植物組織培養(yǎng)幻燈片

植物組織培養(yǎng)幻燈片第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五第一章

緒論

植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ)理論和基本知識TissueCulture第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五一、植物組織培養(yǎng)的基本概念和分類（一）植物組織培養(yǎng)的概念＆1、植物組織培養(yǎng)又稱為植物無菌培養(yǎng)（離體培養(yǎng)、試管培養(yǎng)），指在無菌條件下，將植物的離體器官（根、莖、葉、花、果實、種子等）、組織（花藥、胚珠、形成層、皮層、胚乳等）、細胞（體細胞、生殖細胞等）以及原生質(zhì)體，放在離體無菌條件下，在人工控制的環(huán)境條件下，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上對其進行克隆，使其生長、分化并長成完整小植株的過程。第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五AGlimpseofPlantTissueCulture第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2、植物組織培養(yǎng)的分類：＆根據(jù)培養(yǎng)的器官不同，分為花藥培養(yǎng)、胚珠培養(yǎng)、根培養(yǎng)、莖尖培養(yǎng)、葉培養(yǎng)等；＆根據(jù)培養(yǎng)基的形態(tài)（培養(yǎng)方式），分為固體培養(yǎng)（在培養(yǎng)基內(nèi)加入瓊脂）和液體培養(yǎng)（也叫液體震蕩培養(yǎng)或懸浮培養(yǎng)）兩種；第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五＆根據(jù)培養(yǎng)物量的多少，分為大量培養(yǎng)、微量培養(yǎng)；＆根據(jù)培養(yǎng)過程是否需要光照，分為光培養(yǎng)、暗培養(yǎng)；＆根據(jù)培養(yǎng)方法不同，分為平板培養(yǎng)、微室培養(yǎng)、懸浮培養(yǎng)、單細胞培養(yǎng)等。第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五補充：懸浮培養(yǎng)又分為振蕩培養(yǎng)、旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)和紙橋培養(yǎng)＆振蕩培養(yǎng)：在培養(yǎng)過程中，將培養(yǎng)基和被培養(yǎng)器官、組織、細胞放入振蕩器中振蕩而完成的培養(yǎng)過程。主要應(yīng)用于組織培養(yǎng)和細胞培養(yǎng)。第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五＆旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)：在培養(yǎng)過程中，將培養(yǎng)基和被培養(yǎng)器官、組織、細胞放入搖床旋轉(zhuǎn)而完成的培養(yǎng)過程。主要應(yīng)用于器官脫分化培養(yǎng)。＆紙橋培養(yǎng)：在培養(yǎng)過程中，將培養(yǎng)基中放入濾紙，再將材料置于濾紙上而進行的培養(yǎng)過程。主要應(yīng)用于植物脫毒莖尖培養(yǎng)。第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五（二）植物組織培養(yǎng)的生理依據(jù)1、植物細胞的全能性指植物體的每一個細胞都攜帶有一套完整的基因組，并具有發(fā)育成為完整植株的潛在能力，細胞的這種特性叫細胞全能性。2、細胞具有這種潛能是因為每個細胞都包含了這個物種的所特有的全套遺傳物質(zhì)，具有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因。第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五3、植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)是植物組織培養(yǎng)中的關(guān)鍵性物質(zhì)：IAA（誘導(dǎo)愈傷組織形成、誘導(dǎo)生根）、CTK（誘導(dǎo)生芽）、GA（促進已分化芽的伸長生長）、ABA、ETH等，用量極少。第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五補充：脫分化：指植物的根、莖、葉、花、果實、種子等器官在人工條件下失去原有的狀態(tài)和功能，恢復(fù)到能分裂和增殖細胞的狀態(tài)（愈傷組織或細胞團）的過程。再分化：指細胞狀態(tài)（愈傷組織）再次分化產(chǎn)生分生組織，形成器官狀態(tài)（叢生芽或胚狀體）的過程。第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五外植體：在植物組織培養(yǎng)過程中，由植物體上切取的根、莖、葉、花、果、種子等器官以及各種組織和細胞統(tǒng)稱為外植體。（大多為多細胞體，均具有分化器官或其他組織的能力）。愈傷組織：離體的植物器官、組織或細胞，在培養(yǎng)一段時間以后，通過細胞分裂，形成一種高度液泡化、無定形狀態(tài)、由薄壁細胞組成的排列疏松的組織。第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五愈傷組織（Callus）第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五

植物組織培養(yǎng)過程再分化脫分化愈傷組織外植體試管苗新植株CTK、IAA培養(yǎng)基無菌環(huán)境下操作第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五（三）植物組織培養(yǎng)的類型1、愈傷組織培養(yǎng)：愈傷組織（外植體）體細胞胚胎發(fā)生（體細胞胚）再生植株愈傷組織（外植體）器官發(fā)生途徑（不定根/芽）再生植株第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五愈傷組織分化的方向不定芽胚狀體根、芽第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2、器官培養(yǎng)：根、莖、葉、花、果實、種子等均可。3、胚培養(yǎng)：拯救胚：避免受精后胚乳發(fā)育不良或因種胚與胚乳間不親和而致使雜種胚夭折，及時分離幼胚接種在無激素培養(yǎng)基上使之直接成苗。第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五4、細胞和原生質(zhì)體培養(yǎng)：在組織培養(yǎng)過程中，對單個分離出來的細胞或去掉細胞壁而裸露的原生質(zhì)體進行培養(yǎng)。原生質(zhì)體：指去掉細胞壁的由質(zhì)膜包裹著的具有生活力的裸露細胞（細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核）。第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五二、植物組織培養(yǎng)的發(fā)展＆探索階段（1902-1929年）＆組培方法和定義的建立階段（1930-1939年）＆細胞全能性的證實階段（1940-1959）＆組培技術(shù)和理論迅速發(fā)展階段（1960-1979）＆組培技術(shù)在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用階段（1980-至今）第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1.探索階段（1902-1929年）Haberlandt（德國植物生理學(xué)家）：觀點：貢獻：提出細胞全能性小野芝麻和鳳眼蘭的柵欄細胞和萬年青屬表皮細胞無分裂細胞高度分化+培養(yǎng)基中無生長激素首次進行離體細胞培養(yǎng)高等植物的組織和器官可以分割成單個細胞Knop+蔗糖第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1904年：Hanning胚培養(yǎng)：培養(yǎng)蘿卜和辣根菜的胚，得到植株；1922年：Kotte和Robbins根培養(yǎng)；1925年：Laibach亞麻種間雜交幼胚培養(yǎng)得到雜種。其它研究1922年：Knudson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；第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五2.組培方法和定義的建立階段（1930-1939年）1934年：White用番茄根建立第一個植物無性系。 當(dāng)根2cm長切成0.5-1cm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。 并提出植物細胞全能性假設(shè)：1934年：Gautherete培養(yǎng)山毛楊、黑楊形成層組織產(chǎn)生了愈傷組織；第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1937年：White發(fā)現(xiàn)3種B族維生素和IAA對植物生長有用1939年：Gautherete培養(yǎng)胡蘿卜根小外植體成功1939年：White培養(yǎng)煙草種間雜種幼莖切段原形成層成功1939年：Nobecourt培養(yǎng)胡蘿卜根塊莖薄壁組織成功第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五組織培養(yǎng)的奠基人第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五3.細胞全能性的證實階段（1940-1959）1943年：White植物組織培養(yǎng)手冊《AHandbookofPlantTissueCulture》，標(biāo)志組織培養(yǎng)成為一門新興學(xué)科；1946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)；第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1948年：Skoog和崔真培養(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，腺嘌呤/生長素高，生芽；低，生根；相等，不分化。1952-1953年：美國科學(xué)家StewardF.C.用胡蘿卜根的細胞懸浮培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)單個細胞能象受精卵發(fā)育成胚一樣的途徑，發(fā)育成完整植株。證實了植物細胞全能性學(xué)說。第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五1952年：Morel和Martin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。1954年：Muir將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個煙草體細胞，單細胞培養(yǎng)成功。1956年：Miller分離出Kinetin，Kinetin/生長素第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五4.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)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，已成為一種重要和精細的實驗技術(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，并取得豐碩的成果。第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五4.1原生質(zhì)體培養(yǎng)1960年：Cocking酶解法分離原生質(zhì)體獲得成功。使植物細胞可以象動物細胞一樣進行細胞融合。1971年：日本takebe和Nagata首次利用煙草葉片分離原生質(zhì)體并獲得再生植株。80年代的一個研究熱點,日本和中國做出了很大的貢獻。第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五＆日本科學(xué)家進行了大約70個植物品種的原生質(zhì)體培養(yǎng)。＆中國獲得了30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、玉米、小麥、谷子、高梁、大麥、棉花、油萊、馬鈴薯等。＆在木本植物、藥用植物、蔬菜和真菌原生質(zhì)體培養(yǎng)方面的進展也十分迅速。第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五4.2細胞融合與體細胞雜交＆1972年，美國Carlson誘導(dǎo)粉藍煙草和郎氏煙草的原生質(zhì)體融合得到種間體細胞雜種：第一株體細胞雜種。＆1978年，有性雜交不親和的番茄/馬鈴薯間的體細胞雜交獲得了雜種植株（Melchers）。隨后獲得了地上結(jié)番茄，地下生馬鈴薯的雜種植物。第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五＆1985年，馬鈴薯的栽培品種與野生種的體細胞雜交，得到了抗晚疫病和卷葉病的體細胞雜種（Austin）。＆科間的大豆/粉藍煙草（Kao，1977）、大豆/煙草（Chien，1982）產(chǎn)生了連續(xù)增殖的雜種細胞系，更遠緣的大豆/水稻產(chǎn)生了愈傷組織（Niizeki，1985）。第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五4.3胚胎培養(yǎng)和試管受精＆避免受精后胚乳發(fā)育不良或因種胚與胚乳間不親和而致使雜種胚夭折，及時分離幼胚接種在無激素培養(yǎng)基上使之直接成苗，這就是胚挽救。＆大大提高遠緣雜交的成功率。主要應(yīng)用于一些亞洲國家。大量的幼胚培養(yǎng)成為植株的報道，有40多個雜種胚培養(yǎng)成功。＆印度科學(xué)家在裁培種菜豆、黃麻和花生的遠緣雜交中獲得了理想的重組體。＆中國農(nóng)科院蔬菜所培養(yǎng)結(jié)球甘藍和大白菜的雜種胚得到了種間雜種。第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五4.4組織及細胞培養(yǎng)生產(chǎn)有用物質(zhì)＆Arregnin和bonner在1950年首先進行了培養(yǎng)橡膠莖愈傷組織獲取橡膠的嘗試。＆1967年，Kaul和Staba從牙簽草的組織和細胞培養(yǎng)物中分離出目的次生代謝物呋喃色酮。＆近50年來飛速的發(fā)展。從400多種植物培養(yǎng)細胞中分離到600多種次級代謝產(chǎn)物，其中60多種在含量上超過或等于其原植物，20種以上干重超過1％。第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五＆在日本，人參細胞培養(yǎng)已達130600L發(fā)酵罐；德國用1000L發(fā)酵罐培養(yǎng)毛地黃細胞；在我國，人參細胞培養(yǎng)技術(shù)也已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。＆利用培養(yǎng)細胞的生物轉(zhuǎn)化能力生產(chǎn)高值化合物，德國科學(xué)家進行了出色的研究。他們在毛地黃細胞的培養(yǎng)中加入生物合成途徑的中間化合物毛地黃毒素和—甲基毛地黃毒素，培養(yǎng)細胞以幾乎100％的轉(zhuǎn)化速率使之羥基化，變?yōu)獒t(yī)藥強心劑地高辛。第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五4.5單倍體育種亞太地區(qū)一直處于領(lǐng)先的地位。＆1964年，印度的Guba和Meheshiwari培養(yǎng)毛葉曼陀羅花藥獲得了第一棵單倍體植株。＆印度培育的水稻品系比對照提高產(chǎn)量15%－49%；韓國獲得了2個水稻新品種；日本培育了耐寒性和口味較好的水稻品種。第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五＆中國于1970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，其中小麥、玉米、橡膠樹、楊樹、辣椒、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)。通過單倍體育種獲得了水稻、小麥、煙草、辣椒和甜櫻新品種。中華8號、9號等15個水稻新品種，總種植面積達1000萬畝。＆通過花粉和花藥培養(yǎng)已獲得了幾百種植物的單倍體植株。第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五5.組織培養(yǎng)在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用階段（1980年-至今）植物快速繁殖技術(shù)60年代，法國的Morel用莖尖培養(yǎng)的方法大量繁殖蘭花獲得成功。植物快速繁殖技術(shù)、試管苗工廠化生產(chǎn)和無病毒種苗生產(chǎn)技術(shù)在70年代得到了快速的發(fā)展。第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期五＆通過離體培養(yǎng)獲得小植株并且具有快速繁殖潛力的植物已有100多科、1000種以上。種類由以觀賞植物為主逐漸發(fā)展到果樹、林木、蔬菜和大田作物（糧食經(jīng)濟作物）。＆美國、法國、意大利、荷蘭等歐美國家試管苗的年產(chǎn)量均在數(shù)千萬株以上，并且以每年7％-8％的速度增加。

＆我國快速繁殖和無病毒種苗生產(chǎn)的研究始于70年代，脫毒馬鈴薯、大蒜、香蕉、甘蔗、花卉等已開始規(guī)模