植物組織培養(yǎng)緒論.ppt

1、植物組織培養(yǎng)技術(shù)，第一章緒論一，植物組織培養(yǎng)的概念(一)概念植物組織培養(yǎng)(Plant tissue culture )廣義上指在無菌條件下，在特定的培養(yǎng)基上培養(yǎng)離體植物器官、組織、細(xì)胞和原生質(zhì)體的技術(shù)。 (2)主要特征1是在培養(yǎng)容器中進(jìn)行2無菌培養(yǎng)環(huán)境，排除了真菌、細(xì)菌、害蟲等微生物侵入的3種環(huán)境因子，如營(yíng)養(yǎng)因子、激素因子和光、溫度等物理因子可以人工控制，達(dá)到最佳條件。 4隨著打破正常植物發(fā)育過程和結(jié)構(gòu)的5單細(xì)胞和原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，可以操作植物的微細(xì)結(jié)構(gòu)。 (3)植物組織培養(yǎng)類型：根據(jù)分類可分為不同的類型。 1 .根據(jù)培養(yǎng)材料的不同，可分為完全的植物體培養(yǎng)(Plant Culture )

2、 :幼苗和大的植物體等的培養(yǎng)。 胚胎培養(yǎng)(Embryo Culture ) :包括成熟胚、幼胚、子房、胚珠等培養(yǎng)。 器官培養(yǎng)(Organ Culture ) :包括離體根、莖、葉、果實(shí)、種子、花器官的培養(yǎng)。 組織培養(yǎng)(Tissue Culture ) :例如分生組織、薄壁組織、進(jìn)口組織培養(yǎng)。 細(xì)胞培養(yǎng)(Cell Culture ) :指培養(yǎng)單細(xì)胞或小細(xì)胞塊。 原生質(zhì)體培養(yǎng)：培養(yǎng)去除細(xì)胞壁得到的原生質(zhì)體。 矮牛莖尖離體培養(yǎng)，牡丹成熟胚的離體培養(yǎng)和快速繁殖matureembryocultureandrapidpropagationoftreepeony，小月季莖離體培養(yǎng)，燭葉離體快速繁殖，大蒜根尖

3、培養(yǎng)和植物再生，大蒜試管鱗莖誘導(dǎo)， 人參細(xì)胞懸浮培養(yǎng)非洲紫羅蘭的原生質(zhì)體分離、培養(yǎng)和植物再生，通過2 .再生途徑：器官發(fā)生途徑(Organogenesis ) :直接器官發(fā)生途徑：植物器官可以直接從外植體誘導(dǎo)。 用莖尖培育。 間接器官的發(fā)生途徑：成熟細(xì)胞經(jīng)過去分化(dedefrentiation )和再分化(redifferention )的過程形成新的組織和器官的過程。 像葉子一樣培養(yǎng)。 體細(xì)胞胚胎發(fā)生(Somatic embryogenesis ) :體胚胎發(fā)生途徑是指二倍體或一倍體體體細(xì)胞在特定條件下不融合性細(xì)胞，而是通過與合子胚胎發(fā)生類似的途徑發(fā)育新個(gè)體的形態(tài)發(fā)生過程。 經(jīng)體胚發(fā)生與合

4、子胚相似的結(jié)構(gòu)稱為胚狀體(embryoid )或體細(xì)胞胚(somatic embryo )，直接器官發(fā)生間接器官發(fā)生，體細(xì)胞胚發(fā)生，貫葉金絲桃不定芽直接再生過程，最佳培養(yǎng)基中沒有蔗糖1 %5%蔗糖，bappbap 0.1 mg/非洲堇葉培養(yǎng)無lnaa，培養(yǎng)基無1%蔗糖5%蔗糖，無bapbap0.1mg/lbap5.0mg/lnaa，優(yōu)化臺(tái)灣百合的離體培養(yǎng)，大花薔薇原球莖的增殖和植物再生，器官的發(fā)生途徑(原球莖的形成)，大蒜愈傷組織培養(yǎng)，日本禾本科牧草體胚的發(fā)生過程菊花體細(xì)胞胚的發(fā)生和植物的再生、大蒜體細(xì)胞胚的發(fā)生過程、人工種子(Artificial seed，Synthetic Seed )

5、:指植物離體培養(yǎng)中發(fā)生的胚狀體或不定芽被含有營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)功能的人工胚乳和人工種皮包著，形成可以發(fā)芽的顆粒體作為繁殖材料。 3 .根據(jù)培養(yǎng)基的種類不同，固體培養(yǎng)(Solid culture):瓊脂、卡拉膠等會(huì)固化。 半液半固體培養(yǎng)(Semisolid Culture ) :固液雙重。 液體培養(yǎng)(liquidcrysculture ) :振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、靜置培養(yǎng)。 液體培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)： a不使用凝固劑，節(jié)省生產(chǎn)成本，b營(yíng)養(yǎng)吸收充分，c操作流程簡(jiǎn)化。固體培養(yǎng)：液體培養(yǎng)，體胚液體培養(yǎng)，不同種類的液體培養(yǎng)裝置：液體培養(yǎng)系統(tǒng)，菠蘿種苗液體培養(yǎng)系統(tǒng)，丹參毛狀根培養(yǎng)，二，植物組織培養(yǎng)發(fā)展簡(jiǎn)史一，理論準(zhǔn)備階段(探索階段)

6、 (20世紀(jì)30年代前)1667年，鉤子(R. Hooke )發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞1756 18381839，Schleiden(1838施萊登提出植物細(xì)胞說)和sch wann (認(rèn)為細(xì)胞說也適用于動(dòng)物)創(chuàng)立了細(xì)胞說。 1902年德國(guó)的Haberlandt (哈布蘭特):植物離體細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)”。 提出高等植物器官和組織可以不斷分割到各個(gè)細(xì)胞，提出大膽地用試管培養(yǎng)植物，預(yù)言體外細(xì)胞在生理發(fā)育中有潛在的全能性。 也就是說，所有植物的細(xì)胞都有在適當(dāng)?shù)臈l件下繼續(xù)分裂和繁殖，生長(zhǎng)成獨(dú)立的個(gè)體，增殖，分化成完整的植物的潛能。 Cell具有所有遺傳信息和生長(zhǎng)成完整植物的能力，而完整植物上的生活細(xì)胞受到整體Cell的

7、控制(即gene塊or other的作用)，完整植物上的Cell細(xì)胞僅表達(dá)一定形態(tài)的生理功能。 上述階段只是探索，沒有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，主要受當(dāng)時(shí)的理論水平、科研和設(shè)備條件的限制，無法誘導(dǎo)完整的股票。 2、發(fā)展時(shí)期(建立階段，從30年代中期到50年代末)組織培養(yǎng)的真正建立和發(fā)展，從1934年突破。 1933李繼頓，沈同用銀杏胚乳提取物培養(yǎng)銀杏胚取得成功，(得到3mm以上大小的胚，可以正常生長(zhǎng)為小株)胚乳提取物可以促進(jìn)銀杏的離體胚的生長(zhǎng)，為后代利用植物組織提取液促進(jìn)培養(yǎng)物的生長(zhǎng)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 這是第一次利用天然提取物。 1934年，美國(guó)白色在無機(jī)鹽、糖類和酵母提取物的培養(yǎng)基上切番茄根部培養(yǎng)，建立了

8、第一個(gè)活躍生長(zhǎng)的無性繁殖系。 代替無機(jī)鹽、三種b族維生素、酵母的浸出液(19341968 )繼1600多歲后也能正常生長(zhǎng)。 1943年，懷特出版了第一部特輯植物組織培養(yǎng)手冊(cè) A Hand Book of Plant Tissue Culture。 1945年F.Skoog和崔澄發(fā)現(xiàn)腺嘌呤促進(jìn)細(xì)胞分裂，產(chǎn)生芽。 Skoog和催澄在煙莖段和髓培養(yǎng)和器官形成的研究中，發(fā)現(xiàn)腺嘌呤和腺苷解除生長(zhǎng)素(IAA )對(duì)芽形成的抑制作用，誘導(dǎo)芽形成。 1956年Miller發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)蛋白的效果是腺嘌呤的3萬倍。 1957 Skoog和Miller提出了植物激素調(diào)節(jié)器官形成的概念細(xì)胞分裂素莖生長(zhǎng)素根，1958 Rei

9、ner and Steward通過胡蘿卜的愈傷組織和細(xì)胞培養(yǎng)，誘導(dǎo)分化產(chǎn)生體細(xì)胞胚，這是人類第一次實(shí)現(xiàn)人工體細(xì)胞胚，獲得個(gè)體株。 爆發(fā)了Haberlandt的愿望，科學(xué)證明了全能性理論。 這個(gè)階段，White等人的工作建立了植物組織培養(yǎng)的綜合培養(yǎng)基，包括無機(jī)鹽、有機(jī)成分和生長(zhǎng)刺激因素，同時(shí)建立了植物組織培養(yǎng)的基本方法，為目前植物組織培養(yǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)。 成功原因： (1)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的應(yīng)用，控制離體細(xì)胞生長(zhǎng)和分化；(2B族v生物素對(duì)植物細(xì)胞生長(zhǎng)的重要認(rèn)識(shí)和采用(1934，white)3white和Gautheret發(fā)展的基本方法，3快速發(fā)展階段(60年代以來) 可以歸納為以下四個(gè)方面： (1)

10、基礎(chǔ)研究領(lǐng)域成績(jī)顯著： 1962 Murashige Skoog在煙草培養(yǎng)中篩選出了優(yōu)秀的MS培養(yǎng)基。 1965 Vasil Hildebrandt成功地從分離培養(yǎng)的煙草單細(xì)胞中培育出了完全的再生株。 從細(xì)胞水平證實(shí)植物細(xì)胞具有全能性。 (2)原生質(zhì)體培養(yǎng)突破： 1971 Takebe首次用煙草從原生質(zhì)體中獲得再生株。 再次確認(rèn)植物細(xì)胞的全能性。 原生質(zhì)體培養(yǎng)為外源基因的導(dǎo)入提供了理想的受體，促進(jìn)了體細(xì)胞融合技術(shù)的發(fā)展細(xì)胞水平分子水平，(3)花藥培養(yǎng)取得了顯著的成績(jī)： 1964 Guha首次實(shí)現(xiàn)了花藥的離體培養(yǎng)。該技術(shù)主要用于遺傳育種，可以大幅度縮短育種周期，提高效率。 我國(guó)科學(xué)家在煙草、水稻

11、、小麥多倍體培養(yǎng)中取得了重要成績(jī)。 (4)微繁技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用： 1960 Morel提出了分離早產(chǎn)蘭的方法。 “蘭的工業(yè)”現(xiàn)在微繁技術(shù)已經(jīng)廣泛用于各種經(jīng)濟(jì)作物的生產(chǎn)，結(jié)合莖尖分生組織培養(yǎng)脫毒技術(shù)，有助于無毒種苗的繁殖。 60年代以來，植物組織培養(yǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，重要原因之一是離開實(shí)驗(yàn)室，通過選育優(yōu)良品種、遺傳育種與植物基因工程技術(shù)結(jié)合，對(duì)植物改良發(fā)揮了重要作用。 在組織培發(fā)展史上，我國(guó)科學(xué)家作出了多方面的貢獻(xiàn)。 早期的李繼頓、羅宗洛、羅士偉、崔瀓等做了很多寶貴的工作。 進(jìn)入70年代以來，中國(guó)科學(xué)家在原生質(zhì)體培養(yǎng)和花藥培養(yǎng)上獲得了世界公認(rèn)的重要成績(jī)，得到了世界同事的普遍重視和稱贊。 我國(guó)成績(jī)：

12、中國(guó)從70年代開始開展花藥培養(yǎng)的多倍體培養(yǎng)(棉花、玉米、谷子、高粱、大麥)。 全國(guó)科技大會(huì)以來，中國(guó)在組織培養(yǎng)方面關(guān)注許多研究成果。 我國(guó)植物組織培養(yǎng)技術(shù)的普及度和技術(shù)水平都處于世界領(lǐng)先水平(周永青1990 )，中國(guó)是世界上從事植物組織培養(yǎng)人數(shù)最多、實(shí)驗(yàn)室面積最大的國(guó)家(陳維倫1990 )。 朱至清開發(fā)的N6培養(yǎng)基獲得國(guó)家發(fā)明二等獎(jiǎng)。 國(guó)家的“六五”、“七五”、“八五”和“九五”都把生物技術(shù)作為國(guó)家重點(diǎn)難關(guān)項(xiàng)目。 三、植物組織培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用，一、優(yōu)質(zhì)種苗快速無性繁殖： (1)無性繁殖作物和不易繁殖的作物快速繁殖，園藝植物種苗工廠化生產(chǎn)，蘭科植物生產(chǎn)，a、b、e、c、f、g，水燭屬植物、廄類植物、盆栽和剪花植物繁殖，珍貴樹種、無菌苗快速繁殖，無菌苗馴化經(jīng)濟(jì)植物快速繁殖，(2)通過莖尖培養(yǎng)生產(chǎn)脫毒健康種苗：草莓等virus-free tissue，莖尖培養(yǎng)脫毒，脫毒馬鈴薯種生物反應(yīng)器液體培養(yǎng)，2，用于植物遺傳育種的種資源脫體保存花粉花藥培養(yǎng)產(chǎn)多倍體胚乳培養(yǎng)產(chǎn)三倍體的胚培養(yǎng)是雜種