教學(xué)課件植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)

細(xì)胞工程邢朝斌

科技樓0510

Tel:3726238

E-

CellEngineering第二章植物細(xì)胞工程的理論根底細(xì)胞工程——邢朝斌第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性第二節(jié)器官發(fā)生第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性一、細(xì)胞全能性的一般概念二、細(xì)胞分化三、離體培養(yǎng)中細(xì)胞的

脫分化、再分化一、細(xì)胞全能性的一般概念一個(gè)細(xì)胞所具有的產(chǎn)生完整生物個(gè)體的固有能力稱(chēng)之為細(xì)胞的全能性。

細(xì)胞全能性的絕對(duì)性與相對(duì)性:一、細(xì)胞全能性的一般概念第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性

植物細(xì)胞全能性表現(xiàn)根據(jù)細(xì)胞類(lèi)型不同從強(qiáng)到弱:營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)中心>形成層>薄壁細(xì)胞>厚壁細(xì)胞>特化細(xì)胞一、細(xì)胞全能性的一般概念第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性

根據(jù)細(xì)胞所處的組織不同從強(qiáng)到弱為：頂端分生組織>居間分生組織>側(cè)生分生組織>薄壁組織>厚角組織>輸導(dǎo)組織>厚壁組織。一、細(xì)胞全能性的一般概念第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性脫分化途徑完整植株體細(xì)胞胚愈傷組織外植體二、離體培養(yǎng)中細(xì)胞的脫分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性不定器官直接伸長(zhǎng)途徑完整植株發(fā)育原植物二、離體培養(yǎng)中細(xì)胞的脫分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性外植體〔explant〕：植物組織培養(yǎng)中用來(lái)進(jìn)行無(wú)菌培養(yǎng)的離體材料，可以是器官、組織、細(xì)胞和原生質(zhì)體等。二、離體培養(yǎng)中細(xì)胞的脫分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性外植體

脫分化后的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂，產(chǎn)生無(wú)組織結(jié)構(gòu)、無(wú)明顯極性的、松散的細(xì)胞團(tuán)稱(chēng)為愈傷組織。二、離體培養(yǎng)中細(xì)胞的脫分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性愈傷組織二、離體培養(yǎng)中細(xì)胞的脫分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性二、離體培養(yǎng)中細(xì)胞的脫分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性二、離體培養(yǎng)中細(xì)胞的脫分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性

細(xì)胞分化：是指導(dǎo)致細(xì)胞形成不同結(jié)構(gòu)，引起功能改變或潛在發(fā)育方式改變的過(guò)程。時(shí)間上的分化：空間上的分化：三、細(xì)胞分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性1.細(xì)胞分化與極性建立：極性建立的標(biāo)志——細(xì)胞的不均等分裂。極性的建立和維管成分的產(chǎn)生，是植物細(xì)胞分化的根本特征。三、細(xì)胞分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性

2.影響細(xì)胞分化的因素：a.激素生長(zhǎng)素能促進(jìn)維管組織形成細(xì)胞分裂素與木質(zhì)部的發(fā)生有關(guān)三、細(xì)胞分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性三、細(xì)胞分化1％2％2.5～3.5%4％數(shù)量很少的木質(zhì)部木質(zhì)部形成，韌皮部不能形成木質(zhì)部和韌皮部都能形成韌皮部形成，木質(zhì)部不能形成第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性b、蔗糖濃度

2.影響細(xì)胞分化的因素：c.光照光照對(duì)于維管組織的分化具有促進(jìn)作用d.溫度三、細(xì)胞分化第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第一節(jié)細(xì)胞分化與細(xì)胞全能性暗培養(yǎng)下的煙草愈傷組織第二節(jié)器官發(fā)生第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生一、離體培養(yǎng)中器官發(fā)生的方式二、器官分化的過(guò)程三.影響器官分化的因素第二節(jié)器官發(fā)生植物的離體器官的發(fā)生：培養(yǎng)條件下的組織或細(xì)胞團(tuán)〔愈傷組織〕分化形成不定根、不定芽等器官的過(guò)程。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生一、離體培養(yǎng)中器官發(fā)生的方式第一種方式是先芽后根

如小麥，蘆薈、蘋(píng)果第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生一、離體培養(yǎng)中器官發(fā)生的方式第二種方式為先根后芽

如枸杞、苜蓿等第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生一、離體培養(yǎng)中器官發(fā)生的方式第三種方式是在愈傷組織的不同部位形成芽和根，再通過(guò)維管組織的聯(lián)系形成完整植株。如胡蘿卜、石刁柏第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生二、器官分化的過(guò)程離體條件下，經(jīng)過(guò)愈傷組織再分化器官一般要經(jīng)過(guò)三個(gè)生長(zhǎng)階段：1、外植體經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)形成愈傷組織。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生二、器官分化的過(guò)程離體條件下，經(jīng)過(guò)愈傷組織再分化器官一般要經(jīng)過(guò)三個(gè)生長(zhǎng)階段：2、形成生長(zhǎng)中心。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生二、器官分化的過(guò)程離體條件下，經(jīng)過(guò)愈傷組織再分化器官一般要經(jīng)過(guò)三個(gè)生長(zhǎng)階段：3、器官原基及器官形成。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生注意：

在有些情況下，外植體不經(jīng)過(guò)典型的愈傷組織即可形成器官原基，這一途徑有兩種情況，一是外植體中已存在器官原基，進(jìn)一步培養(yǎng)即形成相應(yīng)組織器官進(jìn)而再生植株，另一種情況是外植體形成分生細(xì)胞團(tuán)后在分生細(xì)胞團(tuán)上直接形成器官原基。二、器官分化的過(guò)程第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生一般認(rèn)為，芽和莖原基通常起源于培養(yǎng)組織中比較表層的細(xì)胞，即外起源，而根原基那么發(fā)生在組織較深處，是內(nèi)起源。二、器官分化的過(guò)程第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生三、影響器官分化的因素1.外植體——位置、狀態(tài)及組織類(lèi)型外植體不同取材組織類(lèi)型對(duì)蘆薈增殖的影響第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生取材部位接種數(shù)量產(chǎn)芽數(shù)量增殖倍數(shù)莖尖10151.50莖盤(pán)27963.56葉盤(pán)2000三、影響器官分化的因素1.外植體——位置、狀態(tài)及組織類(lèi)型外植體不同取材位置類(lèi)型對(duì)蘆薈莖盤(pán)增殖的影響第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生莖盤(pán)位置接種外植體數(shù)量產(chǎn)生不定芽數(shù)莖盤(pán)平均產(chǎn)芽數(shù)1900290039262.8949525.7859182.0069007900三、影響器官分化的因素具有變態(tài)器官〔如鱗莖、球莖、塊莖等〕的植物，在培養(yǎng)中往往也容易形成相應(yīng)的變態(tài)器官。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生三、影響器官分化的因素2.生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑

生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑在細(xì)胞生長(zhǎng)與個(gè)體發(fā)育中具有重要的調(diào)控作用。離體培養(yǎng)下的器官分化在大多數(shù)情況下是通過(guò)外源提供適宜的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。種類(lèi)、濃度和不同類(lèi)型生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的比例是影響根芽等分化的關(guān)鍵。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生三、影響器官分化的因素3.光照光照有利于維管組織和葉綠體形成進(jìn)而分化芽。愈傷組織的誘導(dǎo)培養(yǎng)一般在黑暗或弱光照條件下進(jìn)行分化培養(yǎng)的初期連續(xù)光照能促進(jìn)愈傷組織變綠，隨后的晝夜交替那么有利于細(xì)胞極性的建立，從而促進(jìn)器官分化。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生三、影響器官分化的因素4.溫度愈傷組織誘導(dǎo)培養(yǎng)時(shí)，溫度可以適當(dāng)提高，而分化溫度比誘導(dǎo)溫度要低。與光周期相似，某些需要通過(guò)低溫春化的植物，在離體培養(yǎng)中器官形成有時(shí)也需要低溫處理第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第二節(jié)器官發(fā)生第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異一、培養(yǎng)細(xì)胞變異的類(lèi)型二、變異原因三、影響培養(yǎng)細(xì)胞遺傳變異的因子四、體細(xì)胞無(wú)性系變異的誘導(dǎo)五、優(yōu)良變異的篩選方法六、體細(xì)胞無(wú)性系變異的利用七、變異的抑制一、培養(yǎng)細(xì)胞變異的類(lèi)型離體培養(yǎng)中，組織、細(xì)胞、原生質(zhì)體培養(yǎng)再生植株中，會(huì)有各種各樣的變異。組織培養(yǎng)條件下所表現(xiàn)的遺傳與變異特征稱(chēng)之為體細(xì)胞遺傳與變異。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異自發(fā)產(chǎn)生的變異變異率：10-7~10-6誘發(fā)產(chǎn)生的變異變異率：10-5~10-4第二章植物細(xì)胞工程的理論根底一、培養(yǎng)細(xì)胞變異的類(lèi)型第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異一、培養(yǎng)細(xì)胞變異的類(lèi)型12一、培養(yǎng)細(xì)胞變異的類(lèi)型1.自發(fā)產(chǎn)生的變異第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異A.染色體多倍性和非整倍性一、培養(yǎng)細(xì)胞變異的類(lèi)型1.自發(fā)產(chǎn)生的變異第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異B.畸形變異一、培養(yǎng)細(xì)胞變異的類(lèi)型1.自發(fā)產(chǎn)生的變異第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異C.非遺傳變異〔a〕外遺傳變異一、培養(yǎng)細(xì)胞變異的類(lèi)型1.自發(fā)產(chǎn)生的變異第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異C.非遺傳變異〔b〕生理適應(yīng)篩選靜置抗毒誘導(dǎo)確定濃度轉(zhuǎn)移到致死劑量轉(zhuǎn)移至無(wú)毒素培養(yǎng)基逐代增加毒素濃度確定半致死劑量濃度一、培養(yǎng)細(xì)胞變異的類(lèi)型第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異2、誘發(fā)產(chǎn)生的變異〔抗鐮刀菌毒素細(xì)胞變異系的別離〕

二、變異原因1、植物本身的異質(zhì)性〔嵌合性〕第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異不是真正意義上的突變二、變異原因2、培養(yǎng)條件引起的變異1〕培養(yǎng)基中添加的激素2〕形成愈傷組織時(shí)，細(xì)胞分裂異常3〕環(huán)境條件的改變第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異三、影響離體培養(yǎng)細(xì)胞遺傳變異的因子1、供體植株倍性水平、基因型、細(xì)胞的分化程度2、培養(yǎng)基及培養(yǎng)方式培養(yǎng)基的成分、物理狀態(tài)及培養(yǎng)類(lèi)型3、繼代培養(yǎng)的次數(shù)越多，細(xì)胞變異的幾率就越大第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異四、體細(xì)胞無(wú)性系變異的誘導(dǎo)自發(fā)變異往往頻率較低，為了增加變異頻率，在培養(yǎng)基中添加化學(xué)誘變劑或使用物理方法處理，這樣，細(xì)胞群體中就會(huì)產(chǎn)生各種各樣的變異。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異四、體細(xì)胞無(wú)性系變異的誘導(dǎo)誘變劑類(lèi)型：

物理誘變劑：X射線、γ射線、中子、β粒子、α粒子和紫外線等。

化學(xué)誘變劑：烷化劑、堿基類(lèi)似物、移碼誘變劑和某些抗生素類(lèi)等。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異五、優(yōu)良變異的篩選方法1、離體條件下體細(xì)胞無(wú)性系變異的篩選的優(yōu)點(diǎn)：

〔1〕所需空間小。

〔2〕不受季節(jié)限制，篩選效率高。

〔3〕誘變和篩選條件可控。

〔4〕接觸面大、突變率高?！?〕防止了嵌合體。第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異五、優(yōu)良變異的篩選方法第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異五、優(yōu)良變異的篩選方法3、篩選方法〔1〕直接篩選法在設(shè)計(jì)的選擇條件下，能使培養(yǎng)細(xì)胞或再生個(gè)體獲得直接感官上的差異。如：抗除草劑、抗鹽堿的突變個(gè)體第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異培養(yǎng)及篩選過(guò)程〔在細(xì)胞水平上〕：培養(yǎng)細(xì)胞耐性愈傷組織再生植株耐性植株五、優(yōu)良變異的篩選方法第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下的遺傳與變異培養(yǎng)及篩選過(guò)程〔在再生植株水平上〕：外植體愈傷組織再生植株耐性植株五、優(yōu)良變異的篩選方法第二章植物細(xì)胞工程的理論根底第三節(jié)離體培養(yǎng)下