《植物組織培養(yǎng)》課件-項(xiàng)目一 行業(yè)與崗位認(rèn)知

植物組織培養(yǎng)項(xiàng)目一行業(yè)與崗位認(rèn)知任務(wù)1認(rèn)知組培任務(wù)2組培行業(yè)的發(fā)展【知識點(diǎn)】植物組織培養(yǎng)的概念、特點(diǎn)、生理依據(jù)、類型根芽激素理論植物組織培養(yǎng)的再生（成苗）途徑【技能點(diǎn)】會利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館查閱植物組織培養(yǎng)相關(guān)的知識素質(zhì)要求：初步形成崗位意識(態(tài)度、品質(zhì)、職業(yè)道德行為等)任務(wù)1認(rèn)知組培什么是植物組織培養(yǎng)？一、植物組織培養(yǎng)和含義和分類

1.組培的含義植物組織培養(yǎng)是指在無菌和人工控制的環(huán)境條件下，利用適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基，對離體的植物器官、組織、細(xì)胞或原生質(zhì)體等進(jìn)行培養(yǎng)，使其生長、分化并再生成完整植株的技術(shù)，簡稱組培。由于植物組織培養(yǎng)中的培養(yǎng)材料脫離了植物母體，所以又稱為植物離體培養(yǎng)。高效利用營養(yǎng)元素，專門提供給試管植物所需營養(yǎng)，消滅微生物，防止其競爭養(yǎng)分；微生物代謝產(chǎn)物抑制植物生長；如何理解無菌條件？器官（根、莖、葉、花、果實(shí)等）組織（形成層、花藥組織、胚乳、皮層等）細(xì)胞（體細(xì)胞和生殖細(xì)胞）如何理解離體組織和器官？取植物的某一部分組織或器官進(jìn)行培養(yǎng)，離體的材料不受供體母株的生長發(fā)育調(diào)控，更容易誘導(dǎo)脫分化和再分化，從而培養(yǎng)成功。脫離母體控制外植體含義：凡是用于離體培養(yǎng)的植物器官、組織、細(xì)胞或原生質(zhì)體等材料統(tǒng)稱為外植體。如何理解與扦插區(qū)別？組培通過分化一個外植體就可以繁殖成上萬個新植株。

無菌操作技術(shù)以及設(shè)備和容器

培養(yǎng)基高溫或過濾滅菌

培養(yǎng)條件、培養(yǎng)容器/室內(nèi)光溫濕如何理解人控環(huán)境？目的是保證無菌生長成苗：帶有根莖葉的完整植株材料，才能進(jìn)入馴化、移栽。組培苗的含義：根據(jù)植物細(xì)胞具有全能性的理論，利用外植體在無菌和適應(yīng)的人工條件下培育的完整植株。如何理解完整植株？與田間管理有何不同？節(jié)省時間節(jié)省土地效率更高容易管理不受氣候影響04020501032、組培的分類（1）按植物體的來源劃分植株培養(yǎng)：一般多以無菌播種誘導(dǎo)種子萌芽成苗器官培養(yǎng)：根、莖、葉、花、果、種子等器官細(xì)胞培養(yǎng)：性細(xì)胞、葉肉細(xì)胞、根尖細(xì)胞、韌皮部細(xì)胞等原生質(zhì)體培養(yǎng)：除去細(xì)胞壁的原生質(zhì)體組織培養(yǎng)：分生組織、形成層、表皮、皮層、薄壁組織、髓部、木質(zhì)部等組織胚胎培養(yǎng)：常用的材料有幼胚、成熟胚、胚乳、胚珠、子房等1.花藥培養(yǎng)2.原生質(zhì)體培養(yǎng)3.愈傷組織培養(yǎng)4.胚胎培養(yǎng)5.器官培養(yǎng)43125（2）按培養(yǎng)階段劃分

初代培養(yǎng)：也稱為啟動培養(yǎng)。其目的是建立無菌培養(yǎng)物

繼代培養(yǎng)：重新分割。其目的是使培養(yǎng)物得到大量繁殖，也稱為增殖培養(yǎng)。生根培養(yǎng)：誘導(dǎo)產(chǎn)生根。其目的是提高組培苗移栽后成活率。固體培養(yǎng)（3）其他分類：根據(jù)培養(yǎng)方式：固體培養(yǎng)、液體培養(yǎng)液體培養(yǎng)根據(jù)培養(yǎng)物量的多少：大量培養(yǎng)、微量培養(yǎng)。根據(jù)培養(yǎng)過程中是否需光：光培養(yǎng)、暗培養(yǎng)（即培養(yǎng)條件）。根據(jù)培養(yǎng)方法的不同：平板培養(yǎng)、微室培養(yǎng)、懸浮培養(yǎng)等。根據(jù)培養(yǎng)目的分：脫毒繁殖、微體快繁、試管育種、試管嫁接。組培的原理是什么？細(xì)胞學(xué)說的提出細(xì)胞全能性

植物體的每一個具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞都具有該物種全部遺傳信息。每個植物細(xì)胞均具有發(fā)育成完整植物體的潛在能力。在離體培養(yǎng)條件下，這些遺傳信息可以表達(dá)，產(chǎn)生具有與母體完全相同遺傳信息的新的再生植株。二、植物組織培養(yǎng)的原理與特點(diǎn)1、細(xì)胞全能性（celltotpotency)

受精卵>生殖細(xì)胞>分生組織細(xì)胞>老組織細(xì)胞全能性表達(dá)的能力是否一樣？離體并給予它們適當(dāng)?shù)拇碳な钦T發(fā)全能性的必要條件。細(xì)胞全能性是組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)。細(xì)胞全能性需要在一定條件下，通過特定誘導(dǎo)才能發(fā)生。細(xì)胞孤立可誘發(fā)全能性表達(dá)：①體細(xì)胞與完整植株分離，割斷胞間連絲，脫離完整植株的控制；②創(chuàng)造理想的適于細(xì)胞生長和分化的環(huán)境，包括營養(yǎng)、激素、光、溫、氣、濕等因子。2、再生性

植株再生過程即為植物細(xì)胞全能性表達(dá)的過程，一般經(jīng)過脫分化和再分化兩個階段。植物再生植株的途徑脫分化:已分化成熟的植物組織或器官恢復(fù)到分生狀態(tài)，細(xì)胞分裂形成無組織結(jié)構(gòu)的細(xì)胞團(tuán)或愈傷組織的過程。再分化:脫分化形成的愈傷組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ńY(jié)構(gòu)、執(zhí)行生理工程的細(xì)胞團(tuán)和組織并進(jìn)一步形成完整植株的過程。即從愈傷組織再生形成完整植株的過程。3、細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)途徑1）直接誘導(dǎo)頂芽與腋生芽2）間接誘導(dǎo)不定芽3）從愈傷組織上誘導(dǎo)不定芽或胚狀體4）原球莖再生4、愈傷組織指在人工培養(yǎng)基上經(jīng)誘導(dǎo)后外植體表面上長出來的一團(tuán)無序生長的薄壁細(xì)胞。脫分化的難易程度與植物的種類、組織和細(xì)胞的狀態(tài)有關(guān)。1）愈傷組織的形成一般而言，誘導(dǎo)外植體形成典型的愈傷組織，大致要經(jīng)歷3個時期：啟動期、分裂期、分化期。幾乎所有植物材料經(jīng)離體培養(yǎng)都有誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織的潛在能力，并且能夠在一定的條件下分化成芽、根、胚狀體等

在植物組織培養(yǎng)中，不定芽和胚狀體方式是愈傷組織形態(tài)發(fā)生的兩種最常見和最重要的方式。區(qū)別：胚狀體經(jīng)過生長發(fā)育就可以發(fā)育成植株，相當(dāng)于種子；

不定芽還需要誘導(dǎo)生根后才能發(fā)育成完整植株，相當(dāng)于一部分器官。2）愈傷組織的形態(tài)建成①先芽后根，這是最普遍的發(fā)生方式；②先根后芽，但芽的分化難度比較大；③在愈傷組織塊的不同部位上分化出根或芽。5、根芽激素理論

根和芽的分化由生長素和細(xì)胞分裂素的比值所決定，二者比值高時促進(jìn)生根；比值低時促進(jìn)莖芽的分化；比值適中則組織傾向于以一種無結(jié)構(gòu)的方式生長。6、組培的特點(diǎn)（1）材料來源單一，無性系遺傳穩(wěn)定

（2）培養(yǎng)材料經(jīng)濟(jì)，繁殖高效（3）生長周期短，繁殖速度快傳統(tǒng)育苗需數(shù)月（4）人工可控，技術(shù)含量高，可周年生產(chǎn)不受自然中的四季、晝夜變化及災(zāi)害性氣候的不良影響植物組織培養(yǎng)的條件對人員技術(shù)要求高需要實(shí)驗(yàn)室和配套溫室，以及設(shè)備投入一定資金不能代替田間試驗(yàn)組織培養(yǎng)定義、特點(diǎn)組織培養(yǎng)原理、類型組織培養(yǎng)在生物技術(shù)和育種中占有重要地位組織培養(yǎng)需要一定的條件總結(jié)【知識點(diǎn)】了解組培發(fā)展史及其應(yīng)用【技能點(diǎn)】會利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館查閱植物組織培養(yǎng)相關(guān)的知識素質(zhì)要求：初步形成崗位意識(態(tài)度、品質(zhì)、職業(yè)道德行為等)任務(wù)2組培行業(yè)發(fā)展組培是怎么發(fā)展的？一、植物組織培養(yǎng)的發(fā)展1、探索階段（20世紀(jì)初至30年代中期）1838年起，施萊登和施旺創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說。推動組織培養(yǎng)技術(shù)的誕生Haberlandt貢獻(xiàn)：提出細(xì)胞全能性首次進(jìn)行離體細(xì)胞培養(yǎng)觀點(diǎn)：高等植物的組織和器官可以分割成單個細(xì)胞1902年德國植物生理學(xué)家Haberlandt（哈布蘭德）提出了細(xì)胞全能性理論。1904年，Hanning在無機(jī)鹽和蔗糖的培養(yǎng)基中成功培養(yǎng)了胡蘿卜和辣根的幼胚，并萌發(fā)成苗。這是離體培養(yǎng)條件下第一個成功的案例。胚離體培養(yǎng)的發(fā)展Knudson采用胚培養(yǎng)法獲得蘭花幼苗，客服其種子發(fā)芽困難的問題Laibach，亞麻種間雜交幼胚培養(yǎng)得到雜穗。莖尖、莖段和根尖離體培養(yǎng)1908年，Simon，用白楊嫩莖培養(yǎng)，形成愈傷組織和根、芽的形成。1922年Kotte和Robbins，離體培養(yǎng)豌豆、玉米、棉花莖尖、根尖成苗。植物幼胚和離體器官的培養(yǎng)有了一定的發(fā)展，但只是在胚培養(yǎng)和器官培養(yǎng)方面進(jìn)行了初步的探索。2、奠基階段（20世紀(jì)30年代末至50年代中期）在這一發(fā)展階段，通過對培養(yǎng)基成分和培養(yǎng)條件的廣泛研究，特別是對B維生素、生長素和細(xì)胞分裂素作用的研究，確立了植物組織培養(yǎng)的技術(shù)體系，并首次用試驗(yàn)證實(shí)了細(xì)胞全能性，為以后快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1933年，李繼侗、沈同用銀杏胚乳提取物培養(yǎng)銀杏胚獲得成功。這是首次利用天然提取物促進(jìn)離體胚生長。F.W.went發(fā)現(xiàn)生長素（IAA）Gautheret用山毛柳、黑楊形成層進(jìn)行培養(yǎng)，在Knop中加入B族維生素和IAA時生長才顯著。美國植物生理學(xué)家White（懷特）1934年，用番茄根尖建立起第一個活躍生長的無性繁殖系1937年，發(fā)現(xiàn)3種B族維生素和IAA對植物生長有用1939年，培養(yǎng)煙草種間雜種幼莖切段原形成層成功組織培養(yǎng)的奠基人3、迅速發(fā)展階段（20世紀(jì)60年代至今）研究工作更加深入，從大量的物種誘導(dǎo)獲得再生植株，形成了一套成熟理論體系和技術(shù)方法，并開始大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。脫毒培養(yǎng)技術(shù)1943年，Morel首次利用莖尖分生組織培養(yǎng)技術(shù)，培養(yǎng)無菌苗，后嫁接到大麗菊實(shí)生砧上檢驗(yàn)為無病毒植株。離體培養(yǎng)脫毒在20世紀(jì)60年代開始，脫毒培養(yǎng)成為解決病毒病危害的主要方法。離體快繁技術(shù)1960年，Morel利用莖尖培養(yǎng)蘭花繁殖系數(shù)極高，脫去植物病毒，開創(chuàng)了蘭花快速繁殖工業(yè)，也就形成了“蘭花產(chǎn)業(yè)”。原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)1960年，Cocking用真菌纖維素酶分離番茄原生質(zhì)體獲得成功。1971年，Takebe等在煙草上首次由原生質(zhì)體獲得了再生植株。1972年，Carlson等利用硝酸鈉進(jìn)行了兩個煙草物種之間原生質(zhì)體融合。1974年，Kao等人建立了原生質(zhì)體的高鈣高pH的PEG融合法。試管內(nèi)傳粉受精技術(shù)單倍體培養(yǎng)：1964年，印度Guba和Meheshiwari培養(yǎng)毛葉曼陀羅花藥獲得了第一棵單倍體植株。1967年，Bourgin和Nitsch花藥培養(yǎng)獲得完整的煙草植株。培育人工種子：1977年，Murashige第一次提出人工種子構(gòu)想。20世紀(jì)80年代初，美、日、法等國相繼開展人工種子研究。我國人工種子的研究開始于七五“期間，并列入“863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃”。種質(zhì)資源的離體保存1965年，Sakai完成了低溫馴化，將超低溫保存的植物小枝解凍后可以通過扦插或嫁接恢復(fù)成苗次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)20世紀(jì)50年代提出用植物細(xì)胞大量培養(yǎng)作為工業(yè)化生產(chǎn)植物次生代謝產(chǎn)物。轉(zhuǎn)基因育種1983年，Zambryski等采取根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化煙草，獲得了首例轉(zhuǎn)基因植物。1987年，首例轉(zhuǎn)基因林木，即轉(zhuǎn)除草劑基因楊樹。二、植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用1、植物離體快繁與脫毒應(yīng)用在生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的，經(jīng)濟(jì)效益較大的一種技術(shù)。繁殖速度快，遺傳背景相同，可周年年生產(chǎn)。二、植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用2、植物次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)應(yīng)用利用組培可以大量生產(chǎn)一些天然有機(jī)化合物，如蛋白質(zhì)、糖類、藥物、香料、天然色素等其他生物活性物質(zhì)。二、植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用3、植物種質(zhì)資源離體保存1975年，由Henslaw和Morel首次提出離體保存植物種質(zhì)資源的策略。二、植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用4、培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)新品種