植物的生長(zhǎng)生理1

關(guān)于植物的生長(zhǎng)生理1任何一種生物的個(gè)體，總是要有序地經(jīng)歷發(fā)生、發(fā)展和死亡等時(shí)期，人們把生物體從發(fā)生到死亡所經(jīng)歷的過(guò)程稱為生命周期(lifecycle)。第一節(jié)細(xì)胞發(fā)育開(kāi)花植物的生長(zhǎng)周期

一、生長(zhǎng)發(fā)育的概念第2頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天

種子植物的生命周期，要經(jīng)過(guò)胚胎形成、種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)體形成、生殖體形成、開(kāi)花結(jié)實(shí)、衰老和死亡等階段。

生命周期中呈現(xiàn)的個(gè)體及其器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程，稱作形態(tài)發(fā)生(morphogensis)或形態(tài)建成。伴隨著形態(tài)發(fā)生，植物體發(fā)生著生長(zhǎng)、分化和發(fā)育的變化。（A）擬南芥的示意圖。（B）表現(xiàn)花器官的花的示意圖。（C）叢生葉的營(yíng)養(yǎng)植株（D）成熟的植株。第3頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.生長(zhǎng)(growth)生長(zhǎng)是指在生命周期中，生物的細(xì)胞、組織和器官的數(shù)目、體積或干重的不可逆增加的過(guò)程。通過(guò)原生質(zhì)的增加、細(xì)胞分裂和細(xì)胞體積的擴(kuò)大來(lái)實(shí)現(xiàn)。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)(vegetativegrowth)——營(yíng)養(yǎng)器官(根、莖、葉)的生長(zhǎng)，生殖生長(zhǎng)(reproductivegrowth)——繁殖器官(花、果實(shí)、種子)的生長(zhǎng)。根據(jù)生長(zhǎng)量是否有上限，把生長(zhǎng)分為：有限生長(zhǎng)(determinategrowth)：葉、花、果和莖的節(jié)間等器官的生長(zhǎng)屬于有限生長(zhǎng)類型；無(wú)限生長(zhǎng)(indeterminategrowth)：營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)中的莖尖和根尖生長(zhǎng)，以及莖和根中形成層的生長(zhǎng)屬于無(wú)限生長(zhǎng)類型。第4頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.分化(differentiation)分化是指從一種同質(zhì)的細(xì)胞類型轉(zhuǎn)變成形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能與原來(lái)不相同的異質(zhì)細(xì)胞類型差異性生長(zhǎng)的過(guò)程。植物的分化可從不同水平上表現(xiàn)出來(lái)：細(xì)胞、器官、組織細(xì)胞水平：受精卵細(xì)胞分裂轉(zhuǎn)變成胚；薄壁細(xì)胞分化成厚壁細(xì)胞、導(dǎo)管細(xì)胞、篩管細(xì)胞器官水平：從生長(zhǎng)點(diǎn)轉(zhuǎn)變成葉原基、花原基；根尖分化出根毛。組織水平：從形成層（分生組織）轉(zhuǎn)變成輸導(dǎo)組織、機(jī)械組織、保護(hù)組織等。干細(xì)胞細(xì)胞與組織的分化是在生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生的，因此分化又可稱為“變異生長(zhǎng)”。第5頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.發(fā)育(development)發(fā)育是指在生命周期中，生物的組織、器官或整體在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上的有序變化過(guò)程。葉發(fā)育：葉原基→幼葉→成熟葉根發(fā)育：根原基→幼根→完整的根系花發(fā)育：花原基→花蕾→開(kāi)花。果實(shí)發(fā)育：受精后子房膨大→果實(shí)形成→成熟。廣義上的發(fā)育概念：泛指生物的發(fā)生與發(fā)展。狹義上的發(fā)育概念：僅指生物從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)的有序變化過(guò)程，其中包括性細(xì)胞的出現(xiàn)、受精、胚胎形成以及新繁殖器官的產(chǎn)生。人們常把生長(zhǎng)發(fā)育連在一起談，這時(shí)發(fā)育的概念也是狹義的。第6頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.生長(zhǎng)、分化和發(fā)育的相互關(guān)系生長(zhǎng)、分化和發(fā)育之間區(qū)別：生長(zhǎng)-是量變，是基礎(chǔ)；分化-是質(zhì)變，變異生長(zhǎng)；發(fā)育-是器官或整體有序的量變與質(zhì)變。生長(zhǎng)、分化和發(fā)育的相互關(guān)系發(fā)育包含了生長(zhǎng)和分化，如：花的發(fā)育：包括花原基的分化和花器官各部分的生長(zhǎng)；

果實(shí)的發(fā)育：包括了果實(shí)各部分的生長(zhǎng)和分化等。發(fā)育必須在生長(zhǎng)和分化的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行；生長(zhǎng)和分化又受發(fā)育的制約。例如，水稻幼穗的分化和生長(zhǎng)必須在通過(guò)光周期的發(fā)育階段之后才能進(jìn)行；油菜、白菜、蘿卜等在抽薹前后長(zhǎng)出不同形態(tài)的葉片，這也表明不同的發(fā)育階段有不同的生長(zhǎng)數(shù)量和分化類型。第7頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天發(fā)育是遺傳信息在內(nèi)外條件影響下有序表達(dá)的結(jié)果：發(fā)育在時(shí)間上有嚴(yán)格的進(jìn)程，如種子發(fā)芽、幼苗成長(zhǎng)、開(kāi)花結(jié)實(shí)、衰老死亡都是按一定的時(shí)間順序發(fā)生的。發(fā)育在空間上也有巧妙的布局，如:莖上的葉原基就是按一定的順序排列形成葉序；花原基的分化通常是由外向內(nèi)進(jìn)行，如先發(fā)生萼片原基，以后依次產(chǎn)生花瓣、雄蕊、雌蕊等原基；在胚生長(zhǎng)時(shí)，胚珠周圍組織也同時(shí)進(jìn)行生長(zhǎng)與分化等。第8頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、細(xì)胞分裂、伸長(zhǎng)和分化的控制植物形態(tài)建成以細(xì)胞的分裂、生長(zhǎng)和分化為基礎(chǔ)

植物體各個(gè)器官的形態(tài)及整體的宏觀結(jié)構(gòu)都是由組成它們的細(xì)胞的分裂方向、頻度、細(xì)胞生長(zhǎng)速率和分化狀態(tài)所決定的。擬南芥根的橫切面模型根尖后1mm橫切面，已經(jīng)形成了不同的組織第9頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、細(xì)胞分裂植物的頂端分生組織或側(cè)生分生組織中的細(xì)胞處在不斷生長(zhǎng)和不斷分裂的過(guò)程中，稱為分生細(xì)胞。分生細(xì)胞的特點(diǎn)：細(xì)胞不斷分裂，細(xì)胞數(shù)目不斷增加，但體積變化不大。一次細(xì)胞分裂后所產(chǎn)生的新細(xì)胞又繼續(xù)生長(zhǎng)增大，隨后又平均地分裂成兩個(gè)與母細(xì)胞相似的子細(xì)胞。從親代細(xì)胞分裂結(jié)束到子代細(xì)胞分裂終止所經(jīng)歷的時(shí)期稱為細(xì)胞周期(cellcycle)。把G1、S與G2持續(xù)過(guò)程稱為分裂間期(interphase)其中S期較長(zhǎng)，M期最短，G1與G2期長(zhǎng)短變化較大。M期嚴(yán)格按前期、中期、后期和末期的次序進(jìn)行。第10頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞周期第11頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2、細(xì)胞的伸長(zhǎng)細(xì)胞伸長(zhǎng)受多種因素的影響：受核質(zhì)遺傳基因的控制，因?yàn)榧?xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的數(shù)量比只能維持在一定的范圍內(nèi)；受細(xì)胞壁以及周圍細(xì)胞作用力的影響(圖)；受環(huán)境因素的制約，如在水分少，溫度低，光照強(qiáng)時(shí)，細(xì)胞體積會(huì)變小……。細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂同時(shí)進(jìn)行從而維持最適的細(xì)胞體積第12頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞生長(zhǎng)方向受微纖絲取向的影響植株細(xì)胞中最常見(jiàn)的是圓柱形細(xì)胞，它的伸長(zhǎng)程度要遠(yuǎn)大于加粗的程度，這是由于細(xì)胞圓柱面中所沉積的微纖絲通常與伸長(zhǎng)軸的方向垂直，成圈狀排列，因而限制了細(xì)胞的加粗生長(zhǎng)，而對(duì)伸長(zhǎng)生長(zhǎng)的限制較小。

細(xì)胞生長(zhǎng)的原動(dòng)力是膨壓。這種壓力是均等地向各個(gè)方向的。如果沒(méi)有壁的束縛，在膨壓的作用下，細(xì)胞應(yīng)呈球狀。然而，植物細(xì)胞都有各種各樣的形狀，這主要取決于細(xì)胞壁中微纖絲的取向和交織程度。第13頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天增加膨壓因?yàn)橹挥挟?dāng)膨壓超過(guò)細(xì)胞壁的抗張程度時(shí)細(xì)胞才能生長(zhǎng)；(滲透物質(zhì)增加）細(xì)胞壁松弛減弱壁的強(qiáng)度。在通常情況下，植物通過(guò)第二種方式使細(xì)胞生長(zhǎng)。壁松馳的機(jī)理：植物的細(xì)胞質(zhì)膜中有ATP酶，它被IAA激活后，可將細(xì)胞質(zhì)中的H+分泌到細(xì)胞壁中。低pH值一方面可降低壁中氫鍵的結(jié)合程度，另一方面也可提高壁中適于酸化條件的水解酶的活性，使壁發(fā)生松馳。壁一旦松馳，在膨壓的作用下，細(xì)胞就得以伸展。同時(shí)，一些新合成的成壁物質(zhì)會(huì)填充于壁中，以增加壁的厚度和強(qiáng)度。細(xì)胞壁的存在阻礙著細(xì)胞體積的增長(zhǎng)。克服這種阻礙有兩種方式：第14頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天激素和一些外界因素因能影響微管在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的排列方向，從而影響微纖維在細(xì)胞壁中的沉積方向，進(jìn)而影響到細(xì)胞的伸長(zhǎng)和植株的形態(tài)。例如乙烯和赤霉素對(duì)豌豆幼莖表層細(xì)胞中微管的排列有著不同的效應(yīng)：赤霉素能使微管在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的排列與細(xì)胞長(zhǎng)軸方向成直角，因而當(dāng)用赤霉素處理豌豆芽時(shí)，幼莖伸長(zhǎng)而不增粗；乙烯則能使微管在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)的排列與細(xì)胞長(zhǎng)軸方向平行，因而當(dāng)用乙烯處理豌豆芽時(shí)，幼莖增粗而少伸長(zhǎng)。A.乙烯處理后的豌豆幼苗形態(tài)；B.乙烯處理表層細(xì)胞中微管排列的方向；C.赤霉素處理表層細(xì)胞中微管排列的方向；D.赤霉素處理后的豌豆幼苗形態(tài)。空心箭頭表示細(xì)胞伸展的方向乙烯GA第15頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、細(xì)胞的分化

(1)細(xì)胞分化的分子機(jī)理當(dāng)細(xì)胞體積停止增大后，細(xì)胞進(jìn)入分化期，形成具有一定結(jié)構(gòu)和功能的組織、器官，如薄壁組織、機(jī)械組織、維管組織、表皮細(xì)胞等。細(xì)胞分化的分子基礎(chǔ)是細(xì)胞基因表達(dá)的差別。一般情況下，同一植物體中的細(xì)胞都具有相同的基因，因?yàn)樗鼈兌际怯赏皇芫逊至讯鴣?lái)的，而且其中的每一個(gè)細(xì)胞在適宜的條件下有可能發(fā)育成與母體相似的植株。在個(gè)體的發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)的基因不是同時(shí)表達(dá)的，而往往只表達(dá)基因庫(kù)中的極小部分。比如，在胚胎中有開(kāi)花的基因，但在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，它處于關(guān)閉狀態(tài)。一定要到達(dá)花熟狀態(tài)，處在生長(zhǎng)點(diǎn)的開(kāi)花基因才表達(dá)，即花芽才開(kāi)始分化。這就是個(gè)體發(fā)育過(guò)程中基因在時(shí)間和空間上的順序表達(dá)。第16頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天細(xì)胞的基因是如何有選擇性地進(jìn)行表達(dá)，合成特定蛋白質(zhì)的，即基因是如何調(diào)控的，這是細(xì)胞分化的關(guān)鍵。在已分化的細(xì)胞中仍然保留著整套染色體的全部基因，因此，細(xì)胞分化一般不是因?yàn)槟承┗騺G失或永久性失活所致，而是不同類型細(xì)胞有不同基因表達(dá)的結(jié)果。從某種意義上講，具有相同基因的細(xì)胞而有著不同蛋白質(zhì)產(chǎn)物的表達(dá)，即為細(xì)胞分化。細(xì)胞分化的本質(zhì)就是不同類型的細(xì)胞專一地激活了某些特定基因，再使它轉(zhuǎn)錄成特定的mRNA的過(guò)程。第17頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天葉片在枝條頂端的起源以及它們?cè)谇o桿上的排列（A）枝條頂端分生組織側(cè)向的葉原基。（B）沿著不同的軸發(fā)生枝條的示意圖。第18頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天（A）通過(guò)根中央的縱切面，原生組織中包含了能夠形成根的所有組織的中心細(xì)胞以淺色標(biāo)出。（B）在A中標(biāo)出的原生分生組織的示意圖。這其中只描述了四個(gè)靜止細(xì)胞中的兩個(gè)。黑線表示的是發(fā)生在莖細(xì)胞中的細(xì)胞分裂平面。白線表示皮層—內(nèi)皮層以及側(cè)生根冠—表皮莖細(xì)胞中發(fā)生的次級(jí)細(xì)胞分裂。擬南芥根中的所有組織都是從根尖分生組織中的中心細(xì)胞衍生而來(lái)的第19頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2)細(xì)胞分化的控制因素1）極性——是細(xì)胞分化的前提極性(polarity)是指細(xì)胞(也可指器官和植株)內(nèi)的一端與另一端在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理生化上的差異。主要表現(xiàn)在:細(xì)胞質(zhì)濃度的不一；細(xì)胞器（細(xì)胞核）的不均衡分布；質(zhì)膜表面功能蛋白的不均衡分布；胞內(nèi)Ca2+濃度梯度；pH梯度的存在等方面。細(xì)胞極性是細(xì)胞不均等分裂的基礎(chǔ)，而不均等分裂（分化分裂）又是植物組織結(jié)構(gòu)極性分化的基礎(chǔ)。第20頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天薺菜胚的形成

A-B.受精卵的第一次不均等分裂；C-H.胚與胚柄的形成；I.球狀胚；J-K.由于球狀胚近胚柄處的胚細(xì)胞垂周分裂，形成心形胚；L.魚(yú)雷形胚；M.成熟胚。

以薺菜胚發(fā)育為例，受精卵的不均等分裂產(chǎn)生大小不等的兩個(gè)細(xì)胞，靠近珠孔端的細(xì)胞大，將來(lái)發(fā)育成為胚柄細(xì)胞，其對(duì)側(cè)的細(xì)胞小，將來(lái)形成胚。胚細(xì)胞和胚柄細(xì)胞在形態(tài)、功能方面差異很大：胚柄細(xì)胞大且液泡化，能合成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和GA等激素，并運(yùn)至胚細(xì)胞，供胚發(fā)育所需。胚柄細(xì)胞通常在胚發(fā)育后消亡。而胚細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)濃，能持續(xù)進(jìn)行分裂與分化。胚細(xì)胞也有極性，經(jīng)分裂分化后，與胚柄相對(duì)的一端形成葉和胚，而近胚柄的一端則形成胚根。第21頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天

擬南芥胚珠在雙受精后4小時(shí)就會(huì)出現(xiàn)胚囊。受精卵出現(xiàn)明顯的極性。受精卵頂端的那一半具有濃厚的細(xì)胞質(zhì)與一個(gè)單一的大核，而另一個(gè)大的中央液泡占據(jù)了細(xì)胞基部的一半。在這個(gè)階段，包圍受精卵的胚囊也具有了四個(gè)內(nèi)胚乳核。受精卵的極性第22頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天擬南芥胚胎發(fā)生的細(xì)胞分裂的模式（A）受精卵第一次分裂后的單細(xì)胞胚胎，形成頂細(xì)胞和基細(xì)胞；（B）兩細(xì)胞胚胎；（C）八細(xì)胞胚胎；（D）早球形期階段，形成了一個(gè)獨(dú)特的原表皮層（；（E）早心期階段；（F）晚心形期階段；（G）魚(yú)雷形期階段；（H）成熟胚胎第23頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天多細(xì)胞的植物體中，細(xì)胞之間緊密連接，相互作用，每個(gè)細(xì)胞在組織中的位置不僅決定它的生理功能，而且也決定其分化方向——位置效應(yīng)（positionaleffect)2)細(xì)胞分化的位置效應(yīng)擬南芥胚胎發(fā)育過(guò)程

植物組織和器官的頂端—基部結(jié)構(gòu)在胚胎發(fā)生早期就已經(jīng)形成本圖闡述了早期擬南芥幼苗是如何從胚胎的特定區(qū)域發(fā)生的。第24頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天3)細(xì)胞分化受環(huán)境條件誘導(dǎo)如短日照處理，可誘導(dǎo)菊花提前開(kāi)花；低溫處理，能使小麥通過(guò)春化)而進(jìn)入幼穗分化；對(duì)作物多施氮肥，則能使其延遲開(kāi)花。光照對(duì)墨角藻受精卵發(fā)育的影響：光照、溫度、營(yíng)養(yǎng)、PH、離子和電勢(shì)等環(huán)境條件以及地球的引力都能影響細(xì)胞的分化14h第25頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，照光能使Ca2+離子濃度在細(xì)胞中產(chǎn)生梯度，即照光的一面Ca2+從細(xì)胞中流出，而背光的一面Ca2+則從介質(zhì)中流入。同時(shí)由肌動(dòng)蛋白組裝的微絲以及大量的線粒體、高爾基體、核糖體等細(xì)胞器都聚集在背光一側(cè)，細(xì)胞核也向背光一側(cè)移動(dòng)。這樣，Ca2+梯度和微絲聚集使細(xì)胞產(chǎn)生極性而引起不均等的分裂墨角藻受精卵極性建立的過(guò)程A.未極化的合子；B.極性尚未穩(wěn)定的合子；C.極化的合子；D.胚胎產(chǎn)生極性而引起不均等的分裂。

第26頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天4)植物激素在細(xì)胞分化中的作用植物激素能誘導(dǎo)細(xì)胞的分化，這在組織培養(yǎng)中已被證實(shí)。1955年韋特莫爾在丁香愈傷組織中插入一個(gè)莖尖(內(nèi)含IAA)，可以看到在莖尖的下部愈傷組織中有管胞的分化。如以含有IAA的瓊脂代替莖尖，也可以誘導(dǎo)管胞的分化。證明了IAA有誘導(dǎo)維管組織分化的作用。另一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)是對(duì)煙草愈傷組織器官分化的研究，在改變培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素和細(xì)胞激動(dòng)素的比例時(shí)，可改變愈傷組織的分化。IAA與KT的比值低時(shí)，則有利于芽的形成，而抑制根的分化；反之，則有利于根的形成，而抑制芽的分化。第27頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天第28頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天將擬南芥組織置于含生長(zhǎng)素IBA和細(xì)胞分裂素的環(huán)境中誘導(dǎo)愈傷組織的產(chǎn)生。當(dāng)愈傷組織被放在只有生長(zhǎng)素的環(huán)境中作次培養(yǎng)時(shí)，誘導(dǎo)根產(chǎn)生（左圖）；當(dāng)被放在細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素之比比較高的環(huán)境中培養(yǎng)時(shí)，芽激增（右圖）。第29頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天

一.組織培養(yǎng)的意義和分類

(一)組織培養(yǎng)的概念與分類植物組織培養(yǎng)（planttissureculture)是指植物的離體器官、組織或細(xì)胞在人工控制的環(huán)境下培養(yǎng)發(fā)育再生成完整植株的技術(shù)。用于離體培養(yǎng)的各種植物材料稱為外植體（explant）。根據(jù)外植體的類型，又可將組織培養(yǎng)分為：器官培養(yǎng)、組織培養(yǎng)、胚胎培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)以及原生質(zhì)體培養(yǎng)等(見(jiàn)下圖)。第三節(jié)植物的組織培養(yǎng)第30頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天由高等植物的細(xì)胞、組織和器官培養(yǎng)成植株的過(guò)程1.器官培養(yǎng)2.花藥和花粉培養(yǎng)3.組織培養(yǎng)4.胚胎培養(yǎng)5.細(xì)胞培養(yǎng)6.原生質(zhì)體培養(yǎng)組織培養(yǎng)的分類第31頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天理論依據(jù)：植物細(xì)胞的全能性第32頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天外植體（離體的植物器官、組織、細(xì)胞）脫分化愈傷組織再分化不定根或不定芽或胚狀體植物體外植體：在組織培養(yǎng)中，由植物體上取下來(lái)進(jìn)行離體培養(yǎng)的那部分組織或器官。脫分化/去分化：由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞，經(jīng)過(guò)離體培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織的過(guò)程。（一個(gè)成熟細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚鸂顟B(tài)的過(guò)程）再分化：指脫分化的分生細(xì)胞重新恢復(fù)分化能力，沿著正常的發(fā)育途徑形成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)胞的過(guò)程。（脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，又可以重新分化成根或芽等器官的過(guò)程。）植物組織培養(yǎng)過(guò)程第33頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天

二、組織培養(yǎng)的基本方法

1.培養(yǎng)基成分

(1)水

用蒸餾水或去離子水配制培養(yǎng)劑。(2)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)包括大量和微量必需元素。(3)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)主要有糖、氨基酸和維生素。(4)天然附加物如椰子乳、酵母提取物、玉米胚乳、麥芽浸出物或番茄汁等。(5)植物生長(zhǎng)物質(zhì)

常用的有生長(zhǎng)素類和細(xì)胞分裂素。長(zhǎng)素類2，4D、萘乙酸、吲哚乙酸、吲哚丁酸離體培養(yǎng)物的根芽分化取決于生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素的比值。細(xì)胞分裂素

激動(dòng)素、6-芐基腺嘌呤、異戊烯基腺嘌呤、玉米素等第34頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.培養(yǎng)方式通常半月至一后須移換新鮮培養(yǎng)基。固體培養(yǎng)液體培養(yǎng)基中加入0.7%～1%的瓊脂作凝固劑液體培養(yǎng)靜止不需增添專門設(shè)備，適合于某些原生質(zhì)體培養(yǎng)振蕩需要搖床或轉(zhuǎn)床等設(shè)備，可使培養(yǎng)基充分混和，也可使培養(yǎng)物交替地浸沒(méi)在液體中或暴露在空氣中，有利于氣體交換。第35頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天

三、組織培養(yǎng)的應(yīng)用(一)無(wú)性系的快速繁殖蘭花、甘蔗和名貴品種的無(wú)性繁殖(二)培育無(wú)病毒種苗馬鈴薯、香蕉、蘋果、甘蔗、葡萄、桉樹(shù)、毛白楊、草莓、甜瓜、花卉(三)新品種的選育1.花培和單倍體育種2.離體胚培養(yǎng)和雜種植株獲得3.體細(xì)胞誘變和突變體篩選4.細(xì)胞融合和雜種植株的獲得(四)人工種子和種質(zhì)保存(五)次生物質(zhì)工業(yè)化生產(chǎn)第36頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天人工種子(artificialseeds)又稱人造種子或超級(jí)種子，是指將植物組織培養(yǎng)產(chǎn)生的胚狀體、芽體、及小鱗莖等包裹在含有養(yǎng)分的膠囊內(nèi)，具有種子的功能并可直接播種于大田的顆粒。人工種子通常由培養(yǎng)物、人工胚乳和人工種皮三部分組成(圖)。人工種皮常采用海藻酸鈉、聚氯乙烯、明膠、樹(shù)膠等。制作方法：1.雙重管的外管內(nèi)含有海藻酸鈉，內(nèi)管中放入胚狀體和培養(yǎng)液，先從外管放出少量海藻酸鈉，使雙重管的下端形成半球；2.從內(nèi)管中放入含有不定胚的培養(yǎng)液(含保水劑)；3.再?gòu)耐夤芊懦鲆稽c(diǎn)海藻酸鈉，形成球狀液滴；4.將液滴滴入CaCl2水溶液(含殺菌劑)；5.放置一定時(shí)間，使海藻酸鈉外層形成不溶于水的海藻酸鈣膜；6.播種后人工種子的發(fā)芽。第37頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、組織培養(yǎng)的優(yōu)點(diǎn)或意義：1，便于研究植物體的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律2，人工調(diào)控植物的生長(zhǎng)3，生長(zhǎng)周期短，繁殖系數(shù)高4，管理方便，利于工廠化管理第38頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天第四節(jié)種子的萌發(fā)種子是由受精胚珠發(fā)育而來(lái)的，是脫離母體的延存器官。嚴(yán)格地說(shuō)，生命周期是從受精卵分裂形成胚開(kāi)始的，但人們習(xí)慣上還是以種子萌發(fā)作為個(gè)體發(fā)育的起點(diǎn)，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)是從播種開(kāi)始的。播種后種子能否迅速萌發(fā)，達(dá)到早苗、全苗和壯苗，這關(guān)系到能否為作物的豐產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)。第39頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天風(fēng)干種子的生理活動(dòng)極為微弱，處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，即休眠狀態(tài)。在有足夠的水分、適宜的溫度和正常的空氣條件下，種子開(kāi)始萌發(fā)。從形態(tài)角度看，萌發(fā)是具有生活力的種子吸水后，胚生長(zhǎng)突破種皮并形成幼苗的過(guò)程。通常以胚根突破種皮作為萌發(fā)的標(biāo)志。從生理角度看，萌發(fā)是無(wú)休眠或已解除休眠的種子吸水后由相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為生理活動(dòng)狀態(tài)，呼吸作用增強(qiáng)，貯藏物質(zhì)被分解并轉(zhuǎn)化為可供胚利用的物質(zhì)，引起胚生長(zhǎng)的過(guò)程。從分子生物學(xué)角度看，萌發(fā)的本質(zhì)是水分、溫度等因子使種子的某些基因表達(dá)和酶活化，引發(fā)一系列與胚生長(zhǎng)有關(guān)的反應(yīng)。第40頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、種子萌發(fā)的環(huán)境條件

—水分、溫度、氧氣、光照

(一)水分水分是種子萌發(fā)的第一條件。吸水是種子萌發(fā)的第一步。水分對(duì)種子萌發(fā)的生理作用：吸水后，種子細(xì)胞中的原生質(zhì)膠體由凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z，使細(xì)胞器結(jié)構(gòu)恢復(fù)，基因活化，轉(zhuǎn)錄萌發(fā)所需要mRNA并合成蛋白質(zhì)。吸水能使種子呼吸上升，代謝活動(dòng)加強(qiáng)，讓貯藏物質(zhì)水解成可溶性物質(zhì)供胚發(fā)育所需要。吸水后種皮膨脹軟化，有利于種子內(nèi)外氣體交換，也有利于胚根胚芽突破種皮而繼續(xù)生長(zhǎng)。水分可促進(jìn)可溶性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)秸谏L(zhǎng)的幼芽和幼根，供給呼吸和形成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的有機(jī)物。第41頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天種子的發(fā)芽需水量，決定于儲(chǔ)藏養(yǎng)分的類型：蛋白種子（豆科）的種子吸水要超過(guò)干種子的重量時(shí)才能發(fā)芽。淀粉和油料種子吸水達(dá)風(fēng)干重的30%～70%即可發(fā)芽。如不能達(dá)到發(fā)芽需水量，消耗養(yǎng)分，失去發(fā)芽能力。第42頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天(二)溫度溫度與種子萌發(fā)的呼吸代謝及酶促反應(yīng)有關(guān)，存在溫度三基點(diǎn)。最適溫度是指種子發(fā)芽率最高、發(fā)芽時(shí)間最短的溫度。系統(tǒng)發(fā)育不同，最適溫度不同：一般冬作物種子萌發(fā)的溫度三基點(diǎn)較低，而夏作物較高。生產(chǎn)上種子萌發(fā)的溫度范圍是確定適宜播種期的重要依據(jù)。溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響發(fā)芽。一般播種溫度要高于最低溫度。難以萌發(fā)的種子，采用變溫處理比恒溫更有利于種子萌發(fā)，原因：變溫促進(jìn)種子內(nèi)外氣體交換，呼吸增強(qiáng)；增強(qiáng)了某些酶的活性，有利于貯藏物的轉(zhuǎn)化和呼吸；使種皮脹縮，有利于胚根、胚芽突破種皮。第43頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天(三)氧氣種子萌發(fā)是一個(gè)非常活躍的生長(zhǎng)過(guò)程，需要呼吸作用中的能量代謝和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化運(yùn)輸來(lái)提供能量和物質(zhì)，通氣不良，造成無(wú)氧呼吸，爛種。不同作物種子需氧情況不同，一般作物種子氧濃度需要在10%以上才能正常萌發(fā)，當(dāng)氧濃度在5%以下時(shí)，很多作物種子不能萌發(fā)。尤其是含脂肪較多的油料種子在萌發(fā)時(shí)需氧較多（如花生、大豆和棉花等），而淀粉種子較少（脂肪轉(zhuǎn)變糖，呼吸商小于1）。因此，油料種子宜淺播。若播后遇雨，要及時(shí)松土排水，改善土壤的通氣條件，否則會(huì)引起爛種。第44頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天(四)光照根據(jù)種子萌發(fā)對(duì)光的反應(yīng)，將種子分為：中光種子：如水稻、小麥、大豆、棉花等。需光種子：如萵苣、紫蘇、胡蘿卜、樺木以及多種雜草種子。喜暗(或嫌光)種子：如蔥、韭菜、莧菜、番茄、茄子、南瓜等。光線對(duì)種子萌發(fā)的影響與光的波長(zhǎng)有關(guān)：紅光（R）和遠(yuǎn)紅光（FR）發(fā)現(xiàn)其萌發(fā)情況決定于最后一次照射的光譜成分。如最后照射的是紅光則促進(jìn)種子萌發(fā)，最后照射的是遠(yuǎn)紅光則抑制種子萌發(fā)。紅光遠(yuǎn)紅光第45頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、種子的萌發(fā)過(guò)程根據(jù)萌發(fā)過(guò)程中種子吸水量變化，即種子鮮重增加量的“快-慢-快”的特點(diǎn)，可把種子萌發(fā)分為三個(gè)階段：I：吸脹性吸水階段II：緩慢吸水階段III：生長(zhǎng)的滲透吸水階段

種子萌發(fā)的三個(gè)階段和生理轉(zhuǎn)變過(guò)程示意圖

第46頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.階段I——吸脹吸水階段即依賴原生質(zhì)膠體吸脹作用的物理吸水。此階段的吸水與種子代謝無(wú)關(guān)：無(wú)論種子是否休眠，是否有生活力，同樣都能吸水。通過(guò)吸脹吸水，活種子中的原生質(zhì)膠體由凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，使那些原在干種子中結(jié)構(gòu)被破壞的細(xì)胞器和不活化的大分子物質(zhì)得到伸展與修復(fù)，表現(xiàn)出原有的結(jié)構(gòu)和功能。凝膠→溶膠大分子物質(zhì)結(jié)構(gòu)修復(fù)與代謝無(wú)關(guān)，只與成分有關(guān)（豆類>淀粉>油料種子）第47頁(yè),共54頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.階段Ⅱ——緩慢吸水階段經(jīng)階段Ⅰ的快速吸水，原生質(zhì)的水合程度趨向飽和；細(xì)胞膨壓增加，阻礙了細(xì)胞的進(jìn)一步吸水；再則，種子的體積膨脹受種皮的束縛，因而種子萌發(fā)在突破種皮前，有一個(gè)吸水暫停或速度變慢的階段。酶促反應(yīng)與呼吸作用增強(qiáng)貯藏物→可溶性小分子物質(zhì)（胚發(fā)育；降低胚細(xì)胞水勢(shì)）新合成mRNA，并合成蛋白酶促反應(yīng)與呼吸作用增強(qiáng)。子葉或胚乳中的貯藏物質(zhì)開(kāi)始分解，轉(zhuǎn)變成簡(jiǎn)單的可溶