細(xì)胞工程主題知識講座

第五章植物細(xì)胞工程細(xì)胞工程主題知識講座第1頁第一節(jié)基本概念1.植物細(xì)胞全能性2.植物組織和器官培養(yǎng)3.植物分化4.脫分化5.再分化6.植物無菌培養(yǎng)7.細(xì)胞培養(yǎng)8.分生組織培養(yǎng)9.外植體10.無性繁殖系11.突變體12.繼代培養(yǎng)13.次級代謝作用和次級代謝產(chǎn)物細(xì)胞工程主題知識講座第2頁植物細(xì)胞全能性在離體培養(yǎng)下，植物體細(xì)胞或性細(xì)胞被誘導(dǎo)產(chǎn)生器官分化和再生，成為含有與母體植株相同遺傳信息植株能力。植物細(xì)胞全能性相對性不是全部基因型全部細(xì)胞在任何條件下都含有良好培養(yǎng)反應(yīng)；動、植物細(xì)胞全能性表現(xiàn)程度存在顯著差異。細(xì)胞全能性并不意味著任何細(xì)胞均能夠直接產(chǎn)生植物個(gè)體。細(xì)胞工程主題知識講座第3頁植物細(xì)胞分化基因差異性表示，即為細(xì)胞分化；詳細(xì)表現(xiàn)為內(nèi)部生理改變和外部形態(tài)改變。細(xì)胞分化使細(xì)胞功效趨于專門化，更有利于提升生理功效效率。所以,分化是進(jìn)化表現(xiàn),越高級植物類群,分化水平越高,細(xì)胞分工越細(xì),機(jī)體代謝水平也越高。細(xì)胞工程主題知識講座第4頁細(xì)胞脫分化（dedifferentiation)是指失去已分化細(xì)胞經(jīng)典特征，或消除了細(xì)胞分工，使之回復(fù)到分生組織狀態(tài)，或胚性細(xì)胞狀態(tài)。細(xì)胞脫分化階段 開啟階段，表現(xiàn)為細(xì)胞質(zhì)增生，并開始向細(xì)胞中央伸出細(xì)胞質(zhì)絲，液泡蛋白體出現(xiàn)； 演變階段，此時(shí)細(xì)胞核開始向中央移動，質(zhì)體演變成原質(zhì)體； 脫分化終止期，細(xì)胞回復(fù)到分生細(xì)胞狀態(tài)，細(xì)胞分裂即將開始。一個(gè)植物細(xì)胞向分生狀態(tài)回復(fù)過程所能進(jìn)行程度，取決于它在自然部位上所處位置和生理狀態(tài)。細(xì)胞工程主題知識講座第5頁細(xì)胞再分化（redifferentiation)：脫分化后分生細(xì)胞（愈傷組織）在特定條件下，重新恢復(fù)細(xì)胞分化能力，并經(jīng)歷器官發(fā)生形成單極性芽或根，或經(jīng)歷胚胎發(fā)生形成雙極性胚狀體，深入發(fā)育成完整植物體過程。極性：是指植物器官、組織、甚至單個(gè)細(xì)胞在不一樣軸向上存在某種形態(tài)結(jié)構(gòu)以及生理生化上梯度差異。

在很多情況下，細(xì)胞不均等分裂是細(xì)胞極性建立標(biāo)志。細(xì)胞工程主題知識講座第6頁愈傷組織(callus)：脫分化后細(xì)胞，往往經(jīng)過細(xì)胞分裂形成一團(tuán)無特定結(jié)構(gòu)和功效渙散薄壁細(xì)胞團(tuán)。外植體：用于植物組織（細(xì)胞）培養(yǎng)器官或組織。細(xì)胞工程主題知識講座第7頁第二節(jié)植物細(xì)胞工程發(fā)展簡史（了解）細(xì)胞工程主題知識講座第8頁第三節(jié)植物細(xì)胞形態(tài)及生理特征一植物細(xì)胞形態(tài)二植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征三植物細(xì)胞主要生理活性物質(zhì)及其它化學(xué)組分四植物培養(yǎng)細(xì)胞生理特征細(xì)胞工程主題知識講座第9頁一植物細(xì)胞形態(tài)細(xì)胞工程主題知識講座第10頁植物細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)

（質(zhì)膜）洋蔥表皮細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)細(xì)胞壁細(xì)胞核液泡細(xì)胞質(zhì)二植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征細(xì)胞工程主題知識講座第11頁模式植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)

細(xì)胞壁胞間層初生壁次生壁后含物

原生質(zhì)體貯藏物質(zhì)晶體細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞器細(xì)胞核模式植物細(xì)胞模式植物細(xì)胞是由細(xì)胞壁、原生質(zhì)體、后含物三大部分組成質(zhì)體線粒體液泡內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體高爾基體細(xì)胞工程主題知識講座第12頁動植物細(xì)胞區(qū)分細(xì)胞壁、質(zhì)體、液泡三部分是植物細(xì)胞特有結(jié)構(gòu)，動物細(xì)胞沒有細(xì)胞工程主題知識講座第13頁三植物細(xì)胞主要生理活性物質(zhì)及其它化學(xué)組分1生理活性物質(zhì)A酶B維生素C植物激素D抗生素和植物殺菌素2其它成份A生物堿B糖苷類C揮發(fā)油D有機(jī)酸細(xì)胞工程主題知識講座第14頁四植物培養(yǎng)細(xì)胞生理特征延遲期：細(xì)胞數(shù)量不變，核酸及蛋白合成較快加速期：最大生長久，最大細(xì)胞濃度對數(shù)期：細(xì)胞數(shù)呈對數(shù)增加穩(wěn)定時(shí)：細(xì)胞高液泡化，非常脆弱細(xì)胞工程主題知識講座第15頁植物組織培養(yǎng)和動物細(xì)胞培養(yǎng)比較比較項(xiàng)目植物組織培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)原理培養(yǎng)基性質(zhì)培養(yǎng)基特有成份培養(yǎng)結(jié)果培養(yǎng)目標(biāo)細(xì)胞全能性細(xì)胞增殖固體培養(yǎng)基液體培養(yǎng)基蔗糖植物激素葡萄糖動物血清植物體細(xì)胞株、細(xì)胞系快速繁殖、培育無病毒植株、制造人工種子取得細(xì)胞或細(xì)胞分泌蛋白細(xì)胞工程主題知識講座第16頁第四節(jié)植物細(xì)胞培養(yǎng)基本技術(shù)一植物材料準(zhǔn)備二培養(yǎng)基及其組成三培養(yǎng)方法細(xì)胞工程主題知識講座第17頁最主要是無菌。植物組織培養(yǎng)外植體必須是無雜菌材料。植物組織培養(yǎng)時(shí)表面處理慣用滅菌劑（表5-5）不一樣器官滅菌方式不一樣（表5-6）一植物材料準(zhǔn)備細(xì)胞工程主題知識講座第18頁1無機(jī)鹽：大量元素：N,S,P,K,Mg,Ca,Cl,Na微量元素：Fe,Mn,Zn,Cu,Co,Ni等2碳源：糖類，肌醇等直接經(jīng)過光合作用吸收CO2二培養(yǎng)基及其組成細(xì)胞工程主題知識講座第19頁3.植物生長調(diào)整物質(zhì)

（1）生長素類:

(例）在離體條件下胡蘿卜體細(xì)胞胚發(fā)育是一個(gè)包含兩個(gè)步驟過程,每個(gè)步驟需要一個(gè)不一樣培養(yǎng)基。愈傷組織建立和增殖所需要是一個(gè)含有生長素培養(yǎng)，通常所用生長素是2,4-D,濃度范圍0.5～1mg/L。在這么一個(gè)培養(yǎng)上,愈傷組織若干部位分化形成份生細(xì)胞團(tuán),稱作“胚性細(xì)胞團(tuán)”。在增殖培養(yǎng)基上重復(fù)繼代,胚性細(xì)胞團(tuán)數(shù)量不停增加,但并不出現(xiàn)成熟胚。然而,假如把胚性細(xì)胞團(tuán)轉(zhuǎn)移到一個(gè)生長素含量很低或完全沒有生長素培養(yǎng)上,它們就能發(fā)育為成熟胚。

另：吲哚乙酸細(xì)胞工程主題知識講座第20頁(2)細(xì)胞分裂素類:

既或促進(jìn)也可抑制體細(xì)胞胚發(fā)生,這主要取決于植物種類及其基因型。普通而言,細(xì)胞分裂素對于促進(jìn)體細(xì)胞胚成熟有顯著作用,尤其有利于子葉發(fā)育。另外有研究表明,不一樣外植體對于細(xì)胞分裂素需要可能含有不一樣專一性,如在胡蘿卜研究中發(fā)覺,即使激動素對胚胎發(fā)生過程表現(xiàn)抑制作用,但濃度為0.1μM玉米素卻能促進(jìn)這個(gè)過程,而6-BA對胡蘿卜則是促進(jìn)其愈傷組織增殖,但不形成胚性愈傷組織。植物組織生長主要取決于生長素和分裂素。細(xì)胞工程主題知識講座第21頁4.氮源氮源有還原態(tài)氮(NH4+)和氧化態(tài)氮(NO3-)兩種在以KNO3為唯一氮源(如White培養(yǎng)基)培養(yǎng)上建立起來愈傷組織,去掉生長素以后不能形成胚。5.維生素細(xì)胞工程主題知識講座第22頁三培養(yǎng)方法按培養(yǎng)基類型分為：固體培養(yǎng)和液體培養(yǎng)1.分批培養(yǎng)法2.半連續(xù)培養(yǎng)法3.連續(xù)培養(yǎng)法4.固定化培養(yǎng)法細(xì)胞工程主題知識講座第23頁植物組織培養(yǎng)技術(shù)流程細(xì)胞工程主題知識講座第24頁第五節(jié)影響植物次級代謝產(chǎn)物積累原因一外植體選擇二培養(yǎng)條件影響細(xì)胞工程主題知識講座第25頁一外植體選擇不一樣外植體懸浮細(xì)胞培養(yǎng)物，其最大次級代謝產(chǎn)物累積時(shí)間各異。細(xì)胞工程主題知識講座第26頁二培養(yǎng)條件影響1.內(nèi)在原因（菌種和營養(yǎng)條件）接種和誘導(dǎo)，培養(yǎng)基2.外在原因（環(huán)境條件）溫度，攪拌，容器，光3.兩步法培養(yǎng)細(xì)胞工程主題知識講座第27頁影響因子外因內(nèi)因遺傳性狀生理狀態(tài)營養(yǎng)條