2023學(xué)年完整公開課版問題探究

一、什么是植物組織培養(yǎng)？什么是組織培養(yǎng)或離體培養(yǎng)或試管培養(yǎng)？問題探究分株繁殖壓條繁殖播種繁殖嫁接繁殖扦插繁殖組織培養(yǎng)繁殖器官（organ)：根、莖、葉、花、果實(shí)、種子等組織（tissue)：花藥、胚珠、胚、胚乳、形成層、皮層等細(xì)胞（cell）：體細(xì)胞、生殖細(xì)胞、花粉等植物組織培養(yǎng)（tissueculture）是指在無菌條件下將離體的植物器官、組織、細(xì)胞以及除去細(xì)胞壁的原生質(zhì)體放在（培養(yǎng)在）人工配置的培養(yǎng)基上，給予適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)條件，使其長(zhǎng)成完整的植株。

(一)概念無菌離體材料：①器官：根、莖、葉、花、果實(shí)②組織：花藥組織、胚乳、皮層③細(xì)胞：體細(xì)胞（2n）、生殖細(xì)胞（n）④原生質(zhì)體培養(yǎng)基（人工）培養(yǎng)條件：溫度、光照、濕度植物組織培養(yǎng)的四要素AGlimpseofPlantTissueCulture蘆薈的植物組織培養(yǎng)過程以植物的體細(xì)胞（器官/組織，細(xì)胞/原生質(zhì)體）為培養(yǎng)材料，可以誘導(dǎo)形成完整植物體。另：以植物的性細(xì)胞為培養(yǎng)材料，可以誘導(dǎo)形成完整的植物體。單套染色體組，不能正常開花結(jié)實(shí)。1、廣義概念：

無菌操作分離植物體一部分(即外植體)接種到培養(yǎng)基，在人工條件下培養(yǎng)直至生成完整植株。2、狹義概念：

指對(duì)植物體組織或由植物器官培養(yǎng)產(chǎn)生的愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)直至生成完整植株。廣義和狹義概念有何區(qū)別？

組培范圍不同，即外植體范圍不同。廣義組培狹義組培1.根據(jù)被切除的植物體來源不同和對(duì)象不同分為：植株培養(yǎng)愈傷組織培養(yǎng)器官培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)原生質(zhì)體培養(yǎng)是對(duì)植物體的各部分組織進(jìn)行培養(yǎng)；或?qū)τ芍参锲鞴倥囵B(yǎng)產(chǎn)生的愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)，二者均通過再分化誘導(dǎo)形成植株。

離體器官的培養(yǎng)(二)植物組織培養(yǎng)的類型對(duì)完整植株材料的培養(yǎng)，如幼苗、較大植株。對(duì)由愈傷組織等進(jìn)行液體振蕩培養(yǎng)所得到的能保持較好分散性的離體單細(xì)胞或花粉單細(xì)胞或很小的細(xì)胞團(tuán)的培養(yǎng)。用酶及物理方法除去細(xì)胞壁的原生質(zhì)體的培養(yǎng)

2.根據(jù)培養(yǎng)方式：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(jìn)行培養(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)，一般需進(jìn)行震蕩，又稱液體震蕩培養(yǎng)。液體培養(yǎng)(1)固體培養(yǎng)法

是最常用的方法。該方法簡(jiǎn)單，易行，

但養(yǎng)分分布不均，生長(zhǎng)速度不均衡，并常有

褐化中毒現(xiàn)象發(fā)生。(2)液體培養(yǎng)法

由于液體中氧氣含量較少，常用振動(dòng)培養(yǎng)的方法以確

保氧氣的供給,往復(fù)式搖床或旋轉(zhuǎn)式搖床進(jìn)行培養(yǎng)，速度一般為50-200r／min，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。

固體培養(yǎng)、液體培養(yǎng)的特點(diǎn)：褐化3.根據(jù)培養(yǎng)器官的不同：

煙草（葉培養(yǎng)）可分為：葉培養(yǎng)、根培養(yǎng)、花藥培養(yǎng)、胚珠培養(yǎng)、莖尖培養(yǎng)等松樹種子培養(yǎng)4.根據(jù)培養(yǎng)物量的多少：大量培養(yǎng)、微量培養(yǎng)。

5.根據(jù)培養(yǎng)過程中是否需光：光培養(yǎng)、暗培養(yǎng)

6.根據(jù)培養(yǎng)方法的不同：

如：細(xì)胞培養(yǎng)：

（1）平板培養(yǎng)（2）微室培養(yǎng)（3）懸浮培養(yǎng)（4）單細(xì)胞培養(yǎng)7.按培養(yǎng)過程分為:初代培養(yǎng)和繼代培養(yǎng)初代培養(yǎng)（Primaryculture）：指外植體的最初培養(yǎng)。繼代培養(yǎng)（Subculture）：將初代培養(yǎng)得到的培養(yǎng)體移植于新鮮培養(yǎng)基中這種反復(fù)多次移植的培養(yǎng)，稱為繼代培養(yǎng)。初代培養(yǎng)：芽、莖段、葉片、花器等外植體在離體培養(yǎng)條件下誘導(dǎo)愈傷組織、側(cè)芽或不定芽、胚狀體過程繼代培養(yǎng)：更換新鮮培養(yǎng)基來繁殖同種類型的材料（愈傷組織、芽）。三、植物組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)—細(xì)胞全能性1、細(xì)胞全能性（celltotipotency)

：植物體的每一個(gè)具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞都具有該物種全部遺傳的物質(zhì)，在一定條件下具有發(fā)育成完整植物體的潛在能力。1)含義：（1）植物細(xì)胞（體或生殖細(xì)胞）均具有植物體全部的遺傳信息。（2）每個(gè)植物細(xì)胞均具有發(fā)育成完整植物體的潛在能力。2）原理:

植物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)體所必需的全部基因，從理論上講，植物體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性2、植物細(xì)胞全能性的表達(dá)一個(gè)細(xì)胞一旦沿著某一條特定的途徑分化發(fā)育后，一般不會(huì)再回復(fù)到未分化狀態(tài)，但在組織培養(yǎng)條件下，可能發(fā)生脫分化和再分化。植物細(xì)胞的分化和脫分化分化(differentiation)：指細(xì)胞在形態(tài)上的功能上發(fā)生永久性的（不可逆轉(zhuǎn)的）適度變化的過程。（2）細(xì)胞的再分化和形態(tài)（器官、胚）建成

再分化（redifferentiation):在人工培養(yǎng)的特定條件下，細(xì)胞經(jīng)過脫分化的過程而形成的無結(jié)構(gòu)的分生組織（愈傷組織）再次分化，進(jìn)行器官形成，產(chǎn)生芽或胚狀體，形成完整植株的過程。脫分化（dedifferentiation)：將已分化的不分裂的靜止細(xì)胞，放在培養(yǎng)基上培養(yǎng)后，細(xì)胞重新進(jìn)入分裂狀態(tài)。一個(gè)成熟的細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚鸂顟B(tài)的過程叫脫分化。植物再生植株的途徑愈傷組織的概念分化脫分化再分化完整植株愈傷組織（callus）：原來是指植物在受傷之后，在傷口表面形成的一團(tuán)薄壁細(xì)胞。組織培養(yǎng)中指在人工培養(yǎng)基上由外植體上形成的一團(tuán)無序生長(zhǎng)狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。胡蘿卜離體根脫分化（dedifferentiation）細(xì)胞脫分化的難易程度與植物種類、組織和細(xì)胞狀態(tài)有關(guān)：?jiǎn)巫尤~、裸子植物＞雙子葉植物成熟的細(xì)胞和組織＞幼嫩的細(xì)胞和組織單倍體細(xì)胞＞二倍體細(xì)胞3、細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)途徑（1）要使這些細(xì)胞處于離體條件下，解除植物體其余部分對(duì)這些細(xì)胞的抑制影響；（2）要給于它們適當(dāng)?shù)拇碳?，就是給于他們一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素作用。四．愈傷組織的形成和形態(tài)發(fā)生從外植體脫分化形成典型的愈傷組織大致可分為三個(gè)時(shí)期：愈傷組織分化誘導(dǎo)期分裂期分化期誘導(dǎo)期分裂期分化期Stage1.Induction（誘導(dǎo)期）:

細(xì)胞準(zhǔn)備進(jìn)行分裂的時(shí)期，是愈傷組織形成起點(diǎn)。誘導(dǎo)期分裂期誘導(dǎo)期細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的變化氣體交換增加，如氧氣的吸收增加RNA含量增加（增加到300%）蛋白質(zhì)量增加（每個(gè)細(xì)胞的總增加量為200%）酶活性增強(qiáng)細(xì)胞正準(zhǔn)備分裂的時(shí)期通過一些刺激因素和激素的誘導(dǎo)作用，使其合成代謝活化，細(xì)胞內(nèi)的合成代謝迅速進(jìn)行，但細(xì)胞的數(shù)目和大小不變。影響誘導(dǎo)期的長(zhǎng)短的因素植物種類如菊芋只需1天，胡蘿卜需幾天；外植體的生理狀況如菊芋貯藏后，誘導(dǎo)期會(huì)延長(zhǎng)外部因素如弱光下生長(zhǎng)比在強(qiáng)光下生長(zhǎng)的易于誘導(dǎo)。特點(diǎn)：Stage2.Celldivision分裂期指外植體細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)脫分化，不斷分裂、增生子細(xì)胞的過程。（有絲分裂）Friable易碎

細(xì)胞分裂快，結(jié)構(gòu)疏松，缺少有組織的結(jié)構(gòu)，維持其不分化的狀態(tài)，顏色淺而透明。分裂期愈傷組織的共同特征：1.細(xì)胞的數(shù)目迅速增加。2.每個(gè)細(xì)胞平均鮮重下降。3.細(xì)胞體積變小，內(nèi)無液泡。4．細(xì)胞的核和核仁增大到最大。5.細(xì)胞中RNA含量增加，而DNA含量保持不變。6.隨著細(xì)胞不斷分裂和生長(zhǎng)，細(xì)胞總干重、蛋白質(zhì)和核酸量大大增加，新細(xì)胞壁合成極快。分裂期細(xì)胞的主要表現(xiàn):黑暗培養(yǎng)下煙草愈傷組織

Stage3.Differentiation分化期

指愈傷組織細(xì)胞停止分裂，細(xì)胞內(nèi)發(fā)生一系列形態(tài)和生理上的變化,形成一些不同形態(tài)和功能的細(xì)胞的時(shí)期。分化的愈傷A細(xì)胞分裂部位和方向發(fā)生改變：B形成分生組織瘤狀或片狀結(jié)構(gòu)和維管束。C細(xì)胞的體積相對(duì)穩(wěn)定，不再減少。D出現(xiàn)了各種類型的細(xì)胞：如管胞、纖維細(xì)胞、薄壁細(xì)胞、分生細(xì)胞、色素細(xì)胞等。E生長(zhǎng)旺盛的愈傷組織呈乳白色、白色或淺綠色，老化的多轉(zhuǎn)化為黃色或褐色。分化期細(xì)胞特點(diǎn)：五、愈傷組織的形態(tài)發(fā)生方式:器官（不定芽）發(fā)生方式胚胎發(fā)生方式（一）器官（不定芽）發(fā)生方式（adventitiousbud）

器官發(fā)生一般分3個(gè)不同的生長(zhǎng)階段1、外植體脫分化形成愈傷；2、愈傷組織中形成一些分生細(xì)胞，形成瘤狀結(jié)構(gòu)，

這是細(xì)胞分化、分化組織出現(xiàn)和有限細(xì)胞分裂的共同結(jié)果；3、器官原基形成（發(fā)生順序不一致）四種情況愈傷組織的器官發(fā)生順序有三種情況：愈傷組織僅有根或芽器官的分別形成，即無根的芽或無芽的根；（1）先長(zhǎng)芽，后長(zhǎng)根，多數(shù)情況；（2）先長(zhǎng)根，再?gòu)母幕块L(zhǎng)芽。這種情況較難誘導(dǎo)芽的形成，尤其對(duì)于單子葉植物；（3）先在愈傷組織的鄰近不同部位分別形成芽和根，然后兩者結(jié)合起來形成一株植株。愈傷組織芽分化小麥的形態(tài)發(fā)生試管苗胚狀體（embryoid）：指在組織培養(yǎng)中，由一個(gè)非合子細(xì)胞(體細(xì)胞)，經(jīng)胚胎發(fā)生和胚胎發(fā)育過程（經(jīng)過原胚、球形胚、心形胚、魚雷胚和子葉胚5個(gè)時(shí)期），形成具有雙極性的胚狀結(jié)構(gòu)。（二）胚狀體方式（somaticembryo）外植體脫分化愈傷組織胚狀體再生植株由外植體經(jīng)胚狀體形成完整植株的過程：注意：體細(xì)胞胚1、不同于合子胚2、不同于孤雌/雄胚3、不同于器官發(fā)生合子胚高等植物的卵細(xì)胞在受精后發(fā)育成的胚稱為合子胚高等植物的性細(xì)胞不經(jīng)受精直接發(fā)育成的胚稱為孤雌/雄胚胚狀體與合子胚的比較:合子胚胚狀體質(zhì)量萌發(fā)率高，質(zhì)量好萌發(fā)率低，質(zhì)量差來源受精卵體細(xì)胞胚柄有，明顯即使有也不明顯形態(tài)固定，體積相對(duì)較小復(fù)雜，常有兩個(gè)以上的子葉，體積較大變異率低高胚狀體發(fā)生途徑與器官發(fā)生途徑形成植株的區(qū)別:①胚狀體具有兩極性，即有莖端和根端。②胚狀體的維管組織與外植體的維管組織無解剖結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系。③胚狀體維管組織的分布是獨(dú)立的“Y”字形。體細(xì)胞胚發(fā)生

與器官發(fā)生胚狀體發(fā)生方式的優(yōu)點(diǎn)：胚狀體產(chǎn)生的量比不定芽多；胚狀體可以制成人工種子，便于運(yùn)輸和保存；胚狀體的有性后代遺傳性更接近母體植株。胚狀體制人工種子對(duì)胚狀體的要求是：形態(tài)應(yīng)和天然胚相似，其發(fā)育須達(dá)子葉形成時(shí)期，萌發(fā)后能生長(zhǎng)成具有完整莖、葉的正常幼苗；其基因型應(yīng)等同于親本；要求人工種皮內(nèi)應(yīng)富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素、維生素、菌肥及化學(xué)藥劑等，供胚狀體萌發(fā)生長(zhǎng)等需要。還要求有一定的硬度耐干燥且能長(zhǎng)期保存。CharacteristicsofPlantTissueCultureTechniques②培養(yǎng)條件可以人為控制，不受季節(jié)限制，可全年連續(xù)生產(chǎn)③生長(zhǎng)周期短，繁殖率高六、植物組織培養(yǎng)特點(diǎn)④管理方便，利于工廠化生產(chǎn)和自動(dòng)化控制①取材少植物組織培養(yǎng)的意義及應(yīng)用一、植物組織培養(yǎng)的意義1、植物組織培養(yǎng)是本世紀(jì)發(fā)展起來的一門新的技術(shù)，也是生物領(lǐng)域中的尖端技術(shù)。2