1、第四章 植物组织与细胞培养,第一页，共七十二页。,2,第二页，共七十二页。,所采用技术的理论根底,植物细胞工程,通常采用的技术手段,植物组织培养,植物原生质体培养与体细胞杂交,植物细胞的全能性,植物细胞培养,第三页，共七十二页。,第一节植物细胞工程概述第二节植物组织与器官培养第三节植物细胞培养第四节原生质体培养和体细胞杂交,4,第四页，共七十二页。,第一节植物细胞工程概述一植物细胞工程的定义二植物细胞工程的内容三存在的理论与生产问题四植物组织培养与细胞培养的区别五植物细胞与组织培养技术内容与分类,5,第五页，共七十二页。,一、植物细胞工程plant cell engineering的定义：是在
2、植物细胞全能性的根底上，以植物细胞为根本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改进品种或创制新种，或加速繁殖植物个体，或获得有用产物的过程。,6,第六页，共七十二页。,二、植物细胞工程的内容：,A、植物细胞工程对象或内容 植物细胞与组织培养技术 植物细胞融合技术 植物细胞质工程技术 植物染色体工程技术 转基因植物技术B、植物细胞工程目的或应用 植物细胞工程与育种 植物细胞工程与体外快速繁殖 植物细胞工程与优质种质体外保存 植物细胞工程与药物 食品工业化生产,7,第七页，共七十二页。,三、存在的理论与生产问题,植物细胞全能性的本质 细
3、胞分化机制和代谢途径的调控理论 培养细胞中的生理、后成杂种和遗传的变异问题 体细胞杂交和有性杂交的比较 不亲和性机制 细胞和组织培养方法 细胞器的别离和引入技术 原生质体诱导融合改进 细胞的培养筛选及鉴定 花粉和花药培养药物生产的中间试验 试管苗的大规模繁殖和生产,8,第八页，共七十二页。,四、植物组织培养与细胞培养的区别,9,第九页，共七十二页。,五、植物细胞与组织培养技术内容与分类：,试管苗、人工种子、单倍体诱导 植物组织培养技术植物微繁殖技术 原生质体培养、体细胞杂交、体细胞变异、种质保存 植物细胞培养技术植物细胞大量培养植物细胞大量培养技术根据对象不同，培养方式也可分为：根据水平不同：
4、植株培养plantlet culture 植物胚胎培养(plant embryo culture)细胞类型体、生殖细胞 植物器官培养(plant organ culture)单倍体、二倍体和多倍体 植物组织培养(plant tissue culture)离体、人工无菌环境 愈伤组织培养(callus culture)原生质体培养(plant protoplast culture),10,第十页，共七十二页。,11,第十一页，共七十二页。,第二节植物组织与器官培养一、植物细胞的全能性 二、植物组织与器官培养,12,第十二页，共七十二页。,1.定义：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特
5、性。2.原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。3.差异：植物细胞全能性动物细胞全能性在植物细胞中受精卵生殖细胞具有分化能力的细胞成熟的体细胞,一、植物细胞的全能性,第十三页，共七十二页。,在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为：,A、细胞丧失了全能性,B、基因的表达有选择性,C、不同的细胞内基因不完全相同,D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生 了变化。,第十四页，共七十二页。,科学研究说明，处于离体状态的植物活细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条
6、件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。,全能性表现的条件？,第十五页，共七十二页。,二、植物组织与器官培养,再分化,脱分化,愈伤组织,外植体,试管苗,植株,第十六页，共七十二页。,1.定义：植物组织与器官培养是指在无菌条件下，将离体的植物器官如根尖、茎尖、叶、花、未成熟的果实、种子等、组织如花药组织、胚乳、皮层等、细胞体细胞、生殖细胞等、胚胎如成熟和未成熟的胚、原生质体等培养在人工配置的培养基上，给予适当的培养条件，诱发产生愈伤组织、潜伏芽，或者长成新的完整植株的一种实验技术。,17,第十七页，共七十二页。,细胞离体、一定的营养物质、激素
7、和其他外界条件,2.必要条件：,环境条件：温度：252光照：光照强度、光质光波长、光周期,第十八页，共七十二页。,无机成分：N，P，K，S，Ca，Mg等大量元素及局部微量元素碳源：2%5%的蔗糖维生素：B族，Vc；0.110mg/L植物生长物质：生长素类，细胞分裂素类有机附加物：如水解酪蛋白CH、酵母提取物YE、麦芽提取物ME和椰子乳CM等,营养条件：,第十九页，共七十二页。,3.开展历程：,1934年,20,第二十页，共七十二页。,4.几个概念,外植体explantation：是指植物组织培养中用来进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。愈伤组织callus：是指由外植体
8、组织增生的细胞产生的一团不定型的疏散排列的薄壁细胞。细胞的大小、形状、液泡化程度、胞质含量和细胞壁特性具很大差异；细胞水平已分化，但没有组织、器官水平分化，无组织结构去脱分化dedifferentiation：一个已经停止分裂的成熟细胞转变为分生状态，并形成未分化的细胞团或愈伤组织的现象。,21,第二十一页，共七十二页。,再分化redifferentiation：指原已分化的细胞过脱分化后再次分化的现象，最终可进一步形成完整的小植株。继代培养subculture：是指愈伤组织在培养基上生长一段时间后，营养物枯竭，水分散失，并已积累了一些代谢产物，此时需要将这些组织转移到新的培养基上进行培养的方
9、式。胚状体embryoid：是在植物组织培养中起源于非合子细胞，经过胚胎发生和胚胎发育形成的胚状结构，其主要特征是有根、芽两极，和母体植物或外植体的维管组织无直接联系。,22,第二十二页，共七十二页。,第二十三页，共七十二页。,5.植物组织培养根本步骤：,培养材料的采集；培养材料的消毒；制备外植体；接种和培养；根的诱导；组织苗的练苗移栽。,24,第二十四页，共七十二页。,植物材料的采集和取材,25,第二十五页，共七十二页。,外植体的制备,26,第二十六页，共七十二页。,外植体：从活植物体上切下进行培养的那局部组织或器官。外植体灭菌消毒根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等；用消毒过的器械将外植体置于
10、培养皿上；切取所需的外植体；将外植体接种于培养容器的培养基上。整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织。,第二十七页，共七十二页。,接种,第二十八页，共七十二页。,6.愈伤组织培养的根本过程：,愈伤组织的形成；愈伤组织的生长；愈伤组织的分化和形态的发生。,29,第二十九页，共七十二页。,愈伤组织的形成,愈伤组织：在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞细胞排列疏松、无规那么。,第三十页，共七十二页。,愈伤组织的形成,第三十一页，共七十二页。,32,第三十二页，共七十二页。,33,第三十三页，共七十二页。,试管苗的形成,第三十四页，共七
11、十二页。,试管苗,35,第三十五页，共七十二页。,36,第三十六页，共七十二页。,培养室,第三十七页，共七十二页。,移栽,经过炼苗的小苗，可以和一般植物一样进行大规模栽培,第三十八页，共七十二页。,第三十九页，共七十二页。,试管苗大规模培养,第四十页，共七十二页。,实例：非洲紫罗兰的组织培养,第四十一页，共七十二页。,植物组织培养过程,42,第四十二页，共七十二页。,过程,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,根、芽,植物体,外植体,脱分化,植物激素：细胞分裂素、生长素,再分化,植物组织培养,植物组织培养条件：,含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的pH、适时光照等。,上
12、述过程中细胞的全能性和营养类型发生了什么变化？,第四十三页，共七十二页。,7.植物组织培养的应用,1植物离体快繁2培养无病毒植株植株脱病毒3花药离体培养单倍体育种4制作“人工种子5利用愈伤组织生产植物细胞产品,第四十四页，共七十二页。,人工种子,用人工种皮包被体细胞胚，可以制造人工种子人工种皮：藻酸钠解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题,第四十五页，共七十二页。,人工种子,自然种子,第四十六页，共七十二页。,制作过程,体细胞胚与藻酸钠混合后，滴入到硝酸钙或CaCl2中，20分钟后，外表聚合，形成人工种子,第四十七页，共七十二页。,细胞产物的工厂化生产,第四十八页，共七十二页。,第三节
13、植物细胞培养一概述二植物细胞培养的培养基三植物细胞生物反响器大规模培养四植物细胞培养的应用,49,第四十九页，共七十二页。,一、概述1.概念植物细胞培养：是指在离体条件下，将愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中进行振荡培养，得到悬浮细胞，再通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量细胞群体的技术。它是在组培根底上开展起来的。,50,第五十页，共七十二页。,细胞培养的目的不是使细胞形成组织以致更多的植物体，而是通过大规模的细胞培养获得人类所需的细胞次生代谢产物。,与组织培养不同的是：,第五十一页，共七十二页。,2.方法：,第五十二页，共七十二页。,根据培养对象,根据培养基类型,单细胞培养单倍体培
14、养原生质体培养,悬浮培养液体培养固体培养,3.分类：,第五十三页，共七十二页。,54,第五十四页，共七十二页。,二、植物细胞培养的培养基无机盐类：如硝酸盐、铵盐碳源：如蔗糖、葡萄糖植物生长激素：主要是生长素和细胞分裂素有机氮源：如某些蛋白质的水解产物，谷氨酰胺或氨基酸混合物复合物质：细胞生长调节剂，复杂物质。如：酵母抽提液、麦芽抽提液、椰子汁、水果汁如椰子汁,第五十五页，共七十二页。,三、植物细胞生物反响器大规模培养,1.培养特性与微生物比较，植物细胞大。悬浮培养时，植物细胞易结团细胞数2200，直径2mm；易分泌粘多糖硅油降低粘度，易产生泡沫需消泡。细胞有壁，易受剪切力高的装置损伤。与微生物
15、细胞相比，生长慢，周期长，分批需2-3周，半连续或连续需2-3个月。与微生物细胞比较，需光、好气，CO2/O2比要控制。单细胞3-5天内可分裂，1周后形成小细胞团，2周后可将小愈伤组织转移至分化培养基上，连续光照，3周后可分化出试管苗。植物悬浮细胞生长与增殖可分为：延迟、对数生长、直线生长、减缓、静止、衰亡期。,56,第五十六页，共七十二页。,第五十七页，共七十二页。,2.培养过程,58,第五十八页，共七十二页。,第五十九页，共七十二页。,第六十页，共七十二页。,四、植物细胞培养的应用,61,第六十一页，共七十二页。,第四节原生质体培养和体细胞杂交,62,第六十二页，共七十二页。,一、原生质体
16、培养技术线路，以经济海藻红篱为例,63,第六十三页，共七十二页。,原生质体：是指取出植物体细胞壁后获得的裸露的植物细胞。主要来源于各种植物的叶片、根尖等部位，也可从组织培养产生的愈伤组织中获得。,第六十四页，共七十二页。,1.定义：用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。2.优势：与有性杂交方法比较打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。,二、体细胞杂交,第六十五页，共七十二页。,3.根本步骤,第六十六页，共七十二页。,(2),(3),(4),(5),植物体细胞杂交过程示意图,第六十七页，共七十二页。,根本过程,获得原生质体,获得杂种细胞,获得杂种植株,第六十八页，共七十二页。,植物间的体细胞杂交所得到的杂交细胞，已到达了完整的植株水平，获得了新的杂交植物，使来自两个亲本细胞的基因有可能都被表达，这就打破了远缘生物不能杂交的屏障，提供了创造新物种的可能。,4.意义,第六十九页，共七十二页。,本章内容到此结束,谢谢大家,欢送研讨,第七十页，共七十二页。,【复习思考题】名词解释：去分化、再分化、外植体、胚状体简要比较植
