植物组织培养 (2)精选课件.ppt

关于植物组织培养关于植物组织培养(2)第一页，本课件共有47页第一章第一章 绪绪 论论1.1 植物组织培养的定义与类型植物组织培养的定义与类型1.1.11.1.1植物组织培养的定义植物组织培养的定义植物组织培养：植物组织培养：指在无菌无菌条件下，将离体离体的植物器官（根、茎、叶、花、果实等）、组织（形成层、花药组织、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞和生殖细胞）以及原生质体，培养在人工配制的培养基人工配制的培养基上，给予适当的培养环境，使其长成完整植株的过程。第二页，本课件共有47页第三页，本课件共有47页第四页，本课件共有47页第五页，本课件共有47页康乃馨组织培养第六页，本课件共有47页1.1.2 植物组织培养的类型（1）根据培养的植物材料不同分为：植株培养：对幼苗和较大植株等的培养。植株培养：对幼苗和较大植株等的培养。胚胎培养：包括成熟胚、幼胚、子房、胚珠等的培养。器官培养：包括离体根、茎、叶、果实、种子、花器官器官培养：包括离体根、茎、叶、果实、种子、花器官的培养。的培养。组织培养（包括组织培养（包括愈伤组织愈伤组织培养）：如分生组织、薄壁组织、输导组织培养。细胞或原生质体培养：细胞或原生质体培养：第七页，本课件共有47页（2 2）根据培养目的来分）根据培养目的来分试管嫁接试管嫁接试管受精试管受精试管加倍试管加倍试管育种（3 3）根据培养方法分根据培养方法分平板培养微室培养微室培养悬浮培养悬浮培养单细胞培养单细胞培养第八页，本课件共有47页（4）根据培养过程分初代培养（第一代培养）初代培养（第一代培养）指将从植物体上分离下来的指将从植物体上分离下来的外植体作第一次组织培养。外植体作第一次组织培养。继代培养继代培养指第一次培养以后将培养物转移到新的培指第一次培养以后将培养物转移到新的培养基上进行组织培养。养基上进行组织培养。（5）根据培养基态相不同分固体培养指在培养基中加凝固剂液体培养指在培养基中不加凝固剂的组织培养。指在培养基中不加凝固剂的组织培养。第九页，本课件共有47页愈伤组织：原指植物在受伤后于其伤口表面形成的一团薄壁细胞。在植物组织培养中，是指在人工培养基上由外植体形成的一团无序生长的薄壁细胞。第十页，本课件共有47页外植体：把由活植物体上提取下来接种在培养基上的无菌细胞、组织、器官等均称为外植体。第十一页，本课件共有47页植物组织培养的理论依据植物组织培养的理论依据细胞全能性细胞全能性是指植物体任何一个细胞都携带着一套发育成完整植株的全部遗传信息，在离体培养情况下，这些信息可以表达，产生出完整植株。其理论依据是植物细胞具有其理论依据是植物细胞具有其理论依据是植物细胞具有其理论依据是植物细胞具有全能性全能性全能性全能性(totipotency)(totipotency)。全能性的表现：全能性的表现：全能性的表现：全能性的表现：受精卵受精卵 （正常的分化（正常的分化（正常的分化（正常的分化 ）离体组织或器官离体组织或器官 （脱分化与再分化）（脱分化与再分化）第十二页，本课件共有47页分化、脱分化与再分化分化、脱分化与再分化分化：分化：分化是指个体发育过程中，不同部位的细胞分化是指个体发育过程中，不同部位的细胞形态结构和生理功能发生改变，形成不同组织或形态结构和生理功能发生改变，形成不同组织或器官。器官。第十三页，本课件共有47页细胞按照分裂能力分为三类细胞按照分裂能力分为三类:n第一类是始终保持分裂能力第一类是始终保持分裂能力,如茎尖、根尖及形成如茎尖、根尖及形成如茎尖、根尖及形成如茎尖、根尖及形成层细胞；层细胞；层细胞；层细胞；n n第二类是永久失去分裂能力的终端分化细胞，如筛管、第二类是永久失去分裂能力的终端分化细胞，如筛管、第二类是永久失去分裂能力的终端分化细胞，如筛管、第二类是永久失去分裂能力的终端分化细胞，如筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞；导管、气孔保卫细胞等特化细胞；导管、气孔保卫细胞等特化细胞；导管、气孔保卫细胞等特化细胞；n第三类是在通常情况下不分裂，但在受到外界第三类是在通常情况下不分裂，但在受到外界刺激后可重新启动分裂的细胞。如表皮细胞及刺激后可重新启动分裂的细胞。如表皮细胞及各种薄壁细胞。各种薄壁细胞。第十四页，本课件共有47页一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在自然部位上所处位置和生理状态。在自然部位上所处位置和生理状态。在自然部位上所处位置和生理状态。在自然部位上所处位置和生理状态。第十五页，本课件共有47页n根据细胞类型不同从强到弱根据细胞类型不同从强到弱:营养生长中心营养生长中心营养生长中心营养生长中心形成层形成层形成层形成层 薄壁细胞薄壁细胞薄壁细胞薄壁细胞厚壁细胞（木质厚壁细胞（木质厚壁细胞（木质厚壁细胞（木质化细胞）化细胞）化细胞）化细胞）特化细胞（筛管、导管细胞）特化细胞（筛管、导管细胞）特化细胞（筛管、导管细胞）特化细胞（筛管、导管细胞）n n根据细胞所处的组织不同从强到弱：根据细胞所处的组织不同从强到弱：根据细胞所处的组织不同从强到弱：根据细胞所处的组织不同从强到弱：顶端分生组织顶端分生组织顶端分生组织顶端分生组织 居间分生组织居间分生组织居间分生组织居间分生组织 侧生分生组织侧生分生组织 薄壁组薄壁组薄壁组薄壁组织（基本组织）织（基本组织）织（基本组织）织（基本组织）厚角组织厚角组织厚角组织厚角组织 辅导组织辅导组织辅导组织辅导组织 厚壁组织厚壁组织厚壁组织厚壁组织第十六页，本课件共有47页脱分化脱分化也称也称去分化去分化，是指离体条件下生长的细胞、，是指离体条件下生长的细胞、组织或器官逐渐失去原来的结构和功能而恢复组织或器官逐渐失去原来的结构和功能而恢复分生能力，形成无组织结构的细胞团或愈伤组分生能力，形成无组织结构的细胞团或愈伤组织的过程。织的过程。再分化再分化是由脱分化形成的愈伤组织重新分化出特是由脱分化形成的愈伤组织重新分化出特定细胞、组织和器官的过程。定细胞、组织和器官的过程。第十七页，本课件共有47页细胞全能性细胞全能性脱分化脱分化个体再生个体再生再分化再分化细胞分裂细胞分裂细胞全能性的表达是通过细胞脱分化和再分化实现的，在大多数情况下，脱分化是细胞全能性表达的前提，再分化是细胞全能性表达的最终体现。第十八页，本课件共有47页组织培养中的再分化包括下面组织培养中的再分化包括下面4个水平：个水平：n n细胞水平的再分化细胞水平的再分化细胞水平的再分化细胞水平的再分化n n组织水平的再分化组织水平的再分化组织水平的再分化组织水平的再分化n n器官水平的再分化（器官发生）器官水平的再分化（器官发生）器官水平的再分化（器官发生）器官水平的再分化（器官发生）n n植株水平的分化（植株再生）植株水平的分化（植株再生）植株水平的分化（植株再生）植株水平的分化（植株再生）第十九页，本课件共有47页n n细胞水平的再分化细胞水平的再分化细胞水平的再分化细胞水平的再分化：愈伤组织生长、不断分裂，分化：愈伤组织生长、不断分裂，分化：愈伤组织生长、不断分裂，分化：愈伤组织生长、不断分裂，分化出不同的细胞类群。主要有薄壁细胞、分生细胞、色出不同的细胞类群。主要有薄壁细胞、分生细胞、色出不同的细胞类群。主要有薄壁细胞、分生细胞、色出不同的细胞类群。主要有薄壁细胞、分生细胞、色素细胞、石细胞、纤维细胞等。素细胞、石细胞、纤维细胞等。素细胞、石细胞、纤维细胞等。素细胞、石细胞、纤维细胞等。n n组织水平的再分化：组织水平的再分化：组织水平的再分化：组织水平的再分化：在高水平生长素条件下，最常见的在高水平生长素条件下，最常见的在高水平生长素条件下，最常见的在高水平生长素条件下，最常见的是微管束（是微管束（是微管束（是微管束（Vascular tissue）的分化。松散的愈伤组）的分化。松散的愈伤组织内含大量拟分生组织或瘤状结构；致密的愈伤组织内含大量拟分生组织或瘤状结构；致密的愈伤组织内组织分化很少，大多由高度液泡化的细胞组成。织内组织分化很少，大多由高度液泡化的细胞组成。第二十页，本课件共有47页n n器官水平的再分化：器官水平的再分化：器官水平的再分化：器官水平的再分化：由分化出的不同组织形成各种器官，如芽、由分化出的不同组织形成各种器官，如芽、由分化出的不同组织形成各种器官，如芽、由分化出的不同组织形成各种器官，如芽、茎、叶、根等。茎、叶、根等。茎、叶、根等。茎、叶、根等。根据起源不同，分为两种类型：根据起源不同，分为两种类型：根据起源不同，分为两种类型：根据起源不同，分为两种类型：n n直接器官发生（器官型）：直接器官发生（器官型）：直接器官发生（器官型）：直接器官发生（器官型）：直接从外植体的细胞形成器官原基，然后发育成直接从外植体的细胞形成器官原基，然后发育成直接从外植体的细胞形成器官原基，然后发育成直接从外植体的细胞形成器官原基，然后发育成器官。器官。器官。器官。n n间接器官发生（器官发生型）：间接器官发生（器官发生型）：间接器官发生（器官发生型）：间接器官发生（器官发生型）：先形成愈伤组织，再由愈伤组织产生不先形成愈伤组织，再由愈伤组织产生不先形成愈伤组织，再由愈伤组织产生不先形成愈伤组织，再由愈伤组织产生不同的器官原基，后形成不同器官。同的器官原基，后形成不同器官。同的器官原基，后形成不同器官。同的器官原基，后形成不同器官。第二十一页，本课件共有47页n n植株水平的再分化（植株再生）：植株水平的再分化（植株再生）：植株水平的再分化（植株再生）：植株水平的再分化（植株再生）：根、茎或芽器根、茎或芽器根、茎或芽器根、茎或芽器官的发生可使植株重建。先诱导分化出芽，后官的发生可使植株重建。先诱导分化出芽，后官的发生可使植株重建。先诱导分化出芽，后官的发生可使植株重建。先诱导分化出芽，后形成根较好。形成根较好。形成根较好。形成根较好。离体培养中再生植株的主要途径有：离体培养中再生植株的主要途径有：n n器官发生器官发生器官发生器官发生n n胚胎发生胚胎发生胚胎发生胚胎发生第二十二页，本课件共有47页直接器官发生直接器官发生 间接器官发生间接器官发生体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生第二十三页，本课件共有47页细胞全能性的表达细胞全能性的表达：尽管理论上每个细胞都具有：尽管理论上每个细胞都具有全能性，但实际表达难易程度却随植物种类、全能性，但实际表达难易程度却随植物种类、组织和细胞的不同而异。组织和细胞的不同而异。动植细胞全能性的表现程度存在明显的差异动植细胞全能性的表现程度存在明显的差异.第二十四页，本课件共有47页第二十五页，本课件共有47页1.2 植物组织培养的发展简史与应用植物组织培养的发展简史与应用1.2.1发展简史1.2.1.1理论准备时期（从2020世纪初至世纪初至3030年代中年代中）植物组织培养是本世纪初开始，以植物生理学为基础发展起来的。1838年，德国植物学家年，德国植物学家施莱登施莱登和德国动物学家和德国动物学家施旺施旺创立创立了细胞学说。了细胞学说。19021902年年德国植物学家HaberlandtHaberlandt提出了细胞全能性概念。提出了细胞全能性概念。19041904年，HanningHanning首次对十字花科的萝卜和辣根的胚培首次对十字花科的萝卜和辣根的胚培养成功。养成功。第二十六页，本课件共有47页1922年，Knotte和Robbins对离体根尖培养成功。1925年，Laibach利用胚培养技术对亚麻的种间杂种胚进行了培养，并于1929年利用亚麻的胚培养来克服杂交不亲和性。第二十七页，本课件共有47页1.2.1.2理论与技术发展时期（从2020世纪世纪3030年代末到年代末到5050年代末）两个重要的发现：一：认识了一：认识了B B族维生素族维生素对植物生长的重要意义；对植物生长的重要意义；二：发现了生长素生长素是一种天然的生长调节物质。离体培养的基本技术方法已经成熟。离体培养的基本技术方法已经成熟。第二十八页，本课件共有47页19331933年，我国植物生理学家年，我国植物生理学家李继侗李继侗培养银杏胚胎，并培养银杏胚胎，并发现银杏胚乳提取液可促进离体胚的生长。发现银杏胚乳提取液可促进离体胚的生长。19341934年，美国植物生理学家怀特（年，美国植物生理学家怀特（White）培养番茄）培养番茄的根，建立了活跃生长的无性繁殖系。从而使非胚的根，建立了活跃生长的无性繁殖系。从而使非胚器官的培养首次获得成功。在试验中，器官的培养首次获得成功。在试验中，WhiteWhite发现发现B族维生素对离体根培养的重要性。并指出族维生素对离体根培养的重要性。并指出IAAIAA对植对植物生长发育的控制起重要作用。物生长发育的控制起重要作用。19371937年，Gautheret用柳树形成层进行离体培养获得成功；同年，用柳树形成层进行离体培养获得成功；同年，NobecourtNobecourt 离体培养胡萝卜和马铃薯获得成功。此离体培养胡萝卜和马铃薯获得成功。此三人被誉为植物组织培养奠基人。三人被誉为植物组织培养奠基人。第二十九页，本课件共有47页 SkoogSkoog(1944)1944)和和崔澄（崔澄（19481948），通过对烟草茎段和髓培养发现，），通过对烟草茎段和髓培养发现，不定芽和不定根的发生由生长素不定芽和不定根的发生由生长素/腺嘌呤的比例决定。腺嘌呤的比例决定。19521952年，年，MorelMorel和和MartinMartin首次证实，通过茎尖分生组织的离体培养，首次证实，通过茎尖分生组织的离体培养，可以由已受病毒侵染的大丽花中获得无病毒植株。可以由已受病毒侵染的大丽花中获得无病毒植株。19531953年，年，MuirMuir进行单细胞培养获得初步成功。进行单细胞培养获得初步成功。19561956年，年，MillerMiller等由鲱鱼精子等由鲱鱼精子DNADNA中分离出一种首次为人所知的细中分离出一种首次为人所知的细胞分裂素，并把它定名为激动素胞分裂素，并把它定名为激动素(kinetin)(kinetin)。19571957年，年，SkoogSkoog和和MillerMiller提出了有关植物激素控制器官形成的概念。提出了有关植物激素控制器官形成的概念。19581958年，年，StewardSteward等以胡萝卜为材料，首次通过实验证实了等以胡萝卜为材料，首次通过实验证实了HaberlandtHaberlandt关于细胞全能性的设想，成为了植物组织培养研关于细胞全能性的设想，成为了植物组织培养研究历史中的一个里程碑。究历史中的一个里程碑。第三十页，本课件共有47页1.2.1.31.2.1.3蓬勃发展和应用时期（蓬勃发展和应用时期（从从2020世纪世纪60年代至今年代至今）19601960年，英国人CockingCocking用酶法分离原生质体成功，开用酶法分离原生质体成功，开创了植物原生质体培养和体细胞杂交的工作。创了植物原生质体培养和体细胞杂交的工作。同年，MorelMorel利用兰花茎尖培养对兰花进行营养繁殖；利用兰花茎尖培养对兰花进行营养繁殖；由于这一方法有巨大的实用价值，很快被兰花生产由于这一方法有巨大的实用价值，很快被兰花生产者所者所 采用，迅速建立起采用，迅速建立起“兰花工业”。19621962年，年，MurashigeMurashige和和Skoog开发出最著名的开发出最著名的MurashigeMurashige和和Skoog培养基（培养基（MSMS基本培养基），并被基本培养基），并被后来广泛采用的基本培养基。后来广泛采用的基本培养基。第三十一页，本课件共有47页19641964年，印度人年，印度人GuhaGuha和MaheshwariMaheshwari利用曼陀罗花粉培养利用曼陀罗花粉培养获得第一例单倍体植株。从而开辟了单倍体育种技术。获得第一例单倍体植株。从而开辟了单倍体育种技术。19711971年，年，TakebeTakebe等获得第一例原生质体培养的再生植等获得第一例原生质体培养的再生植株。株。19721972年，年，Carlson 通过两个种的烟草原生质体融合培养，获得了第一个体细胞杂交的杂种植株。19781978年，年，MelchersMelchers等进行了番茄和马铃薯的体细胞杂等进行了番茄和马铃薯的体细胞杂交。交。19811981年，LarkinLarkin和和ScowcroftScowcroft引入引入“体细胞无性系变异体细胞无性系变异（Somaclonal variationSomaclonal variation）”这一术语。第三十二页，本课件共有47页1982年，Zimmermann利用电刺激进行原生质体融合。开发了原生质体的电融合法。1983年，Zambryski等用根瘤农杆菌转化烟草，获得首例转基因植物。1985年，Horsch等用土壤农杆菌对叶盘进行感染和转化，并得到再生的转化植株。1987年，美国人Sanford等发明了基因枪法用于单子叶植物的遗传转化。第三十三页，本课件共有47页60年代以来组织培养技术的发展，概括起来可以分四方面：（1）原生质体培养取得重大突破（2）花药培养取得显著成绩（3）微繁技术得到广泛应用（4）组织培养与基因工程的紧密结合第三十四页，本课件共有47页1.2.2 1.2.2 组织培养的应用组织培养的应用1.2.2.1植物的快速繁殖（离体快繁）植物的快速繁殖（离体快繁）采用组织培养每年的增殖率可达数百万倍，可以一次采用组织培养每年的增殖率可达数百万倍，可以一次性获得大量基因型相同、规格整齐一致的优质无性性获得大量基因型相同、规格整齐一致的优质无性系苗木。系苗木。目前，园艺作物及经济林木等部分或大部分都用离目前，园艺作物及经济林木等部分或大部分都用离体快繁提供苗木，试管苗在国际市场上已形成产业体快繁提供苗木，试管苗在国际市场上已形成产业化。化。第三十五页，本课件共有47页园艺植物种苗工厂化生产园艺植物种苗工厂化生产第三十六页，本课件共有47页1.2.2.2脱除病毒很多无性繁殖植物都带有病毒，病毒在体内积累，影响其生长和产量，对生产造成极大损失。但感病植株并非每个部位都带有病毒，但感病植株并非每个部位都带有病毒，White早在早在19431943年年就发现，植物生长点附近的病毒浓度很低甚至无病毒。就发现，植物生长点附近的病毒浓度很低甚至无病毒。利用组织培养的方法，取一定大小的茎尖进行培养，利用组织培养的方法，取一定大小的茎尖进行培养，再生植株就可脱除病毒，获得脱病毒小苗。再生植株就可脱除病毒，获得脱病毒小苗。第三十七页，本课件共有47页virus-freetissue茎尖培养脱毒茎尖培养脱毒第三十八页，本课件共有47页1.2.2.3用于植物育种单倍体育种单倍体育种，可用花粉花药培养产生单倍体；由于具由于具有多有基因均能表现、基因型可快速纯合等优点，单倍有多有基因均能表现、基因型可快速纯合等优点，单倍体育种已成为一种新的育种手段。体育种已成为一种新的育种手段。第三十九页，本课件共有47页突变体的筛选培育n n在细胞和组织培养进程中，基因型易发生变异，因此人们可采用射线对培养物照射让其产生变异，从中选择理想的突变体，育成新品种。如：用基因枪将目的基因嵌入要改良的品种中去，最后育成优良品种。第四十页，本课件共有47页培育远缘杂种:受精后障碍导致远缘杂交的植物不孕，采用受精后障碍导致远缘杂交的植物不孕，采用胚的早期离的早期离体体培养培养可以使杂种胚正常发育，产生远缘杂交后代，可以使杂种胚正常发育，产生远缘杂交后代，从而育成新物种。即从而育成新物种。即胚培养胚培养，可拯救杂种胚克服远缘杂交障碍通过通过原生质体的的融合融合，可以克服有性杂交不亲和性，从而获得体细胞杂种，创制出新物种或新类型。幼胚拯救克服远缘杂交障碍幼胚拯救克服远缘杂交障碍第四十一页，本课件共有47页1.2.2.4 植物种质资源的离体保存目前种质的保存和基因库的建立在育种工作中是十分重要的。由于组织培养材料的体积小，利于在低温（如低温冰箱）或超低温（如-1960 0C C液态氮）中长液态氮）中长期保存。期保存。种质资源的离体保存种质资源的离体保存第四十二页，本课件共有47页1.2.2.5 1.2.2.5 人工种子的研究人工种子的研究人工种子人工种子-是指植物离体培养产生的胚状体或不定是指植物离体培养产生的胚状体或不定芽被包裹在含有营养和保护功能的人工胚乳和人芽被包裹在含有营养和保护功能的人工胚乳和人工种皮中，从而形成能发芽出苗的颗粒体。作为工种皮中，从而形成能发芽出苗的颗粒体。作为繁殖材料。繁殖材料。这为某些稀有和珍贵物种的繁殖提供了一种高效的手这为某些稀有和珍贵物种的繁殖提供了一种高效的手段。段。第四十三页，本课件共有47页第四十四页，本课件共有47页1.2.2.61.2.2.6次生代谢物的生产次生代谢物的生产利用组织培养或细胞的大规模培养，可以生产人类需要利用组织培养或细胞的大规模培养，可以生产人类需要的一些天然有机化合物，如蛋白质、脂肪、糖类、药的一些天然有机化合物，如蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱及其他活性化合物。物、香料、生物碱及其他活性化合物。目前，已从200200多种植物的培养组织或细胞中获得多种植物的培养组织或细胞中获得了了500500多种有效代谢化合物，包括一些重要药物，有4040余种化合物在培养细胞中的含量超过原植物。余种化合物在培养细胞中的含量超过原植物。第四十五页，本课件共有47页人参细胞悬浮培人参细胞悬浮培养养第四十六页，本课件共有47页感感谢谢大大家家观观看看第四十七页，本课件共有47页