【學習課件】第二章.組織培養(yǎng)的原理

1、第二章.植物組織培養(yǎng)的基礎 編輯ppt本章內(nèi)容第一節(jié) 細胞全能性和細胞分化第二節(jié) 離體條件下植物器官的發(fā)生第三節(jié) 影響植物離體形態(tài)發(fā)生的因素編輯ppt第一節(jié).細胞全能性和細胞分化植物細胞的全能性（totipotent)：植物細胞具有該植物體全部遺傳的可能性，在一定條件下具有發(fā)育成完整植物體的潛在能力。原理：生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個活細胞都應該具有全能性。編輯ppt潛在全能性的原因：基因表達的選擇性 科學研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活細胞，在一定的營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性

2、，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。 編輯ppt1.遺傳性的差異不同植物種間，由于其遺傳性的不同，起源也不盡相同，細胞培養(yǎng)條件有較大差異。不同品種，培養(yǎng)條件差異很大編輯ppt2.生理狀態(tài)的差異同一植株的不同部位細胞，培養(yǎng)條件差異很大細胞的再生能力與其分化程度呈負相關，就是說細胞分化程度越高其再生能力越低 差異：（1） 受精卵的全能性最高 （2） 受精卵分化后的細胞中，體細胞的全能性比生殖細胞的低。編輯ppt3.位置效應位置效應：同一植株的同一類型外植體進行培養(yǎng)，而且管理條件完全相同，但是這些外植體的分化情況也有較大差異 。原因：內(nèi)源激素分布梯度編輯ppt第二節(jié) 離體

3、條件下植物器官的發(fā)生植物體細胞培養(yǎng)產(chǎn)生完整植株示意圖細胞培養(yǎng)形成的胡蘿卜植株編輯ppt組織培養(yǎng)過程外植體脫分化是實現(xiàn)植物細胞全能性的第一個步驟，其結果直接影響離體培養(yǎng)的成功與否。只有掌握好如何調控外植體的脫分化，才能使組織培養(yǎng)向預期的方向發(fā)展。外植體愈傷組織再分化脫分化根、芽植物體編輯ppt一、脫分化和再分化（一）脫分化1.概念分化（differentiation）:隨著植物的生長，細胞在形態(tài)結構和功能上發(fā)生永久性(不可逆轉性)適度變化的過程就叫做分化。分化的結果導致細胞分裂能力的喪失，伴隨的是細胞的分化、成熟與組織的形成，是植物根、莖、葉、花、果實和種子的形成，是一個成熟植物體的出現(xiàn)。在正常

4、的自然狀態(tài)下，這些已經(jīng)分化的細胞不會再恢復分裂能力重新開始細胞分裂，直到植物體死亡為止。編輯ppt當把一個已經(jīng)失去了分裂能力，處于分化成熟和分裂靜止狀態(tài)的細胞置于特定的增殖培養(yǎng)基上時，它首先發(fā)生的變化是回復到分生性狀態(tài)，這一狀態(tài)包括由溶酶體的活動而將失去功能的細胞質組分降解，并產(chǎn)生新的細胞質組分(即細胞器的破壞與重建)，同時細胞內(nèi)酶的種類與活性發(fā)生改變，蛋白質合成和細胞代謝過程也發(fā)生改變，最后引起基因表達的改變，細胞的性質和狀態(tài)發(fā)生了扭轉，可以說是返老還童。由失去分裂能力的細胞回復到分生性狀態(tài)并進行分裂，形成無分化的細胞團即愈傷組織的現(xiàn)象(或者說是過程)稱為脫分化。編輯ppt脫分化（dedif

5、ferentiation)：當外植體已分化的細胞，在切割損傷和培養(yǎng)物內(nèi)外因素的作用下，逐漸喪失其原有分化的結構和功能，合成代謝變得旺盛，細胞壁由厚變薄，其內(nèi)部結構也發(fā)生變化，細胞高度液泡化，形成無組織的細胞團或愈傷組織。 外植體脫分化是實現(xiàn)植物細胞全能性的第一個步驟，其結果直接影響離體培養(yǎng)的成功與否。只有掌握好如何調控外植體的脫分化，才能使組織培養(yǎng)向預期的方向發(fā)展。編輯ppt分化：早期胚胎發(fā)育受精卵種子分化組織植物體形成構成器官脫分化愈傷組織再分化組織植物體 脫分化外植體形成器官構成編輯ppt愈傷組組織：從植物的各損傷的外植體增值而形成的一種無特定結構和功能的細胞團。編輯ppt2、脫分化過程中

6、細胞生物學變化氣體交換率增加RNA隨體的合成過氧化物酶增加蛋白質活躍合成酚類物質增加乙烯合成編輯ppt3、與脫分化有關的因子及其作用（1）損傷刺激。損傷形成的特殊刺激是引起脫分化的第一個因子。損傷首先導致外植體產(chǎn)生生化響應，損傷導致氣體交換率變化和呼吸活性變化，還導致很多酶活性增加，一些代謝物的含量也變化。（2）培養(yǎng)細胞的異質性用莖等典型的各種已分化的細胞類型的復合體作為外植體，細胞之間存在很大的異質性，異質細胞對培養(yǎng)條件的刺激有不同的敏感性，因此可能只有某種類型和某一部分的細胞可以脫分化以至分裂，其他細胞則不能。異質性的方面主要是指不同的倍數(shù)體和不同的生理狀態(tài)。編輯ppt（3）生長調節(jié)劑的影

7、響創(chuàng)傷可以引起少數(shù)細胞的分裂，但是切面上易于形成多酚物質沉淀形成的保護層，從而使得表面細胞停止分裂，加入2，4D等激素后，導致外植體細胞生物學和細胞分裂的更強烈的變化，結果進入第一次分裂的細胞百分率更高。（4）培養(yǎng)環(huán)境的影響光線對外植體最初的分裂有明顯影響，外植體在DNA復制開始后，對光線不敏感，在后續(xù)培養(yǎng)期間，光線對生長也很少有刺激作用。編輯ppt（二）、再分化再分化（redifferentiation):經(jīng)脫分化的組織或細胞在一定的培養(yǎng)條件下可有轉變?yōu)楦鞣N不同功能細胞的能力。再分化是指離體培養(yǎng)物由脫分化狀態(tài)再度分化，再分化可以在細胞水平、組織水平和器官水平遞進的進行，最后再生完整植株。培養(yǎng)

8、物的再分化，通過胚胎發(fā)生和直接分化器官再形成植株這兩個途徑實現(xiàn)。編輯ppt1、細胞水平的再分化首先可見的是細胞壁變厚、假導管細胞的形成及酶水平的變厚和明顯的機能分化，從而形成各種類型的細胞 生長調節(jié)劑 ：細胞分裂素、生長素、其他生長調節(jié)劑營養(yǎng)物質 ：如糖類等其他理化因子：溫度效應、光照效應、PH值編輯ppt2、組織水平的再分化擬分生組織：指培養(yǎng)物中出現(xiàn)的類似分生組織的細胞群，它是指脫分化之后的培養(yǎng)物發(fā)生的一系列細胞分裂而產(chǎn)生的一團小型、壁薄、液泡小、細胞核和細胞質染色較深的細胞組成，它具有分化上的可塑性。維管組織結節(jié)：是一個區(qū)域的愈傷組織轉化為韌皮分子和木質分子的混合體結構，這樣的形成層狀的細

9、胞向外延伸與擬分生組織連接，形成根原基或芽原基，可以認為維管結節(jié)是試管植株維管束的前身。編輯ppt3、器官水平的再分化影響根、莖器官分化的因素1、控制器官分化的激素模式生長素/激動素生長素/激動素的相對高水平，有利于根的生成； 生長素/激動素的相對低水平，則有利于地上部的形成； 二者的比例趨中時，促進愈傷組織的生長。但是生長素和激動素的需要因組織和系統(tǒng)不同而異，二者的性質也影響器官發(fā)生。因此在使用中注意二者的種類、濃度比例。 編輯ppt培養(yǎng)基組分和附加物的作用提高無機P含量促進器官分化；糖的平衡可以逆轉生長素/激動素的比例； 不加還原氮有利于根的形成。一些附加的生理活性物質。 編輯ppt物理環(huán)

10、境固態(tài)培養(yǎng)基有利于器官變化；光對器官分化有重要作用；1000-1500lux是許多培養(yǎng)物的合適光照；16hr光照符合器官發(fā)生的要求；近紫外和藍光刺激芽的發(fā)生，而紅光顯著的促進長根；一般日光燈提供光源。25左右的培養(yǎng)溫度，能模擬培養(yǎng)植物原產(chǎn)地溫度更為有利。編輯ppt4、 植株再生再生植株:組織培養(yǎng)過程中所采用的外植體 經(jīng)過誘導能夠重新進行器官分化,長出芽、根、花等器官，最后形成完整的植株，這種經(jīng)過離體培養(yǎng)的外植體重新形成的完整植株成為再生植株。植株再生途徑：（1）胚狀體途徑（2）器官發(fā)生途徑編輯ppt（1）胚狀體途徑胚狀體：在組織培養(yǎng)過程中，許多離體的細胞、組織、器官可以通過與合子形成相類似的過

11、程（即通過原胚期、球形胚期、心形胚期、魚雷形胚期和子葉期而）形成的類似胚的結構，這種類似胚的結構與合子胚的來不同，被成為胚狀體。胚狀體途徑：外植體按胚胎發(fā)生方式形成再生植株的過程。編輯ppt（2）器官發(fā)生途徑器官發(fā)生途徑：組織培養(yǎng)過程中，再生植株不是通過胚胎，而是通過分生中心直接分化器官，最終形成完整植株的過程。 器官間接發(fā)生途徑 器官直接發(fā)生途徑編輯ppt植株再生外植體分化體細胞胚不定器官 植株 具有根莖兩極器官 單極器官 先莖后根 先根后莖 植株 植株 植株 編輯ppt二、愈傷組織培養(yǎng)1、愈傷組織的形成（1）誘導期 （2）分裂期 （3）分化期 編輯ppt2.愈傷組織的生長編輯ppt3.愈傷組織的保持大多數(shù)情況下，隨繼代培養(yǎng)代數(shù)的增加和培