一種能力或可能性，不是所有具有全能性的細(xì)胞都能進(jìn)行全能性的表達(dá)。具有全能性的細(xì)胞都能進(jìn)行全能性的表達(dá)。2、植物細(xì)胞全能性的含義、植物細(xì)胞全能性的含義 每個(gè)植物生活細(xì)胞無論是體細(xì)胞還是生殖細(xì)每個(gè)植物生活細(xì)胞無論是體細(xì)胞還是生殖細(xì)胞，均具有該物種全部的遺傳信息。胞，均具有該物種全部的遺傳信息。 每個(gè)植物生活細(xì)胞均具有發(fā)育成完整植株的每個(gè)植物生活細(xì)胞均具有發(fā)育成完整植株的潛在能力。潛在能力。 自然條件下：自然條件下：in vivo 一般

8、只有一般只有胚性細(xì)胞（胚性細(xì)胞（embryonic cell) 或分或分化程度不高的細(xì)胞才可具備發(fā)育為胚胎或植株的化程度不高的細(xì)胞才可具備發(fā)育為胚胎或植株的全能性。全能性。類似于動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞（類似于動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞（embryonic stem cells) 三、植物細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)三、植物細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)主要包括三類細(xì)胞：主要包括三類細(xì)胞：l 植物的合子及早期胚胎細(xì)胞；植物的合子及早期胚胎細(xì)胞；l 植物的頂端分生細(xì)胞；植物的頂端分生細(xì)胞；l 一些成熟器官和組織中遺留的一些胚性細(xì)胞（胚一些成熟器官和組織中遺留的一些胚性細(xì)胞（胚囊中細(xì)胞，珠心組織，葉柄或葉肉薄壁細(xì)胞，表皮囊中細(xì)胞，珠心組織，

9、葉柄或葉肉薄壁細(xì)胞，表皮細(xì)胞。）細(xì)胞。） 對(duì)于已經(jīng)成熟的分化細(xì)胞，可以在離體條件下實(shí)對(duì)于已經(jīng)成熟的分化細(xì)胞，可以在離體條件下實(shí)現(xiàn)細(xì)胞全能性，但有現(xiàn)細(xì)胞全能性，但有極少數(shù)類型的細(xì)胞完全失去分裂極少數(shù)類型的細(xì)胞完全失去分裂的能力，即終端分化細(xì)胞：的能力，即終端分化細(xì)胞： 細(xì)胞核已經(jīng)開始解體的篩管和木質(zhì)部；細(xì)胞核已經(jīng)開始解體的篩管和木質(zhì)部； 細(xì)胞壁超過細(xì)胞壁超過2m的纖維細(xì)胞、管胞細(xì)胞；的纖維細(xì)胞、管胞細(xì)胞； 氣孔保衛(wèi)細(xì)胞、腺毛細(xì)胞等。氣孔保衛(wèi)細(xì)胞、腺毛細(xì)胞等。離體條件下離體條件下 in vitro三、三、 植物細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)1 1、植物細(xì)胞全能性表達(dá)的條件、植物細(xì)胞全能性表達(dá)

10、的條件2 2、實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞全能性的途徑、實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞全能性的途徑P37 細(xì)胞全能性是細(xì)胞分化的理論基礎(chǔ)，而細(xì)胞細(xì)胞全能性是細(xì)胞分化的理論基礎(chǔ)，而細(xì)胞分化是細(xì)胞全能性的具體表現(xiàn)。分化是細(xì)胞全能性的具體表現(xiàn)。植物細(xì)胞全能性表達(dá)的條件植物細(xì)胞全能性表達(dá)的條件（1 1）離體）離體（2 2）植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的是必備的關(guān)鍵物質(zhì)）植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的是必備的關(guān)鍵物質(zhì)（3 3）供給植物生長(zhǎng)所必須的營養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境）供給植物生長(zhǎng)所必須的營養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境條件條件 一個(gè)已分化的細(xì)胞通過脫分化向分生狀態(tài)回一個(gè)已分化的細(xì)胞通過脫分化向分生狀態(tài)回復(fù)可能達(dá)到的程度，取決于它已有的分化程度。復(fù)可能達(dá)到的程度，取決于它已有的分化程度

11、。離體條件下植物細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)途徑離體條件下植物細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)途徑 離體培養(yǎng)條件下，植物離體培養(yǎng)條件下，植物、經(jīng)過、經(jīng)過都可能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞全能性。都可能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞全能性。大量事實(shí)證明，植物細(xì)胞具有全能性。大量事實(shí)證明，植物細(xì)胞具有全能性。 離體培養(yǎng)條件下，離體培養(yǎng)條件下，一個(gè)已經(jīng)分化的成熟細(xì)胞一個(gè)已經(jīng)分化的成熟細(xì)胞要表現(xiàn)其全能性，先要通過要表現(xiàn)其全能性，先要通過脫分化脫分化，經(jīng)過細(xì)胞分，經(jīng)過細(xì)胞分裂形成愈傷組織，經(jīng)過裂形成愈傷組織，經(jīng)過再分化再分化形成完整植株。形成完整植株。 脫分化脫分化是細(xì)胞全能性表達(dá)的是細(xì)胞全能性表達(dá)的前提前提，再分化再分化是是細(xì)胞全能性表達(dá)的細(xì)胞全能性表達(dá)的最終體現(xiàn)最終體

12、現(xiàn)。第二節(jié)第二節(jié) 植物細(xì)胞的分化植物細(xì)胞的分化一、細(xì)胞的脫分化和再分化一、細(xì)胞的脫分化和再分化脫分化（脫分化（dedifferentiation） ：培養(yǎng)條件下使一個(gè)已分培養(yǎng)條件下使一個(gè)已分化的細(xì)胞回復(fù)到原始無分化狀態(tài)或分生細(xì)胞狀態(tài)的過化的細(xì)胞回復(fù)到原始無分化狀態(tài)或分生細(xì)胞狀態(tài)的過程。程。愈傷組織（愈傷組織（callus）：）：脫分化后的細(xì)胞，經(jīng)過分裂形成脫分化后的細(xì)胞，經(jīng)過分裂形成無特定結(jié)構(gòu)和功能的松散的細(xì)胞團(tuán)，具有再分化的能無特定結(jié)構(gòu)和功能的松散的細(xì)胞團(tuán)，具有再分化的能力。力。再分化（再分化（Redifferentiation）：）： 脫分化后的分生細(xì)胞脫分化后的分生細(xì)胞在特定的條件下，重

13、新回復(fù)細(xì)胞分化能力，形成各種在特定的條件下，重新回復(fù)細(xì)胞分化能力，形成各種不同類型的細(xì)胞，并經(jīng)歷器官發(fā)生或胚胎發(fā)生，進(jìn)一不同類型的細(xì)胞，并經(jīng)歷器官發(fā)生或胚胎發(fā)生，進(jìn)一步發(fā)育成完整植物體的過程。步發(fā)育成完整植物體的過程。高等植物細(xì)胞脫分化和再分化示意圖成熟細(xì)胞成熟細(xì)胞細(xì)胞細(xì)胞分生細(xì)胞分生細(xì)胞多細(xì)胞團(tuán)多細(xì)胞團(tuán)形態(tài)建成形態(tài)建成完整植株完整植株細(xì)胞細(xì)胞細(xì)胞細(xì)胞脫分化脫分化分裂分裂再分化再分化脫脫 分分 化化再再 分分 化化不同類型細(xì)胞實(shí)現(xiàn)全能性的能力不同類型細(xì)胞實(shí)現(xiàn)全能性的能力營養(yǎng)生長(zhǎng)點(diǎn)細(xì)胞營養(yǎng)生長(zhǎng)點(diǎn)細(xì)胞形成層細(xì)胞形成層細(xì)胞薄壁細(xì)胞薄壁細(xì)胞厚壁細(xì)胞厚壁細(xì)胞特化細(xì)胞特化細(xì)胞高高低低二、細(xì)胞脫分化和再分化

14、的過程二、細(xì)胞脫分化和再分化的過程1、誘導(dǎo)期（誘導(dǎo)期（Induction）2、分裂期（分裂期（Cell division）3、分化期（分化期（Differentiation）愈傷組織的形成經(jīng)歷三個(gè)時(shí)期。愈傷組織的形成經(jīng)歷三個(gè)時(shí)期。細(xì)胞分裂的準(zhǔn)備期，即脫分化。細(xì)胞分裂的準(zhǔn)備期，即脫分化。細(xì)胞脫分化（細(xì)胞脫分化（dedifferentiation） ： 培養(yǎng)條件下使一個(gè)已分化的細(xì)胞回復(fù)到培養(yǎng)條件下使一個(gè)已分化的細(xì)胞回復(fù)到原始無分化狀態(tài)或分生細(xì)胞狀態(tài)的過程。原始無分化狀態(tài)或分生細(xì)胞狀態(tài)的過程。 1、誘導(dǎo)期（誘導(dǎo)期（Induction）脫分化期細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化脫分化期細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化： 細(xì)胞內(nèi)合成代謝活躍

15、，細(xì)胞質(zhì)增加顯著變濃；細(xì)胞內(nèi)合成代謝活躍，細(xì)胞質(zhì)增加顯著變濃；大液泡消失；細(xì)胞核體積增加并逐漸移位至細(xì)胞大液泡消失；細(xì)胞核體積增加并逐漸移位至細(xì)胞中央；細(xì)胞器增加；細(xì)胞內(nèi)核糖體增加并形成大中央；細(xì)胞器增加；細(xì)胞內(nèi)核糖體增加并形成大量多聚核糖體，量多聚核糖體，RNARNA迅速合成和積累。迅速合成和積累。兩個(gè)重要特征兩個(gè)重要特征：這一時(shí)期細(xì)胞這一時(shí)期細(xì)胞。 細(xì)胞脫分化時(shí)間的長(zhǎng)短：由一系列細(xì)胞脫分化時(shí)間的長(zhǎng)短：由一系列內(nèi)部因素內(nèi)部因素（植（植物的種類、生理狀況）和物的種類、生理狀況）和外部因素外部因素（光照、外源激（光照、外源激素）決定，煙草素）決定，煙草242432h32h，胡蘿卜，胡蘿卜96h9

16、6h，菊芋，菊芋22h22h。細(xì)胞脫分化的條件：細(xì)胞脫分化的條件：創(chuàng)傷、外源激素創(chuàng)傷、外源激素細(xì)胞開始分裂，進(jìn)入分裂期標(biāo)志著脫分化的完成。細(xì)胞開始分裂，進(jìn)入分裂期標(biāo)志著脫分化的完成。分裂方式分裂方式：第一次分裂的方式通常是：第一次分裂的方式通常是分裂部位分裂部位：通常在：通常在啟動(dòng)分裂，之后影響到整啟動(dòng)分裂，之后影響到整個(gè)外植體細(xì)胞進(jìn)入分裂周期而啟動(dòng)分裂。個(gè)外植體細(xì)胞進(jìn)入分裂周期而啟動(dòng)分裂。2 2、分裂期（、分裂期（Cell division） 細(xì)胞通過脫分化的起動(dòng)期而進(jìn)入分裂，一般先細(xì)胞通過脫分化的起動(dòng)期而進(jìn)入分裂，一般先由外植體的由外植體的外層細(xì)胞外層細(xì)胞開始分裂，開始分裂，中間部分的細(xì)胞

17、不中間部分的細(xì)胞不分裂形成一個(gè)靜止的芯，分裂形成一個(gè)靜止的芯，迅速分裂的細(xì)胞逐漸回復(fù)迅速分裂的細(xì)胞逐漸回復(fù)到分生組織狀態(tài)，并到分生組織狀態(tài)，并開始形成愈傷組織開始形成愈傷組織。 盡管細(xì)胞脫分化后進(jìn)入細(xì)胞分裂的結(jié)果，在大盡管細(xì)胞脫分化后進(jìn)入細(xì)胞分裂的結(jié)果，在大多數(shù)情況下是形成愈傷組織，但絕多數(shù)情況下是形成愈傷組織，但絕不是說所有的細(xì)不是說所有的細(xì)胞脫分化的結(jié)果都必然形成愈傷組織。胞脫分化的結(jié)果都必然形成愈傷組織。分裂期的主要特征：分裂期的主要特征： 被啟動(dòng)的被啟動(dòng)的細(xì)胞進(jìn)行活躍分裂細(xì)胞進(jìn)行活躍分裂。細(xì)胞體積變小，。細(xì)胞體積變小，數(shù)目增加數(shù)目增加，細(xì)胞分裂快。細(xì)胞分裂形成的分生細(xì)胞，細(xì)胞分裂快。細(xì)

18、胞分裂形成的分生細(xì)胞團(tuán)團(tuán)形成生長(zhǎng)中心形成生長(zhǎng)中心，細(xì)胞反復(fù)增殖，突破外層組織向，細(xì)胞反復(fù)增殖，突破外層組織向外生長(zhǎng)，形成瘤狀的愈傷。結(jié)構(gòu)疏松，缺少組織結(jié)外生長(zhǎng)，形成瘤狀的愈傷。結(jié)構(gòu)疏松，缺少組織結(jié)構(gòu)，顏色淺而透明。構(gòu)，顏色淺而透明。from leaf tissue from vascular tissue From rootFrom embryo culture分裂期細(xì)胞的變化（分裂期細(xì)胞的變化（P40) 開始分裂期：開始分裂期：外植體外層和組織邊緣的細(xì)胞開始迅速分外植體外層和組織邊緣的細(xì)胞開始迅速分裂（平周分裂），細(xì)胞數(shù)目增加、體積變小、核和核仁變大、裂（平周分裂），細(xì)胞數(shù)目增加、體積變小、

19、核和核仁變大、有豐富的線粒體和液泡，有豐富的線粒體和液泡，RNA含量持續(xù)上升，類似于根尖或莖含量持續(xù)上升，類似于根尖或莖尖生長(zhǎng)點(diǎn)的細(xì)胞。內(nèi)部的細(xì)胞仍然處于靜止。尖生長(zhǎng)點(diǎn)的細(xì)胞。內(nèi)部的細(xì)胞仍然處于靜止。 分裂高峰期：分裂高峰期：細(xì)胞體積最小，細(xì)胞核和核仁最大，細(xì)胞體積最小，細(xì)胞核和核仁最大，RNA含量最高，細(xì)胞回復(fù)到分生狀態(tài)。含量最高，細(xì)胞回復(fù)到分生狀態(tài)。 分裂末期：分裂末期：表層細(xì)胞的分裂逐漸減少，直至終止，內(nèi)部表層細(xì)胞的分裂逐漸減少，直至終止，內(nèi)部較深處細(xì)胞開始分裂，分裂面方向改變，形成愈傷組織。較深處細(xì)胞開始分裂，分裂面方向改變，形成愈傷組織。（開始進(jìn)行細(xì)胞的再分化）（開始進(jìn)行細(xì)胞的再分化

20、） 即形成期，是指外植體的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)、分即形成期，是指外植體的細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)、分裂形成了裂形成了無序結(jié)構(gòu)無序結(jié)構(gòu)的愈傷組織的時(shí)期。的愈傷組織的時(shí)期。 但在細(xì)胞分裂末期，細(xì)胞內(nèi)開始發(fā)生一系列但在細(xì)胞分裂末期，細(xì)胞內(nèi)開始發(fā)生一系列的的形態(tài)和生理變化形態(tài)和生理變化，導(dǎo)致細(xì)胞在形態(tài)和生理功能，導(dǎo)致細(xì)胞在形態(tài)和生理功能上的分化，出現(xiàn)上的分化，出現(xiàn)形態(tài)形態(tài)和和功能各異的細(xì)胞，功能各異的細(xì)胞，出現(xiàn)出現(xiàn)組組織分化織分化。3 3、分化期（、分化期（Differentiation） 在同一愈傷組織內(nèi)部，同時(shí)存在著處于分裂期在同一愈傷組織內(nèi)部，同時(shí)存在著處于分裂期與分化期的細(xì)胞。與分化期的細(xì)胞。分化期的主要特征：出

21、現(xiàn)組織分化。分化期的主要特征：出現(xiàn)組織分化。（1 1）細(xì)胞分裂部位和方向發(fā)生改變；）細(xì)胞分裂部位和方向發(fā)生改變；（2 2）擬分生組織擬分生組織和和維管組織結(jié)節(jié)維管組織結(jié)節(jié)的形成；的形成；（3 3）細(xì)胞的體積不再減小，）細(xì)胞的體積不再減小，出現(xiàn)各種類型的細(xì)胞出現(xiàn)各種類型的細(xì)胞，分生細(xì)胞、薄壁細(xì)胞、厚壁細(xì)胞和管狀分，分生細(xì)胞、薄壁細(xì)胞、厚壁細(xì)胞和管狀分子等，出現(xiàn)一定的形態(tài)特征；子等，出現(xiàn)一定的形態(tài)特征； （4 4）各種酶的活性加強(qiáng)，淀粉的累積，）各種酶的活性加強(qiáng)，淀粉的累積，RNARNA和組和組蛋白合成速度加快。蛋白合成速度加快。 在生長(zhǎng)的愈傷組在生長(zhǎng)的愈傷組織中，會(huì)出現(xiàn)由小而織中，會(huì)出現(xiàn)由小而密

22、集的分裂細(xì)胞構(gòu)成密集的分裂細(xì)胞構(gòu)成的瘤狀結(jié)構(gòu)，分散地的瘤狀結(jié)構(gòu)，分散地分布著，不斷分裂，分布著，不斷分裂，分生中心周緣的細(xì)胞分生中心周緣的細(xì)胞分裂停止，成為高度分裂停止，成為高度液泡化的薄壁細(xì)胞。液泡化的薄壁細(xì)胞。 擬分生組織擬分生組織 （meristemoid)擬 分 生 組 織 （ 分 生 組 織 結(jié) 節(jié) ）擬 分 生 組 織 （ 分 生 組 織 結(jié) 節(jié) ） 這些瘤狀結(jié)構(gòu)的擬分生組織可以成為這些瘤狀結(jié)構(gòu)的擬分生組織可以成為愈傷組織的愈傷組織的“生長(zhǎng)中心生長(zhǎng)中心”或者進(jìn)一步分化或者進(jìn)一步分化為為“維管組織結(jié)節(jié)維管組織結(jié)節(jié)”。 經(jīng)過起動(dòng)、分裂和分化期產(chǎn)生的愈傷組織，經(jīng)過起動(dòng)、分裂和分化期產(chǎn)生的

23、愈傷組織，其中雖然其中雖然發(fā)生了細(xì)胞分化和組織分化發(fā)生了細(xì)胞分化和組織分化，但是，但是并沒有并沒有器官發(fā)生器官發(fā)生。只有滿足某些條件，愈傷組織才會(huì)發(fā)生只有滿足某些條件，愈傷組織才會(huì)發(fā)生器官再分化，產(chǎn)生芽和根，進(jìn)而發(fā)育成完整植株。器官再分化，產(chǎn)生芽和根，進(jìn)而發(fā)育成完整植株。 離體條件下，細(xì)胞再分化是從離體條件下，細(xì)胞再分化是從細(xì)胞分化、組織細(xì)胞分化、組織分化、器官分化分化、器官分化到形成到形成完整植物體完整植物體的逐級(jí)遞進(jìn)的分的逐級(jí)遞進(jìn)的分化過程。多數(shù)情況下發(fā)生在愈傷組織中?；^程。多數(shù)情況下發(fā)生在愈傷組織中。 細(xì)胞分化（細(xì)胞分化（differentiation）：）：是指導(dǎo)致細(xì)胞形成是指導(dǎo)致細(xì)

24、胞形成不同結(jié)構(gòu)，引起功能改變或潛在發(fā)育方式改變的過不同結(jié)構(gòu)，引起功能改變或潛在發(fā)育方式改變的過程程 。細(xì)胞分化的結(jié)果，導(dǎo)致植物體中形成多種類型的細(xì)細(xì)胞分化的結(jié)果，導(dǎo)致植物體中形成多種類型的細(xì)胞。分化是一種持久性的變化，發(fā)生在生物體的整胞。分化是一種持久性的變化，發(fā)生在生物體的整個(gè)生命過程中。個(gè)生命過程中。細(xì)胞再分化的實(shí)質(zhì)就是細(xì)胞分化細(xì)胞再分化的實(shí)質(zhì)就是細(xì)胞分化。（1 1）細(xì)胞分化）細(xì)胞分化極性與不均等分裂在細(xì)胞再分化中的作用。極性與不均等分裂在細(xì)胞再分化中的作用。極性：極性：是指在植物的器官、組織甚至單個(gè)細(xì)胞中不是指在植物的器官、組織甚至單個(gè)細(xì)胞中不同軸向上存在的形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理生化上的差異。極

25、同軸向上存在的形態(tài)結(jié)構(gòu)及生理生化上的差異。極性在低等植物與高等植物中都普遍存在。性在低等植物與高等植物中都普遍存在。極性極性是植物細(xì)胞分化中的一個(gè)基本現(xiàn)象。是植物細(xì)胞分化中的一個(gè)基本現(xiàn)象。 細(xì)胞的不均等分裂細(xì)胞的不均等分裂是細(xì)胞內(nèi)極性產(chǎn)生的結(jié)果，對(duì)細(xì)是細(xì)胞內(nèi)極性產(chǎn)生的結(jié)果，對(duì)細(xì)胞分化途徑有明顯的影響。胞分化途徑有明顯的影響。 （2 2）組織分化）組織分化 TE細(xì)胞細(xì)胞 ( (tracheary element) ) ：作為維管作為維管系統(tǒng)的主要成分，在維管系統(tǒng)的形成中具有中心作系統(tǒng)的主要成分，在維管系統(tǒng)的形成中具有中心作用，是維管發(fā)生的一個(gè)標(biāo)志。用，是維管發(fā)生的一個(gè)標(biāo)志。 植物在植物在自然生長(zhǎng)

26、條件下自然生長(zhǎng)條件下，由根和芽的原形成層，由根和芽的原形成層或次生形成層細(xì)胞分化形成?；虼紊纬蓪蛹?xì)胞分化形成。 在在離體培養(yǎng)條件離體培養(yǎng)條件下，下，TETE細(xì)胞由愈傷組織薄壁細(xì)細(xì)胞由愈傷組織薄壁細(xì)胞分化形成，胞分化形成，TE細(xì)胞的出現(xiàn)標(biāo)志著組織開始分化細(xì)胞的出現(xiàn)標(biāo)志著組織開始分化。 導(dǎo)管分子在離體培養(yǎng)物中較導(dǎo)管分子在離體培養(yǎng)物中較易發(fā)生，易于染色和辨認(rèn)，是易發(fā)生，易于染色和辨認(rèn)，是離體條件下研究細(xì)胞分化的一離體條件下研究細(xì)胞分化的一個(gè)模式系統(tǒng)。個(gè)模式系統(tǒng)。導(dǎo)管細(xì)胞的分化導(dǎo)管細(xì)胞的分化TE細(xì)胞的分化可以劃分為細(xì)胞的分化可以劃分為3個(gè)階段：個(gè)階段：脫分化脫分化脫分化的細(xì)胞向脫分化的細(xì)胞向TE細(xì)胞

27、的轉(zhuǎn)分化細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化 轉(zhuǎn)分化是指細(xì)胞不經(jīng)過分裂而直接通過分化轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)分化是指細(xì)胞不經(jīng)過分裂而直接通過分化轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N類型細(xì)胞的過程。變?yōu)榱硪环N類型細(xì)胞的過程。TE 細(xì)胞的特化階段細(xì)胞的特化階段外植體表面產(chǎn)生的愈傷組織細(xì)胞外植體表面產(chǎn)生的愈傷組織細(xì)胞導(dǎo)管分子的分化導(dǎo)管分子的分化 愈傷組織生長(zhǎng)過程中不同類型的管狀分子存在愈傷組織生長(zhǎng)過程中不同類型的管狀分子存在方式與活體植株組織中的存在方式相同：方式與活體植株組織中的存在方式相同： 幼嫩的環(huán)紋式管狀分子幼嫩的環(huán)紋式管狀分子大都以單獨(dú)的或少數(shù)聚集的方大都以單獨(dú)的或少數(shù)聚集的方式存在，以適應(yīng)細(xì)胞延長(zhǎng)；式存在，以適應(yīng)細(xì)胞延長(zhǎng)； 網(wǎng)紋和孔紋管狀分子網(wǎng)紋和孔紋管

28、狀分子次生壁堅(jiān)固，大量成團(tuán)，出現(xiàn)在次生壁堅(jiān)固，大量成團(tuán)，出現(xiàn)在生長(zhǎng)緩慢的部分。生長(zhǎng)緩慢的部分。 管狀分子大多存在于愈傷組織塊與培養(yǎng)基相管狀分子大多存在于愈傷組織塊與培養(yǎng)基相連接的部位，是分生細(xì)胞中心與培養(yǎng)基之間的輸導(dǎo)連接的部位，是分生細(xì)胞中心與培養(yǎng)基之間的輸導(dǎo)通道。通道。 在植物的個(gè)體發(fā)育中，各種組織都是由在植物的個(gè)體發(fā)育中，各種組織都是由分生分生組織組織（meristematic tissue) )產(chǎn)生的細(xì)胞經(jīng)過生產(chǎn)生的細(xì)胞經(jīng)過生長(zhǎng)和分化而形成的，它們的功能與植物的生長(zhǎng)有長(zhǎng)和分化而形成的，它們的功能與植物的生長(zhǎng)有直接的關(guān)系。直接的關(guān)系。 在離體培養(yǎng)的條件下，在離體培養(yǎng)的條件下，擬分生組織擬分

29、生組織（meristemoid) )和和維管組織維管組織( (vascular tissue) )是是聯(lián)結(jié)細(xì)胞分化和器官分化的橋梁。在細(xì)胞分化的聯(lián)結(jié)細(xì)胞分化和器官分化的橋梁。在細(xì)胞分化的基礎(chǔ)上，離體培養(yǎng)物一旦分化出這兩種組織，就基礎(chǔ)上，離體培養(yǎng)物一旦分化出這兩種組織，就可能導(dǎo)致可能導(dǎo)致器官原基器官原基的形成，進(jìn)一步分化成器官。的形成，進(jìn)一步分化成器官。 （3 3）器官分化）器官分化 在組織分化的基礎(chǔ)上會(huì)產(chǎn)生器官原基，將分在組織分化的基礎(chǔ)上會(huì)產(chǎn)生器官原基，將分化成不同的器官（不定芽、不定根和花芽等），化成不同的器官（不定芽、不定根和花芽等），最終導(dǎo)致完整植株的形成。也稱為最終導(dǎo)致完整植株的形成。

30、也稱為形態(tài)建成形態(tài)建成。擬分生組織擬分生組織維管組織結(jié)節(jié)維管組織結(jié)節(jié)維管組織維管組織根原基根原基芽原基芽原基不定芽不定芽不定根不定根再生植株再生植株 在培養(yǎng)條件下，植物細(xì)胞經(jīng)過器官分化形在培養(yǎng)條件下，植物細(xì)胞經(jīng)過器官分化形成完整個(gè)體有成完整個(gè)體有兩種途徑兩種途徑：一是一是器官發(fā)器官發(fā)生（生（organogenesis）二是二是體細(xì)胞胚胎發(fā)生體細(xì)胞胚胎發(fā)生（somatic embryogenesis）三、愈傷組織的繼代三、愈傷組織的繼代愈傷組織愈傷組織外植體外植體原生質(zhì)體原生質(zhì)體再生植株再生植株懸浮細(xì)胞懸浮細(xì)胞二次誘導(dǎo)二次誘導(dǎo)愈傷組織愈傷組織懸浮細(xì)胞系懸浮細(xì)胞系次生代謝物次生代謝物轉(zhuǎn)基因受體轉(zhuǎn)基

31、因受體愈傷組織在離體培養(yǎng)體系中的地位愈傷組織在離體培養(yǎng)體系中的地位1 1、愈傷組織愈傷組織的類型的類型外觀上外觀上：旺盛生長(zhǎng)的愈傷組織其質(zhì)地有顯旺盛生長(zhǎng)的愈傷組織其質(zhì)地有顯著差異著差異，可分為可分為松脆型松脆型及及堅(jiān)硬型堅(jiān)硬型兩類兩類，兩兩者且可以互相轉(zhuǎn)化。者且可以互相轉(zhuǎn)化。再生能力上再生能力上：胚性愈傷胚性愈傷、非胚性愈傷非胚性愈傷。來源于不同植物或同一植物的不同部位的來源于不同植物或同一植物的不同部位的愈傷在顏色、結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)習(xí)性上都可能存愈傷在顏色、結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)習(xí)性上都可能存在差異。即便是在同一塊愈傷上也會(huì)由于在差異。即便是在同一塊愈傷上也會(huì)由于各種因素的作用存在顏色和結(jié)構(gòu)上的差異各種因素的

32、作用存在顏色和結(jié)構(gòu)上的差異。P41P41 由于外植體細(xì)胞遺傳組成的差異、細(xì)胞間互作、由于外植體細(xì)胞遺傳組成的差異、細(xì)胞間互作、營養(yǎng)和水分供應(yīng)及生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的刺激等作用，造營養(yǎng)和水分供應(yīng)及生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的刺激等作用，造成愈傷組織塊中不同區(qū)域組織結(jié)構(gòu)的不同，進(jìn)而表成愈傷組織塊中不同區(qū)域組織結(jié)構(gòu)的不同，進(jìn)而表現(xiàn)出細(xì)胞增殖速度、器官分化能力和分化程度的不現(xiàn)出細(xì)胞增殖速度、器官分化能力和分化程度的不同。同。因此，愈傷組織的結(jié)構(gòu)是不均一的，同時(shí)還具因此，愈傷組織的結(jié)構(gòu)是不均一的，同時(shí)還具有生理和遺傳上的嵌合性和變異性。有生理和遺傳上的嵌合性和變異性。2 2、愈傷組織的結(jié)構(gòu)、愈傷組織的結(jié)構(gòu) 從愈傷組織與培養(yǎng)基

33、接觸處開始向外，可以看從愈傷組織與培養(yǎng)基接觸處開始向外，可以看到三層結(jié)構(gòu)：到三層結(jié)構(gòu)： 第一層（內(nèi)層）：以管狀分子為主；第一層（內(nèi)層）：以管狀分子為主； 第二層（中層）：以分生細(xì)胞中心為核心，由第二層（中層）：以分生細(xì)胞中心為核心，由大量的薄壁細(xì)胞包圍而成，分生細(xì)胞區(qū)域?yàn)閳A形或大量的薄壁細(xì)胞包圍而成，分生細(xì)胞區(qū)域?yàn)閳A形或冠形，可以發(fā)育為幾個(gè)分生細(xì)胞中心；冠形，可以發(fā)育為幾個(gè)分生細(xì)胞中心； 第三層（外層）：以薄壁細(xì)胞為主，由少量厚第三層（外層）：以薄壁細(xì)胞為主，由少量厚壁細(xì)胞，此層細(xì)胞均為死細(xì)胞。壁細(xì)胞，此層細(xì)胞均為死細(xì)胞。P42P42繼代培養(yǎng)時(shí)期繼代培養(yǎng)時(shí)期培養(yǎng)方法培養(yǎng)方法培養(yǎng)方式：培養(yǎng)方式：

34、培養(yǎng)基：培養(yǎng)基：3 3、繼代方法、繼代方法4 4、長(zhǎng)期培養(yǎng)物形態(tài)發(fā)生潛力的喪失的原因、長(zhǎng)期培養(yǎng)物形態(tài)發(fā)生潛力的喪失的原因u 生理學(xué)說：生理學(xué)說：培養(yǎng)組織或細(xì)胞中的內(nèi)源激素失衡。培養(yǎng)組織或細(xì)胞中的內(nèi)源激素失衡。 遺傳學(xué)說：遺傳學(xué)說：遺傳物質(zhì)在培養(yǎng)繼代過程中由于變異遺傳物質(zhì)在培養(yǎng)繼代過程中由于變異等原因而發(fā)生了改變或是突變。等原因而發(fā)生了改變或是突變。 競(jìng)爭(zhēng)學(xué)說：競(jìng)爭(zhēng)學(xué)說：細(xì)胞對(duì)于生長(zhǎng)素抑制全能性表達(dá)的作細(xì)胞對(duì)于生長(zhǎng)素抑制全能性表達(dá)的作用變得比較敏感；反復(fù)的繼代培養(yǎng)中，非胚性細(xì)胞用變得比較敏感；反復(fù)的繼代培養(yǎng)中，非胚性細(xì)胞的群體將會(huì)逐步增加，而胚性成分則逐漸減少。的群體將會(huì)逐步增加，而胚性成分則逐

35、漸減少。P44P44四、影響植物細(xì)胞脫分化和再分化的因素四、影響植物細(xì)胞脫分化和再分化的因素1 1、培養(yǎng)基、培養(yǎng)基2 2、外植體、外植體3 3、激素的作用、激素的作用4 4、培養(yǎng)條件的影響、培養(yǎng)條件的影響P45-48P45-48創(chuàng)傷的作用創(chuàng)傷的作用：植物細(xì)胞植物細(xì)胞形成機(jī)械隔離形成機(jī)械隔離和和生理隔離生理隔離，由切，由切割而造成的機(jī)械和生理隔離對(duì)細(xì)胞脫分化、再割而造成的機(jī)械和生理隔離對(duì)細(xì)胞脫分化、再分化是十分重要的，也可以說是植物細(xì)胞全能分化是十分重要的，也可以說是植物細(xì)胞全能性表現(xiàn)的重要措施。性表現(xiàn)的重要措施。植物激素的作用：植物激素的作用： 植物個(gè)體的發(fā)育是受植物體內(nèi)的全部遺傳信植物個(gè)體的

36、發(fā)育是受植物體內(nèi)的全部遺傳信息中部分信息的息中部分信息的“開開”和和 “ “關(guān)關(guān)”所控制的。而控所控制的。而控制這一過程的制這一過程的“效應(yīng)子效應(yīng)子”就是植物激素。就是植物激素。 植物激素中的植物激素中的生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素和和細(xì)胞分裂素細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞是啟動(dòng)細(xì)胞脫分化、分裂和再分化的關(guān)鍵性激素。脫分化、分裂和再分化的關(guān)鍵性激素。 所以在離體培養(yǎng)條件下，由于所以在離體培養(yǎng)條件下，由于切割創(chuàng)傷切割創(chuàng)傷和和外源外源激素激素的作用下，使部分遺傳信息開放。從而改變了的作用下，使部分遺傳信息開放。從而改變了植物的代謝路線，使之朝著胚性細(xì)胞的方向發(fā)育。植物的代謝路線，使之朝著胚性細(xì)胞的方向發(fā)育。第三節(jié)第三節(jié)

37、器官發(fā)生與體細(xì)胞胚胎發(fā)生器官發(fā)生與體細(xì)胞胚胎發(fā)生一、器官發(fā)生（一、器官發(fā)生（organogenesisorganogenesis）1 1、概念、概念 器官發(fā)生：是指培養(yǎng)條件下的組織或細(xì)胞團(tuán)（器官發(fā)生：是指培養(yǎng)條件下的組織或細(xì)胞團(tuán)（愈傷組織）分化形成不定芽（愈傷組織）分化形成不定芽（adventitious adventitious budsbuds）、不定根（）、不定根（adventitious rootsadventitious roots）等器）等器官的過程。官的過程。2 2、器官發(fā)生的方式、器官發(fā)生的方式（P49P49）先芽后根先芽后根先根后芽先根后芽根芽同步根芽同步三種方式三種方式兩種

38、途徑兩種途徑直接發(fā)生途徑直接發(fā)生途徑間接發(fā)生途徑間接發(fā)生途徑外植體外植體脫分化脫分化再分化再分化外植體外植體脫分化脫分化愈傷組織愈傷組織再分化再分化2 2、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)基成分 激素（激素（Skoog-Miller模式）、有機(jī)及無機(jī)成分模式）、有機(jī)及無機(jī)成分1 1、起始材料、起始材料母體植株的遺傳基礎(chǔ)母體植株的遺傳基礎(chǔ)外植體的類型外植體的類型生理狀態(tài)、取材方式等生理狀態(tài)、取材方式等3 3、影響器官分化的因素、影響器官分化的因素（P49-51P49-51）3 3、培養(yǎng)條件、培養(yǎng)條件 光照、溫度、濕度等光照、溫度、濕度等二、二、體細(xì)胞胚胎發(fā)生體細(xì)胞胚胎發(fā)生1 1、概念、概念體細(xì)胞胚胎發(fā)生體細(xì)胞胚

39、胎發(fā)生（somatic embryogenesis) )：從植物體細(xì)胞培養(yǎng)物中分化胚胎或胚狀體的從植物體細(xì)胞培養(yǎng)物中分化胚胎或胚狀體的過程。過程。體細(xì)胞胚胎發(fā)生體細(xì)胞胚胎發(fā)生和和器官發(fā)生器官發(fā)生是植物細(xì)胞再分是植物細(xì)胞再分化形成再生植株的兩種不同的發(fā)育過程?；纬稍偕仓甑膬煞N不同的發(fā)育過程。： 離體培養(yǎng)下離體培養(yǎng)下，但經(jīng)過了，但經(jīng)過了所形成的胚的類似物（不管培養(yǎng)的所形成的胚的類似物（不管培養(yǎng)的細(xì)胞是體細(xì)胞還是生殖細(xì)胞）。細(xì)胞是體細(xì)胞還是生殖細(xì)胞）。體細(xì)胞胚的含義：體細(xì)胞胚的含義：在在離體培養(yǎng)離體培養(yǎng)范圍使用，以區(qū)別于無融合生殖胚；范圍使用，以區(qū)別于無融合生殖胚；體細(xì)胞胚起源于體細(xì)胞胚起源于非

40、合子細(xì)胞非合子細(xì)胞，以區(qū)別于合子胚；，以區(qū)別于合子胚；體細(xì)胞體細(xì)胞經(jīng)過了胚胎發(fā)育過程經(jīng)過了胚胎發(fā)育過程，以區(qū)別與離體培養(yǎng)，以區(qū)別與離體培養(yǎng)中器官發(fā)生形成個(gè)體的途徑。中器官發(fā)生形成個(gè)體的途徑。2、體細(xì)胞胚發(fā)生的特點(diǎn)、體細(xì)胞胚發(fā)生的特點(diǎn)具有明顯的具有明顯的雙雙極性極性：即在發(fā)育的早期階段，從其方即在發(fā)育的早期階段，從其方向相反的兩端分化出莖端和根端，具有向相反的兩端分化出莖端和根端，具有根、芽?jī)蓸O根、芽?jī)蓸O分化的特性；分化的特性； 存在生理隔離現(xiàn)象存在生理隔離現(xiàn)象：胚狀體與母體組織或與外植體：胚狀體與母體組織或與外植體的維管組織的維管組織無無解剖結(jié)構(gòu)上的解剖結(jié)構(gòu)上的直接聯(lián)系直接聯(lián)系，處于相對(duì)獨(dú)，處

41、于相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)；立的狀態(tài)；遺傳的遺傳的相對(duì)相對(duì)穩(wěn)定性穩(wěn)定性：?jiǎn)渭?xì)胞起源；：?jiǎn)渭?xì)胞起源；發(fā)生數(shù)量大發(fā)生數(shù)量大，增殖率高增殖率高：可再生次級(jí)胚。：可再生次級(jí)胚。 胚狀體與不定芽的區(qū)別胚狀體與不定芽的區(qū)別體細(xì)胞胚體細(xì)胞胚不不 定定 芽芽來來 源源單細(xì)胞單細(xì)胞較復(fù)雜，多細(xì)胞，單細(xì)胞較復(fù)雜，多細(xì)胞，單細(xì)胞分化特性分化特性根芽?jī)蓸O分化根芽?jī)蓸O分化單極性分化，根或芽單極性分化，根或芽維管組織維管組織獨(dú)立的獨(dú)立的V V型型與外植體有聯(lián)系與外植體有聯(lián)系遺傳穩(wěn)定性遺傳穩(wěn)定性相對(duì)較穩(wěn)定相對(duì)較穩(wěn)定不穩(wěn)定，易變異，出現(xiàn)嵌合體不穩(wěn)定，易變異，出現(xiàn)嵌合體胚狀體與合子胚的比較胚狀體與合子胚的比較 胚狀體胚狀體合子胚合子胚質(zhì)

42、量質(zhì)量萌發(fā)率低，質(zhì)量差萌發(fā)率低，質(zhì)量差萌發(fā)率高，質(zhì)量好萌發(fā)率高，質(zhì)量好來源來源體細(xì)胞體細(xì)胞受精卵受精卵胚柄胚柄很少有，即使有也不明顯，很少有，即使有也不明顯， 有，明顯，給頂細(xì)胞有，明顯，給頂細(xì)胞發(fā)育時(shí)提供營養(yǎng)發(fā)育時(shí)提供營養(yǎng)形態(tài)形態(tài)復(fù)雜，與相同植物比較，體復(fù)雜，與相同植物比較，體積小于合子胚。積小于合子胚。固定，子葉規(guī)范固定，子葉規(guī)范變異率變異率高，各種類型畸形胚高，各種類型畸形胚低低休眠期休眠期無休眠期，卻有一個(gè)靜止期無休眠期，卻有一個(gè)靜止期有有營養(yǎng)供應(yīng)營養(yǎng)供應(yīng)培養(yǎng)基培養(yǎng)基種皮、胚乳、子葉種皮、胚乳、子葉3 3、體細(xì)胞胚發(fā)生的途徑、體細(xì)胞胚發(fā)生的途徑直接發(fā)生：直接發(fā)生： 一般認(rèn)為是由原先就存

43、在于外植體中的一般認(rèn)為是由原先就存在于外植體中的胚性胚性細(xì)胞細(xì)胞培養(yǎng)后直接進(jìn)入胚胎發(fā)生而形成體胚。培養(yǎng)后直接進(jìn)入胚胎發(fā)生而形成體胚。間接發(fā)生（愈傷組織、懸浮培養(yǎng)細(xì)胞）：間接發(fā)生（愈傷組織、懸浮培養(yǎng)細(xì)胞）： 外植體已分化的細(xì)胞先脫分化，并外植體已分化的細(xì)胞先脫分化，并誘導(dǎo)出胚誘導(dǎo)出胚性細(xì)胞性細(xì)胞，進(jìn)而形成體細(xì)胞胚。，進(jìn)而形成體細(xì)胞胚。胚性細(xì)胞胚性細(xì)胞和和胚性愈傷組織的形成胚性愈傷組織的形成是體胚發(fā)生的關(guān)鍵。是體胚發(fā)生的關(guān)鍵。植物胚狀體產(chǎn)生的方式植物胚狀體產(chǎn)生的方式由外植體表面細(xì)胞直接產(chǎn)生由外植體表面細(xì)胞直接產(chǎn)生由外植體或愈傷組織內(nèi)產(chǎn)生由外植體或愈傷組織內(nèi)產(chǎn)生由愈傷組織表層細(xì)胞產(chǎn)生由愈傷組織表層細(xì)

44、胞產(chǎn)生由胚性細(xì)胞團(tuán)表面產(chǎn)生由胚性細(xì)胞團(tuán)表面產(chǎn)生由單個(gè)游離細(xì)胞產(chǎn)生由單個(gè)游離細(xì)胞產(chǎn)生P53-54P53-544 4、體細(xì)胞胚的發(fā)育過程、體細(xì)胞胚的發(fā)育過程胚性細(xì)胞胚性細(xì)胞原胚原胚球型胚球型胚心型胚心型胚魚雷型胚魚雷型胚子葉型胚子葉型胚 體細(xì)胞胚一般起源于體細(xì)胞胚一般起源于一個(gè)胚性細(xì)胞一個(gè)胚性細(xì)胞，胚性細(xì)，胚性細(xì)胞經(jīng)過首次分裂形成胞經(jīng)過首次分裂形成二細(xì)胞原胚二細(xì)胞原胚，再經(jīng)分裂形成，再經(jīng)分裂形成多細(xì)胞原胚多細(xì)胞原胚。進(jìn)而發(fā)育為。進(jìn)而發(fā)育為球形胚球形胚、心型胚心型胚等過程等過程。雙子葉植物的體胚雙子葉植物的體胚單子葉植物的體胚單子葉植物的體胚 在同一塊愈傷組織或一個(gè)胚性細(xì)胞復(fù)合體上可以觀察到在同一塊

45、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)胞單個(gè)原始細(xì)胞到到多細(xì)胞的多細(xì)胞的原胚、球形胚、魚雷胚原胚、球形胚、魚雷胚直至具直至具子葉的胚狀體子葉的胚狀體，這是由體細(xì)胞，這是由體細(xì)胞胚發(fā)生和分裂的不同步所致。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B AB（1）外植體類型與發(fā)育階段）外植體類型與發(fā)育階段 距活體胚胎發(fā)育較近的組織；距活體胚胎發(fā)育較近的組織； 成熟及未成熟的成熟及未成熟的胚胎在離體條件下可能更有利于體細(xì)胞胚的誘導(dǎo)。胚胎在離體條件下可能更有利于體細(xì)胞胚的誘導(dǎo)。 胡蘿卜和毛茛屬一些胡蘿卜和毛茛

46、屬一些植物幾乎植株植物幾乎植株的所有部分都有高的體的所有部分都有高的體細(xì)胞胚形成潛力，胡蘿卜細(xì)胞胚形成潛力，胡蘿卜主根、胚、花梗、葉柄、幼根和下主根、胚、花梗、葉柄、幼根和下胚軸等組織都可以誘導(dǎo)體細(xì)胞胚的發(fā)生；胚軸等組織都可以誘導(dǎo)體細(xì)胞胚的發(fā)生； 在禾本科植物中，幼穗和幼胚易分化產(chǎn)生體細(xì)胞胚；在禾本科植物中，幼穗和幼胚易分化產(chǎn)生體細(xì)胞胚； 棉花等一些雙子葉植物的下胚軸、豆科植物的子葉組織上棉花等一些雙子葉植物的下胚軸、豆科植物的子葉組織上可誘導(dǎo)體細(xì)胞胚的產(chǎn)生。可誘導(dǎo)體細(xì)胞胚的產(chǎn)生。5、影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素、影響體細(xì)胞胚胎發(fā)生的因素表皮下細(xì)胞表皮下細(xì)胞 根發(fā)生區(qū)細(xì)胞根發(fā)生區(qū)細(xì)胞 芽發(fā)生區(qū)細(xì)胞

47、芽發(fā)生區(qū)細(xì)胞 產(chǎn)生胚狀體產(chǎn)生胚狀體 胡蘿卜子葉不同部位外植體示意圖胡蘿卜子葉不同部位外植體示意圖 （2）氮源）氮源 誘導(dǎo)培養(yǎng)基中還原態(tài)氮的存在非常重要，通常誘導(dǎo)培養(yǎng)基中還原態(tài)氮的存在非常重要，通常較高的氨態(tài)較高的氨態(tài)氮氮有利于胚狀體的形成。有利于胚狀體的形成。 添加添加水解酪蛋白或酵母提取物水解酪蛋白或酵母提取物有利于胚狀體的發(fā)生。有利于胚狀體的發(fā)生。 添加添加谷氨酰胺、天門冬酰胺、絲氨酸、精氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、天門冬酰胺、絲氨酸、精氨酸、脯氨酸、等對(duì)胚狀體的發(fā)生有重要作用。等對(duì)胚狀體的發(fā)生有重要作用。其它天然的有機(jī)復(fù)合物如椰乳、未成熟的玉米胚乳、水稻胚其它天然的有機(jī)復(fù)合物如椰乳、未成熟的

48、玉米胚乳、水稻胚乳、小麥胚乳等對(duì)胚狀體的發(fā)生和發(fā)育都有很重要的作用。乳、小麥胚乳等對(duì)胚狀體的發(fā)生和發(fā)育都有很重要的作用。（3 3）生長(zhǎng)素類）生長(zhǎng)素類 生長(zhǎng)素是誘導(dǎo)體細(xì)胞胚的主導(dǎo)因子。生長(zhǎng)素是誘導(dǎo)體細(xì)胞胚的主導(dǎo)因子。體細(xì)胞胚體細(xì)胞胚胎發(fā)生中，外源生長(zhǎng)素的使用規(guī)律，在大多數(shù)植物胎發(fā)生中，外源生長(zhǎng)素的使用規(guī)律，在大多數(shù)植物中是相似的。中是相似的。 誘導(dǎo)愈傷組織或胚性愈傷組織，均需要誘導(dǎo)愈傷組織或胚性愈傷組織，均需要高濃度高濃度的生長(zhǎng)素的生長(zhǎng)素；當(dāng)球型胚形成后，則需要；當(dāng)球型胚形成后，則需要降低生長(zhǎng)素水降低生長(zhǎng)素水平平才能完成體細(xì)胞胚的繼續(xù)發(fā)育；才能完成體細(xì)胞胚的繼續(xù)發(fā)育； 生長(zhǎng)素的這一應(yīng)用規(guī)律與胚胎

49、發(fā)育過程中內(nèi)源生長(zhǎng)素的這一應(yīng)用規(guī)律與胚胎發(fā)育過程中內(nèi)源激素的變化是一致的激素的變化是一致的。幾乎所有的單子葉植物和幾乎所有的單子葉植物和57.5的雙子葉植物胚的雙子葉植物胚性細(xì)胞形成中使用性細(xì)胞形成中使用2,4-D。 外源外源2,4-D對(duì)內(nèi)源生長(zhǎng)素具有重要的調(diào)節(jié)和平衡對(duì)內(nèi)源生長(zhǎng)素具有重要的調(diào)節(jié)和平衡作用，提高了細(xì)胞對(duì)作用，提高了細(xì)胞對(duì)IAAIAA的敏感性，誘導(dǎo)胚性細(xì)胞的的敏感性，誘導(dǎo)胚性細(xì)胞的發(fā)生。發(fā)生。 2,4-D的作用具有階段性，在誘導(dǎo)胚性愈傷組織的作用具有階段性，在誘導(dǎo)胚性愈傷組織階段通常起促進(jìn)作用，而在體細(xì)胞胚分化發(fā)育階段一階段通常起促進(jìn)作用，而在體細(xì)胞胚分化發(fā)育階段一般起抑制作用般起

50、抑制作用。 6、體細(xì)胞胚胎發(fā)生的實(shí)際應(yīng)用、體細(xì)胞胚胎發(fā)生的實(shí)際應(yīng)用無性繁殖：合子胚的無性繁殖、增加林木無性繁殖：合子胚的無性繁殖、增加林木的體細(xì)胞無性系變異；的體細(xì)胞無性系變異；人工種子的制備；人工種子的制備；分離可再生的原生質(zhì)體的材料；分離可再生的原生質(zhì)體的材料；遺傳轉(zhuǎn)化；遺傳轉(zhuǎn)化；代謝產(chǎn)物合成；代謝產(chǎn)物合成；遺傳資源的保存。遺傳資源的保存。第四節(jié)第四節(jié) 人工種子人工種子一、人工種子的概念及意義一、人工種子的概念及意義 人工種子技術(shù)是人工種子技術(shù)是20世紀(jì)世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的年代中期發(fā)展起來的技術(shù)，植物人工種子（技術(shù)，植物人工種子（artificial seeds）的概念最）的概念最早

51、由美國生物學(xué)家早由美國生物學(xué)家Murashige于于1977年提出，年提出，1978年年Redenbaugh 制造第一批人工種子（苜蓿和芹制造第一批人工種子（苜蓿和芹菜）。菜）。 人工種子又稱合成種子人工種子又稱合成種子 （ synthetic seeds）或體細(xì)胞）或體細(xì)胞種子種子 （ somatic seeds）：）： 是指將植物離體培養(yǎng)中產(chǎn)生的是指將植物離體培養(yǎng)中產(chǎn)生的體細(xì)胞胚體細(xì)胞胚，或，或能發(fā)能發(fā)育成完整植株的分生組織育成完整植株的分生組織（不定芽、愈傷組織、胚狀不定芽、愈傷組織、胚狀體、原球莖、小鱗莖、微型薯等體、原球莖、小鱗莖、微型薯等）包埋在含有營養(yǎng)物）包埋在含有營養(yǎng)物質(zhì)和具有

52、保護(hù)功能的外殼形成的適宜條件下能夠發(fā)芽質(zhì)和具有保護(hù)功能的外殼形成的適宜條件下能夠發(fā)芽出苗的顆粒體。出苗的顆粒體。 1 1、概念、概念 2 2、人工種子的典型構(gòu)成、人工種子的典型構(gòu)成 胚胚 狀狀 體體（繁殖體）（繁殖體）人工種皮人工種皮人工胚乳人工胚乳3 3、人工種子的研制意義、人工種子的研制意義（1 1）人工種子能代替試管苗快速繁殖，開創(chuàng)了種苗生產(chǎn)的又）人工種子能代替試管苗快速繁殖，開創(chuàng)了種苗生產(chǎn)的又一新途徑。與試管苗相比是一種一新途徑。與試管苗相比是一種高效快速的繁殖方法高效快速的繁殖方法，避，避免移栽困難，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，便于儲(chǔ)運(yùn)。免移栽困難，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，便于儲(chǔ)運(yùn)。（2 2）對(duì)

53、優(yōu)異雜種種子、自然條件下不結(jié)實(shí)或制種困難的植物）對(duì)優(yōu)異雜種種子、自然條件下不結(jié)實(shí)或制種困難的植物可以可以不通過有性制種而快速獲得大量種子。不通過有性制種而快速獲得大量種子。（3 3）在人工種子的包裹材料里加入各種生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)、菌）在人工種子的包裹材料里加入各種生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)、菌 肥、農(nóng)藥等，可肥、農(nóng)藥等，可人為地影響控制人為地影響控制作物生長(zhǎng)發(fā)育和抗性。作物生長(zhǎng)發(fā)育和抗性。其它類型繁殖體：其它類型繁殖體： 微型營養(yǎng)變態(tài)器官繁殖體的培養(yǎng)；微型營養(yǎng)變態(tài)器官繁殖體的培養(yǎng)； 莖尖、微芽、不定芽等芽繁殖體的培養(yǎng)。莖尖、微芽、不定芽等芽繁殖體的培養(yǎng)。 獲得體細(xì)胞胚是生產(chǎn)人工種子的基礎(chǔ)，獲得體細(xì)胞胚是生產(chǎn)人工

54、種子的基礎(chǔ)，大量的、高質(zhì)量的體胚大量的、高質(zhì)量的體胚是人工種子制作的是人工種子制作的前提。前提。二、體細(xì)胞胚發(fā)生的同步化控制二、體細(xì)胞胚發(fā)生的同步化控制 采用采用化學(xué)方法化學(xué)方法或或物理學(xué)的方法物理學(xué)的方法控制體細(xì)胞胚控制體細(xì)胞胚的同步化發(fā)育。的同步化發(fā)育。 作為種子使用的繁殖體，首先必須要有較高作為種子使用的繁殖體，首先必須要有較高程度的一致性。這種一致性除了程度的一致性。這種一致性除了遺傳上的一致性遺傳上的一致性外，外，還包括還包括生理上的一致性生理上的一致性。1 1、化學(xué)抑制法：、化學(xué)抑制法： 在細(xì)胞培養(yǎng)初期加入在細(xì)胞培養(yǎng)初期加入DNADNA合成抑制劑。合成抑制劑。2 2、低溫抑制法：、

55、低溫抑制法： 低溫處理抑制細(xì)胞分裂。低溫處理抑制細(xì)胞分裂。3 3、滲透壓選擇法、滲透壓選擇法： 不同發(fā)育階段的胚具有不同的滲透壓要求，不同發(fā)育階段的胚具有不同的滲透壓要求，調(diào)節(jié)滲透壓可以控制胚性細(xì)胞的同步發(fā)育。調(diào)節(jié)滲透壓可以控制胚性細(xì)胞的同步發(fā)育。4 4、機(jī)械過篩選擇法：、機(jī)械過篩選擇法： 用不同孔徑的尼龍網(wǎng)選擇不同發(fā)育階段的胚或采用不同孔徑的尼龍網(wǎng)選擇不同發(fā)育階段的胚或采用密度梯度離心來選擇不同發(fā)育階段的胚。用密度梯度離心來選擇不同發(fā)育階段的胚。5 5、通氣法：、通氣法： 乙烯的產(chǎn)生與細(xì)胞分裂密切相關(guān)，在細(xì)胞分裂達(dá)乙烯的產(chǎn)生與細(xì)胞分裂密切相關(guān)，在細(xì)胞分裂達(dá)到高峰前，有一個(gè)乙烯合成高峰。在培養(yǎng)

56、基中通到高峰前，有一個(gè)乙烯合成高峰。在培養(yǎng)基中通入乙烯或氮?dú)?，每入乙烯或氮?dú)?，?0h10h或或20h20h通一次，每次通一次，每次3-4s3-4s，控制細(xì)胞同步分裂。控制細(xì)胞同步分裂。三、人工種子包埋技術(shù)與貯存三、人工種子包埋技術(shù)與貯存1 1、繁殖體的處理：、繁殖體的處理：脫水、休眠、老化等。脫水、休眠、老化等。2 2、繁殖體的包埋、繁殖體的包埋（1 1）包埋介質(zhì)：）包埋介質(zhì)：水凝膠水凝膠思考：包埋介質(zhì)有什么要求？思考：包埋介質(zhì)有什么要求？ 用于包被體細(xì)胞胚的幾種水凝膠用于包被體細(xì)胞胚的幾種水凝膠水凝膠名稱水凝膠名稱濃度濃度（重量（重量/ /體積）體積）絡(luò)合劑絡(luò)合劑濃度濃度（mmol/L）海

57、藻酸鈉海藻酸鈉海藻海藻酸鈉及明酸鈉及明膠膠角叉藻聚糖角叉藻聚糖洋槐豆膠洋槐豆膠0.505.02.05.00.20.80.41.0鈣鹽鈣鹽鈣鹽鈣鹽KClKCl或或NHNH4 4ClClKClKCl或或NHNH4 4ClCl3010030100500500 人工胚乳主要成分人工胚乳主要成分： 無機(jī)鹽混合物無機(jī)鹽混合物 碳水化合物（淀粉、糖）碳水化合物（淀粉、糖） 蛋白質(zhì)。如藻酸鹽中的蛋白質(zhì)。如藻酸鹽中的“海藻海藻”副產(chǎn)品除蛋白質(zhì)外，副產(chǎn)品除蛋白質(zhì)外，還含有碳水化合物。還含有碳水化合物。人工胚乳研制途徑人工胚乳研制途徑：直接法直接法凝膠囊中直接加入大量元素和碳水化合物及防病用抗生素，以保證種胚基本營養(yǎng)和碳源。微型包裹法微型包裹法首先將碳水化合物和大量元素包裹在微型膠囊內(nèi)，然后再把微型膠囊和種胚一起包裹在海藻酸鈣（人工種皮）中。目的使人工胚乳在人工種子內(nèi)有控制的釋放。 （2 2）常用的人工胚乳）常用的人工胚乳（3）包埋方法：）包埋方法： 經(jīng)研究認(rèn)為藻酸鹽所形成的膠囊是目前經(jīng)研究認(rèn)為藻酸鹽所形成的膠囊是目前最好的凝膠包埋材料，所采用的主要方法最好的凝膠包埋材料，所采用的主要方法是是滴注法滴注法和和裝膜法裝膜法兩種。兩種。 滴注法滴注法包埋的操作程序包埋的操作程序