[农学]3第三章 植物组织培养简介.ppt

第三章第三章 植物组织培养植物组织培养 (tissue culture) 概述概述一、植物组织培养概念一、植物组织培养概念(重点重点) 二、植物组织培养理论基础二、植物组织培养理论基础(难点难点)三、植物组织培养类型三、植物组织培养类型(难点难点) 四、植物组织培养特点四、植物组织培养特点(重点重点) 第一节第一节 植物组织培养的意义植物组织培养的意义一、植物组织培养概念一、植物组织培养概念 狭义概念广义概念有何区别？由植物组织或器官培由植物组织或器官培养产生养产生愈伤组织愈伤组织，进，进而培养成完整植株而培养成完整植株人工培养植物体一人工培养植物体一部分部分( (即即外植体外植体 ) ) 生成完整植株生成完整植株愈伤组织〔callus〕: 在离体培养中，在离体培养中，外植体脱分化后外植体脱分化后形成的具分生能形成的具分生能力的一团不规则力的一团不规则细胞，称为愈伤细胞，称为愈伤组织多在植物组织多在植物体切面上产生体切面上产生 外植体〔explant〕：从植物体分离并用于离体培养的材料 胚轴胚轴花粉花粉胚乳胚乳胚胚种子种子果实果实花器花器叶叶芽芽茎茎根根组织组织原生质体原生质体子叶子叶子房子房苞片苞片胚珠胚珠花药花药花梗花梗分生组织分生组织成熟组织成熟组织花托花托叶柄叶柄幼苗幼苗广义和狭义概念的区别广义和狭义概念的区别 ★★组培范围不同，即外植体范围不同。

组培范围不同，即外植体范围不同广义组培广义组培狭义组培狭义组培二、植物组织培养的理论基础二、植物组织培养的理论基础 植物每一个具有完整细植物每一个具有完整细胞核的体细胞，都含有植物胞核的体细胞，都含有植物体的全部遗传信息，在适当体的全部遗传信息，在适当条件下，具有发育成完整植条件下，具有发育成完整植株的潜在能力株的潜在能力 (一一) )细胞全能性（细胞全能性（totipotencytotipotency））理论：理论：            （ 二）、植物细胞分化、脱分化、再分化与驯化二）、植物细胞分化、脱分化、再分化与驯化分生细胞分化分生细胞成熟细胞脱分化愈伤组织再分化愈伤组织驯化继代培养一年以上组织组织分裂分裂分化分化细胞细胞　分裂　分裂已分化组织已分化组织细胞细胞脱分化脱分化分裂分裂再再分分化化器官器官植株植株1.1.分化分化〔〔differentiationdifferentiation〕〕：：细胞在分裂细胞在分裂过程中发生结构和功能上的改变，从而在过程中发生结构和功能上的改变，从而在个体发育中形成各类组织和器官，完成整个体发育中形成各类组织和器官，完成整个生活周期。

个生活周期2.2.脱分化脱分化〔〔dedifferentiationdedifferentiation〕〕: :已分化好已分化好的细胞在人工诱导条件下，恢复分生能力，的细胞在人工诱导条件下，恢复分生能力，回复到分生组织状态的过程回复到分生组织状态的过程3.3.再分化再分化〔〔redifferentiationredifferentiation〕〕: : 脱分化后具有分生能力的细胞再脱分化后具有分生能力的细胞再经过与原来相同的分化过程，重新形经过与原来相同的分化过程，重新形成各类组织和器官的过程成各类组织和器官的过程4.4.驯化驯化 离体培养中，经过多次继代培养，植物细胞或组织逐渐失去对生长因素（生长素、激动素和某些维生素）的依赖性，这种变化称为驯化（三）、植物的再生作用：（三）、植物的再生作用：（四）、植物的遗传与变异：（四）、植物的遗传与变异：（五）、植物的形态建成（五）、植物的形态建成初初代代培培养养继继代代培培养养生生根根培培养养驯驯化化移移栽栽植物组织培养一般过程植物组织培养一般过程 初代培养：初代培养： 芽、茎段、叶片、芽、茎段、叶片、 花器等外植体在花器等外植体在 离体培养条件下离体培养条件下 诱导愈伤组织、诱导愈伤组织、 侧芽或不定芽、侧芽或不定芽、 胚状体过程胚状体过程。

在离体培养过程中产在离体培养过程中产生一种形似胚（具有生一种形似胚（具有明显的根端和芽端），明显的根端和芽端），功能与胚相同的结构功能与胚相同的结构胚状体胚状体［［embroidembroid］：］：石龙芮下胚轴培养产生石龙芮下胚轴培养产生胚状体过程胚状体过程 继代培养：继代培养：更换新鲜培养基来繁殖同更换新鲜培养基来繁殖同种类型的材料（愈伤组织、芽）种类型的材料（愈伤组织、芽） 生根培养：生根培养：将芽苗转接到生根培养基将芽苗转接到生根培养基上培养成为完整植株的过程上培养成为完整植株的过程 驯化移栽：驯化移栽： 组培苗经人工炼苗组培苗经人工炼苗后移栽到驯化苗床后移栽到驯化苗床上使之适应上使之适应 露地或露地或保护地条件的过程保护地条件的过程培养基培养基固体培养固体培养液体培养液体培养静止培养静止培养 旋转培养旋转培养 纸桥培养纸桥培养 振荡培养振荡培养三、植物组织培养的类型三、植物组织培养的类型 1.根据培养基分类根据培养基分类 2.2.根据外植体分类根据外植体分类 植物组织培养的类型植物组织培养的类型 植植 株株 培培 养养器器 官官 培培 养养组组 织织 培培 养养胚胚 培培 养养 细细 胞胞 培培 养养原原 生生 质质 体体 培培 养养 植株培养植株培养扦扦 插插 苗苗 培培 养养种种 子子 苗苗 培培 养养 器官培养器官培养 根系培养根系培养 茎段培养茎段培养 花器培养花器培养 果实培养果实培养 种子培养种子培养 叶片培养叶片培养人参根消毒、接种操作程序图人参根消毒、接种操作程序图菊花茎尖消毒、接种操作程序图菊花茎尖消毒、接种操作程序图 茎段培养成苗示意图茎段培养成苗示意图 茎段培养成苗示意图茎段培养成苗示意图组织培养组织培养分生组织培养分生组织培养薄壁组织培养薄壁组织培养输导组织培养输导组织培养 胡萝卜形成层胡萝卜形成层(分生组织分生组织)培养示意培养示意图图胚胎培养胚胎培养胚乳培养胚乳培养原胚培养原胚培养胚珠培养胚珠培养种胚培养种胚培养败育败育 胚培养胚培养细胞培养细胞培养看看护护培培养养平平板板培培养养悬悬浮浮培培养养微微室室培培养养看护培养：指用一块活跃生长的愈伤组织来看护单个细胞看护培养：指用一块活跃生长的愈伤组织来看护单个细胞 促使促使持续分裂和增殖的培养方法。

持续分裂和增殖的培养方法优点：方法简优点：方法简便易行；实验便易行；实验容易成功容易成功 缺点：不缺点：不便显微观察便显微观察非融合非融合 培养培养融合融合 培养培养原生质原生质 培养培养思考：思考：各种组织培养类型有何主要的异同处各种组织培养类型有何主要的异同处？？★★相同点：相同点：无菌操作无菌操作 　　　　　人工培养基上培养　　　　　人工培养基上培养 ★★不同点：不同点：外植体不同外植体不同 　　　　　成苗途径与培养方法不同　　　　　成苗途径与培养方法不同1、、  离体培养条件可以人为加以控制四、植物组织培养的特点四、植物组织培养的特点2、繁殖系数大，培养周期短,不受季节、地域影响，可周年生产3 3、管理方便，有利于实、管理方便，有利于实现工厂化生产现工厂化生产和自动化和自动化控制控制第二节　植物组织培养的发展简史第二节　植物组织培养的发展简史1、思想准备阶段（－、思想准备阶段（－1900）：）：细胞的发现 ：1665用自制显微镜观察软木薄片，第一次描                         述植物细胞，并用cellar称呼他所看到的类似                                蜂巢的封闭状小室。

 细 胞 学 说 建 立 ： 1838德 国 植 物 学 家 施 莱 登（M.J.Schleiden）        发表‘植物发生论’；1839施旺（M.j.Schwann）发表‘关        于动植物的结构和生长的一致性的显微研究’；他们共          同提出：一切植物、动物都是由细胞组成的；细胞只能 来自于细胞；精子、卵都是细胞；细胞经过分裂可 形成组织 2、理论奠基阶段、理论奠基阶段（（1902－－1934））    细胞全能性理论： 1902年，德国 植物学家Haberlandt发表了著名论文‘植物细胞离体培养实验’，文章指出‘作为高等植物的器官和组织的基本单位细胞有可能在离体培养条件下实现分裂分化乃至形成胚胎和植株’这种见解后来被程为‘细胞全能性学说’         Gottlieb  Haberlandt(1854-1946).     He was  the first to formulate clearly      the principles of plant cell culture. 细胞全能性学说：细胞全能性学说： 植物体中任何生活细胞都具有植物体中任何生活细胞都具有该物种的全部遗传信息，具有相同的形态结构和一定的生该物种的全部遗传信息，具有相同的形态结构和一定的生理功能。

只要条件合适，由一个单细胞就可以发育成为一理功能只要条件合适，由一个单细胞就可以发育成为一个新的个体个新的个体 该该文还文还报道了几种植物的细胞和组织的培养实验，由报道了几种植物的细胞和组织的培养实验，由于当时的条件所限，都没有成功于当时的条件所限，都没有成功.3、植物组培技术建立阶段、植物组培技术建立阶段（（1934－－1948）） 培养基的研制：培养基的研制：无机盐＋有机成分＋生长无机盐＋有机成分＋生长 刺激因素刺激因素PhilipR.White(1901-1968).First individual to establish indefinite growth of isolated roots (1934a)and of tumor tissues of plants (1939a). 1934年美国的年美国的White，，利用番茄根利用番茄根建立了第一个活跃生长的无性繁殖建立了第一个活跃生长的无性繁殖系，离体根的培养才获得真正的成系，离体根的培养才获得真正的成功并创立了功并创立了White培养基培养基 1943年年White发表了发表了《《植物组织植物组织培养手册培养手册》》的专著，使植物组织培的专著，使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。

养开始成为一门新兴的学科 1962 1962年年MarshingMarshing和和ShongShong发明了发明了MSMS培养基培养基 4、植物组织培养形态发生研、植物组织培养形态发生研究阶段（究阶段（1948－－1958－－1972））Folke Skoog(1908- ) 1948年，年，Skoog和和Tsui（（崔瀓）崔瀓）揭示，在加有揭示，在加有IAA和腺嘌呤的培和腺嘌呤的培养基上，烟草茎段髓组织细胞可养基上，烟草茎段髓组织细胞可分裂和生长，并分化形成不定芽分裂和生长，并分化形成不定芽从而从而确定了腺嘌呤／生长素的比确定了腺嘌呤／生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件例是控制芽和根形成的主要条件之一  1955 1955年，年，MillerMiller从从DNADNA降解物中分离出降解物中分离出6 6－呋喃－呋喃氨基嘌呤（激动素），发现它诱导芽分化的效率比氨基嘌呤（激动素），发现它诱导芽分化的效率比腺嘌呤高腺嘌呤高3 3万倍控制器官分化的激素模式变为控制器官分化的激素模式变为激动激动素／生长素素／生长素的比例关系。

促进组培的发展的比例关系促进组培的发展形态分化公式：形态分化公式： 腺嘌呤腺嘌呤 生长素生长素 细胞分裂素细胞分裂素 生长素生长素高时高时有利于有利于芽的形成芽的形成高时高时有利于有利于根的形成根的形成 1958年，年，Steward培养来自胡萝卜根的悬浮细胞，并成功培养来自胡萝卜根的悬浮细胞，并成功地诱导单个悬浮地诱导单个悬浮 细胞发育为成熟的胚胎，形成再生植株，完细胞发育为成熟的胚胎，形成再生植株，完全证明了全证明了Haberlandt提出的细胞全能性学说提出的细胞全能性学说 1972年年 烟草杂种细胞－烟草杂种细胞－ 杂种植株杂种植株5、植物组织培养的应用研究阶段（、植物组织培养的应用研究阶段（1972－现在）－现在）70年代：中国单倍体育种，应用小孢子离体培养形成单倍体植年代：中国单倍体育种，应用小孢子离体培养形成单倍体植 株再加倍进行育种，首先在烟草中得到成功；随后，株再加倍进行育种，首先在烟草中得到成功；随后， 水稻、小麦、玉米等作物中相继成功。

水稻、小麦、玉米等作物中相继成功 通过茎尖培养技术，育成土豆、兰花等无病毒苗，通过茎尖培养技术，育成土豆、兰花等无病毒苗， 在生产中得到广泛应用在生产中得到广泛应用80年代：无性系快速繁殖技术在甘蔗、葡萄、山楂等多种植物年代：无性系快速繁殖技术在甘蔗、葡萄、山楂等多种植物 中获得大量试管苗，在农林、园艺生产中获得巨大效益中获得大量试管苗，在农林、园艺生产中获得巨大效益90年代－现在：植物组织培养技术更是得到广泛应用，植物组年代－现在：植物组织培养技术更是得到广泛应用，植物组 培培 技术从实验室走向大田，技术从实验室走向大田，19世纪的梦想变为现实世纪的梦想变为现实第三节第三节 组织培养技术在花卉生产上的应用组织培养技术在花卉生产上的应用一、快速繁殖苗木一、快速繁殖苗木二、获得无病毒苗二、获得无病毒苗三、为花卉育种提供技术手段三、为花卉育种提供技术手段四、实现工业化育苗四、实现工业化育苗       对一些难繁殖的名贵品种花卉及一些短期内大量急需生产的花卉，应用很广兰花、菊花、唐菖蒲等花卉利用腋芽增生，短期得到大量植株。

非洲紫罗兰可通过叶片，水仙可通地鳞片，诱导产生不定芽，来达到大量繁殖的目的　一、快速繁殖苗木：一、快速繁殖苗木： 采用采用微茎尖组织培养微茎尖组织培养可以得到可以得到无病无病毒苗木毒苗木成为解决病毒病危害和品种退成为解决病毒病危害和品种退化问题的一个重要途径化问题的一个重要途径二、获得无病毒苗二、获得无病毒苗 实例： 菊花、唐菖蒲、水仙、郁金香、大丽花等一大批花卉靠无性繁殖法繁殖，病毒逐代传递积累，危害日趋严重而分离花卉植物0.1-0.5毫米大小的生长点，培养得到的基本上是无病毒苗因此这一技术已在花卉无病毒苗的培育中广泛应用三、为花卉育种三、为花卉育种 提供技术手段提供技术手段4.保存种质保存种质1.1.倍性育种，缩短育种年限，杂种优倍性育种，缩短育种年限，杂种优势明显2.克服远缘杂交的不亲合性克服远缘杂交的不亲合性3.克服远缘杂交的不孕性克服远缘杂交的不孕性 实例： 百合、鸢尾等许多花卉可以进行远缘杂交，由于生理代谢等方面的原因，常使杂种胚早期败育，因而得不到杂种植物而在试管中进行胚培养，可使其顺利生长，得到远缘杂种此外还可采用愈伤组织诱变、花粉培养等多种方法，来进行花卉育种。

四、实现工厂化育苗四、实现工厂化育苗1.含义：含义：人工控制环境条件，通过组织人工控制环境条件，通过组织培养技术手段，批量生产苗木的育苗方培养技术手段，批量生产苗木的育苗方法2.2.特点：特点：繁殖快，整齐、一致，无病虫害，繁殖快，整齐、一致，无病虫害，周期短，周年生产，性状稳定周期短，周年生产，性状稳定谭文澄谭文澄. 观赏植物组织培养技术观赏植物组织培养技术.北京：中国林业出版社，北京：中国林业出版社，2000 李浚明编译．植物组织培养教程．北京：中国农业出版社，李浚明编译．植物组织培养教程．北京：中国农业出版社，1992 韦三立编著．花卉组织培养．北京：中国林业出版社，韦三立编著．花卉组织培养．北京：中国林业出版社，2001参考教材：参考教材：复习思考题：复习思考题： 1.植物组织培养与常规无性繁殖有植物组织培养与常规无性繁殖有何区别？何区别？ 2.理解组培工厂化育苗在花卉产业理解组培工厂化育苗在花卉产业的应用价值的应用价值。