植物组织培养原理精选PPT.ppt

关于植物组织培养原理第1页，讲稿共72张，创作于星期二影响植物离体形态发生的因素影响植物离体形态发生的因素细胞全能性和细胞分化细胞全能性和细胞分化 离体条件下器官发生离体条件下器官发生 体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生第2页，讲稿共72张，创作于星期二知识点:基本概念：植物细胞全能性、细胞分化、基本概念：植物细胞全能性、细胞分化、脱分化、再分化脱分化、再分化植物离体培养中再生植株有哪些途径？植物离体培养中再生植株有哪些途径？愈伤组织是如何形成与生长的？愈伤组织是如何形成与生长的？植物体细胞胚胎发生有哪些途径？植物体细胞胚胎发生有哪些途径？影响植物离体形态发生的因素有哪些？影响植物离体形态发生的因素有哪些？第3页，讲稿共72张，创作于星期二第一节 植物细胞全能性和细胞分化植物组织培养的核心理论：植物组织培养的核心理论：植物细胞全能性理论植物细胞全能性理论（Haberlandt,1902）。第4页，讲稿共72张，创作于星期二细胞全能性概述细胞全能性概述细胞脱分化细胞脱分化细胞再分化细胞再分化第5页，讲稿共72张，创作于星期二定义：定义：19021902年由年由HaberlandtHaberlandt提出，即植物体细胞在适当的条件提出，即植物体细胞在适当的条件下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整植株的能力。下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整植株的能力。2020世纪世纪8080年代，每一个植物细胞具有该植物的全部遗传信息，年代，每一个植物细胞具有该植物的全部遗传信息，在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传信息，分化出植物有在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传信息，分化出植物有机体所有不同类型细胞，形成不同类型的器官甚至机体所有不同类型细胞，形成不同类型的器官甚至胚状体胚状体，直，直至形成完整再生植株。至形成完整再生植株。一、植物细胞的全能性（一、植物细胞的全能性（Totipotency）第6页，讲稿共72张，创作于星期二从从一一个个细细胞胞发发育育成成一一个个植植株株第7页，讲稿共72张，创作于星期二植物细胞全能性的证明是通过植物细胞全能性的证明是通过19581958年年StewardSteward等胡萝卜根段细胞体胚发生试验等胡萝卜根段细胞体胚发生试验及及19641964年年GuhaGuha等进行的曼陀罗花药培养。等进行的曼陀罗花药培养。第8页，讲稿共72张，创作于星期二细胞全能性的相对性细胞全能性的相对性:细胞全能性并不意味着任何细胞均可以直接细胞全能性并不意味着任何细胞均可以直接产生植物产生植物;动植细胞全能性的表现程度存在明显的动植细胞全能性的表现程度存在明显的差异差异.第9页，讲稿共72张，创作于星期二细胞按照分裂能力分为三类细胞按照分裂能力分为三类: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、根尖及形成层如茎尖、根尖及形成层细胞；细胞；第二类是永久失去分裂能力的终端分化细胞，如筛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；管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞；第三类是在通常情况下不分裂，但在受到外界刺激后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。如表皮细胞及各种薄壁细胞。可重新启动分裂的细胞。如表皮细胞及各种薄壁细胞。第10页，讲稿共72张，创作于星期二一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取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。决于它在自然部位上所处位置和生理状态。决于它在自然部位上所处位置和生理状态。决于它在自然部位上所处位置和生理状态。第11页，讲稿共72张，创作于星期二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 形成层形成层 薄壁细胞薄壁细胞 厚壁细胞（木质厚壁细胞（木质化细胞）化细胞）特化细胞（筛管、导管细胞）特化细胞（筛管、导管细胞）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 居间分生组织居间分生组织 侧生分生组织侧生分生组织 薄壁组织薄壁组织（基本组织）（基本组织）厚角组织厚角组织 辅导组织辅导组织 厚壁组织厚壁组织第12页，讲稿共72张，创作于星期二 植物细胞全能性理论是植物组织培养的核心植物细胞全能性理论是植物组织培养的核心理论。离体细胞具有生命的特征属性，在全能性理论。离体细胞具有生命的特征属性，在全能性的基础上，提供合适的营养和环境条件，离体细的基础上，提供合适的营养和环境条件，离体细胞经历胞经历脱分化（脱分化（dedifferentiation）和和再分化再分化（redifferentiation）过程，可形成再生植物。过程，可形成再生植物。第13页，讲稿共72张，创作于星期二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，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再分化是细胞全能性表达的最终体现。第14页，讲稿共72张，创作于星期二 植植物物干干细细胞胞：存存在在于于植植物物顶顶端端分分生生组组织织（茎茎尖尖和和根根尖尖分分生生组组织织）的的原原始始细细胞胞团团，也也存存在在于于形形成成层层等等各各种种次次生生分分生生组组织织中中；植植物离体胚性细胞定义为植物全能性干细胞物离体胚性细胞定义为植物全能性干细胞。具有再生能力的具有再生能力的愈伤组织或悬浮愈伤组织或悬浮培养细胞培养细胞植物干细胞植物干细胞变异变异第15页，讲稿共72张，创作于星期二拟南芥顶端分生组拟南芥顶端分生组织中的干细胞织中的干细胞第16页，讲稿共72张，创作于星期二拟南芥根尖分生组拟南芥根尖分生组织中的干细胞织中的干细胞第17页，讲稿共72张，创作于星期二 干细胞能够很好的展现植物细胞的全能性，因此植物干细胞能够很好的展现植物细胞的全能性，因此植物干细胞的选择和诱导是植物离体培养再生技术体系的关键干细胞的选择和诱导是植物离体培养再生技术体系的关键环节。环节。植物干细胞植物干细胞自我自我更新更新再生再生能力能力遗传遗传稳定稳定第18页，讲稿共72张，创作于星期二 1 1、定义：、定义：分化（分化（differentiationdifferentiation）：）：是指植物体各个部分出现是指植物体各个部分出现异质性异质性的现象，的现象，体现在细胞分化、组织分化、器官分化三个水平上。体现在细胞分化、组织分化、器官分化三个水平上。细胞分化：细胞分化：指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在的发指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在的发育方式改变的过程。是基因选择性活化或阻遏的结果。育方式改变的过程。是基因选择性活化或阻遏的结果。细胞分化是细胞分化是组织分化和器官分化组织分化和器官分化的基础，是离体培养再分化的基础，是离体培养再分化和植株再生得以实现的基础。和植株再生得以实现的基础。二、植物细胞分化二、植物细胞分化第19页，讲稿共72张，创作于星期二2、植物细胞分化的某些规律和机理（1 1）细胞分化分为细胞分化分为形态结构分化和生理生化分化形态结构分化和生理生化分化两类，生理生化两类，生理生化分化在形态结构分化之前。分化在形态结构分化之前。（2 2）植物中细胞发育的途径一旦被）植物中细胞发育的途径一旦被“决定决定”（determinationdetermination），），通常不易改变。而离体培养可以通过脱分化而丧失这种通常不易改变。而离体培养可以通过脱分化而丧失这种“决定决定”。（3 3）分化与极性（）分化与极性（PolarityPolarity）关系密切。）关系密切。第20页，讲稿共72张，创作于星期二（4 4）细胞分裂细胞分裂对细胞分化具有重要作用。特定环境条对细胞分化具有重要作用。特定环境条件下进行的细胞分裂可以导致特定的细胞分化，由不件下进行的细胞分裂可以导致特定的细胞分化，由不等分裂形成的分化细胞说明了等分裂形成的分化细胞说明了细胞质细胞质在细胞分化中的在细胞分化中的作用。作用。（5 5）植物生长调节剂植物生长调节剂有明显调节作用。如生长素与分裂素有明显调节作用。如生长素与分裂素比值，高，促进生根；低，促进长芽。比值，高，促进生根；低，促进长芽。（6 6）染色体和）染色体和DNADNA的变化对细胞分化影响比较大。如核的变化对细胞分化影响比较大。如核内多倍体的形成。内多倍体的形成。（7）生理隔离现象）生理隔离现象第21页，讲稿共72张，创作于星期二第二节 离体条件下植物器官发生 植物的离体器官发生是指培养条件下的组织或细胞团植物的离体器官发生是指培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成根、芽、茎等器官的过程。不定根、（愈伤组织）分化形成根、芽、茎等器官的过程。不定根、不定芽是指在一些非正常发生部位形成的根或芽，离体培不定芽是指在一些非正常发生部位形成的根或芽，离体培养中通常是指从愈伤组织上发生的根或芽。养中通常是指从愈伤组织上发生的根或芽。第22页，讲稿共72张，创作于星期二一、脱分化一、脱分化1 1、脱分化（、脱分化（DedifferentiationDedifferentiation）：）：也称去分化，指离体条也称去分化，指离体条件下生长的细胞、组织或器官经过细胞分裂或不分裂逐渐件下生长的细胞、组织或器官经过细胞分裂或不分裂逐渐失去原来的结构和功能而恢复分生状态，形成失去原来的结构和功能而恢复分生状态，形成无组织结构无组织结构的细胞团或愈伤组织或不分化细胞的细胞团或愈伤组织或不分化细胞的过程。的过程。如叶柄基部的薄壁细胞成为离层细胞；伤害导致局部细如叶柄基部的薄壁细胞成为离层细胞；伤害导致局部细胞形成愈伤组织。胞形成愈伤组织。第23页，讲稿共72张，创作于星期二 脱分化诱导期间会导致脱分化诱导期间会导致细胞膜透性细胞膜透性改变，细改变，细胞核增大，内质网范围扩大，多核糖体形成，过胞核增大，内质网范围扩大，多核糖体形成，过氧化物酶增加，蛋白质和酚类物质合成活跃等。氧化物酶增加，蛋白质和酚类物质合成活跃等。但目前对于脱分化的机理尚未完全阐明但目前对于脱分化的机理尚未完全阐明。2 2、脱分化的机理、脱分化的机理第24页，讲稿共72张，创作于星期二（1 1）损伤。损伤。切割损伤的刺激，促使细胞增殖。切割损伤的刺激，促使细胞增殖。（2 2）在诱导愈伤组织时常加入）在诱导愈伤组织时常加入生长素类生长素类，但同时配合细胞，但同时配合细胞分裂素的效果可能更好。分裂素的效果可能更好。（3 3）弱光或黑暗条件弱光或黑暗条件有利于脱分化中的细胞分裂。有利于脱分化中的细胞分裂。（4 4）细胞位置细胞位置。外植体本身的各类细胞可能对培养条件的刺激有。外植体本身的各类细胞可能对培养条件的刺激有不同的敏感性。不同的敏感性。（5 5）外植体的生理状态外植体的生理状态。不同生理年龄和不同季节都会有不同。不同生理年龄和不同季节都会有不同的培养反应。的培养反应。（6 6）植物种类植物种类的差异。的差异。一般双子叶植物比单子叶植物及裸子植一般双子叶植物比单子叶植物及裸子植物容易。物容易。3、影响、影响脱分化的主要因素脱分化的主要因素第25页，讲稿共72张，创作于星期二组织培养中的再分化包括下面4个水平：细胞水平的再分化细胞水平的再分化组织水平的再分化组织水平的再分化器官水平的再分化（器官发生）器官水平的再分化（器官发生）植株水平的分化（植株再生）植株水平的分化（植株再生）二、再分化二、再分化第26页，讲稿共72张，创作于星期二细胞水平的再分化细胞水平的再分化：愈伤组织生长、不断：愈伤组织生长、不断分裂，分化出不同的细胞类群。主要有薄分裂，分化出不同的细胞类群。主要有薄壁细胞、分生细胞、色素细胞、石细胞、壁细胞、分生细胞、色素细胞、石细胞、纤维细胞等。纤维细胞等。第27页，讲稿共72张，创作于星期二组织水平的再分化：组织水平的再分化：在高水平生长素条件下，在高水平生长素条件下，最常见的是微管束（最常见的是微管束（Vascular tissueVascular tissue）的分化。）的分化。松散的愈伤组织内含大量拟分生组织或瘤状松散的愈伤组织内含大量拟分生组织或瘤状结构；致密的愈伤组织内组织分化很少，大结构；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。多由高度液泡化的细胞组成。第28页，讲稿共72张，创作于星期二器官水平的再分化：器官水平的再分化：由分化出的不同组织形成各由分化出的不同组织形成各种器官，如芽、茎、叶、根等。种器官，如芽、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：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直接从外植体的细胞形成器官原基，然后发育成器官。官原基，然后发育成器官。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。组织产生不同的器官原基，后形成不同器官。第29页，讲稿共72张，创作于星期二植株水平的再分化（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。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：器官发生器官发生胚胎发生胚胎发生第30页，讲稿共72张，创作于星期二 2、影响细胞再分化因素：、影响细胞再分化因素：从理论上讲，在离体培养条件下经过再分化可获从理论上讲，在离体培养条件下经过再分化可获 得得各种类型的细胞、组织、器官以及再生植株。但是目前，各种类型的细胞、组织、器官以及再生植株。但是目前，还不能让所有植物的活细胞都再生植株。主要原因是：还不能让所有植物的活细胞都再生植株。主要原因是：（1）不同植物种类再分化的能力差异很大；）不同植物种类再分化的能力差异很大；（2）对某些植物再生条件还没有完全掌握。）对某些植物再生条件还没有完全掌握。第31页，讲稿共72张，创作于星期二三、愈伤组织三、愈伤组织（calluscallus）培养培养、愈伤组织的形成、愈伤组织的形成 在细胞脱分化过程中，大多数情况下形成愈伤组在细胞脱分化过程中，大多数情况下形成愈伤组织。愈伤组织的细胞往往是异质性的，无明显极性，织。愈伤组织的细胞往往是异质性的，无明显极性，其形成过程可分为诱导期、分裂期和分化期。其形成过程可分为诱导期、分裂期和分化期。第32页，讲稿共72张，创作于星期二 愈伤组织（愈伤组织（callus）原指植物体的局部受到创伤刺激后，在伤原指植物体的局部受到创伤刺激后，在伤口表面新生的组织。它由活的口表面新生的组织。它由活的薄壁细胞薄壁细胞组成，可起源于植物体任何器组成，可起源于植物体任何器官内各种组织的活细胞。官内各种组织的活细胞。第33页，讲稿共72张，创作于星期二黄瓜子房组织经脱分化形成胚性愈伤组织黄瓜子房组织经脱分化形成胚性愈伤组织第34页，讲稿共72张，创作于星期二第35页，讲稿共72张，创作于星期二u诱导期（起动期）诱导期（起动期）：是细胞准备分裂的时期。细胞大小几不变，内部：是细胞准备分裂的时期。细胞大小几不变，内部发生生理生化变化，迅速合成蛋白质和核酸。发生生理生化变化，迅速合成蛋白质和核酸。u分裂期分裂期：外层细胞分裂外层细胞分裂，中间细胞常不分裂，形成小芯。细胞分裂，中间细胞常不分裂，形成小芯。细胞分裂快，结构疏松，缺少结构，浅而透明。在原培养基上，细胞必分化，快，结构疏松，缺少结构，浅而透明。在原培养基上，细胞必分化，及时转移，其可无限制地进行细胞分裂，维持不分化状态及时转移，其可无限制地进行细胞分裂，维持不分化状态（愈伤的（愈伤的继代）继代）。u分化期分化期：细胞在形态和生理功能上的分化，出现形态和功能各异的细胞。：细胞在形态和生理功能上的分化，出现形态和功能各异的细胞。形成过程（三个时期）：形成过程（三个时期）：第36页，讲稿共72张，创作于星期二2、愈伤组织的生长、愈伤组织的生长 （1 1）生长生长：诱导期后，外植体外层细胞分裂，在组织受伤表面形成一层：诱导期后，外植体外层细胞分裂，在组织受伤表面形成一层愈伤组织，愈伤组织，细胞数目迅速增多，表层细胞平均重量下降，体积变小；降细胞数目迅速增多，表层细胞平均重量下降，体积变小；降低温度，可以使细胞生长速度减慢，平均大小可增加。低温度，可以使细胞生长速度减慢，平均大小可增加。（2 2）质地类型质地类型：松脆和致密两种。高浓度生长素，可使：松脆和致密两种。高浓度生长素，可使CallusCallus变得松脆；变得松脆；高浓度细胞分裂素，则可使致密。高浓度细胞分裂素，则可使致密。（3 3）生理生化变化生理生化变化：次生物质合成能力变化，对激素的需求变化：次生物质合成能力变化，对激素的需求变化等。等。第37页，讲稿共72张，创作于星期二3、愈伤组织的保持、愈伤组织的保持 转接转接 在多数情况下，随着继代培养代数增加和培养时间的延在多数情况下，随着继代培养代数增加和培养时间的延长，长，CallusCallus长势下降、褐变、分化和形态发生能力下降、降低甚长势下降、褐变、分化和形态发生能力下降、降低甚至死亡。所以在此之前，应及时转接至新鲜培养基上。至死亡。所以在此之前，应及时转接至新鲜培养基上。主要原因：遗传因素，染色体畸变、基因突变；主要原因：遗传因素，染色体畸变、基因突变；生理因素，生理因素，细细胞或组织内激素平衡的改变，细胞对外源生长物质的敏感性胞或组织内激素平衡的改变，细胞对外源生长物质的敏感性改变改变。后者可以通过调控培养条件而恢复。后者可以通过调控培养条件而恢复。第38页，讲稿共72张，创作于星期二4、愈伤组织形态发生、愈伤组织形态发生 （1 1）过程：过程：外层细胞分裂，逐渐减慢并停止；内部较深处外层细胞分裂，逐渐减慢并停止；内部较深处的细胞开始分裂，而且分裂方向也发生改变，形成的细胞开始分裂，而且分裂方向也发生改变，形成微管化微管化组织和瘤状结构组织和瘤状结构。（2 2）形态发生方式：形态发生方式：器官发生和体细胞胚胎发生。器官发生和体细胞胚胎发生。第39页，讲稿共72张，创作于星期二器官发生体细胞胚胎发生第40页，讲稿共72张，创作于星期二愈伤组织器官发生的方式：愈伤组织器官发生的方式：A A 先形成芽，芽的基部后产生后根；先形成芽，芽的基部后产生后根；B B 先形成根，根上再出芽；先形成根，根上再出芽；C C 愈伤组织的不同部位形成芽和根，然后形成微管束组愈伤组织的不同部位形成芽和根，然后形成微管束组织把两者结合起来织把两者结合起来.第41页，讲稿共72张，创作于星期二器官发生的过程：器官发生的过程：分为两种：分为两种：n 经过愈伤组织的器官发生经过愈伤组织的器官发生n 不经过愈伤组织的器官发生不经过愈伤组织的器官发生第42页，讲稿共72张，创作于星期二经过愈伤组织的器官发生过程愈伤组织形成愈伤组织形成生长中心形成生长中心形成器官原基及器官形成器官原基及器官形成第43页，讲稿共72张，创作于星期二不经过愈伤组织的器官发生过程不经过愈伤组织的器官发生过程有两种情况：有两种情况：外植体直接发生芽外植体直接发生芽茎尖培养中芽形成茎尖培养中芽形成第44页，讲稿共72张，创作于星期二第三节 植物体细胞胚胎发生 一、什么是植物体细胞胚胎发生？一、什么是植物体细胞胚胎发生？定义定义：植物离体培养的细胞、组织、器官产生类似：植物离体培养的细胞、组织、器官产生类似胚胚的结的结构，其形成也经历一个类似合子胚胎发生和发育过程，构，其形成也经历一个类似合子胚胎发生和发育过程，这种现象称为植物体细胞胚胎发生，形成的类似胚的这种现象称为植物体细胞胚胎发生，形成的类似胚的结构称为体细胞胚或胚状体。结构称为体细胞胚或胚状体。体细胞胚胎发生具有普遍性，目前已在体细胞胚胎发生具有普遍性，目前已在200200多种被子植物多种被子植物上观察到体胚发生过程。上观察到体胚发生过程。第45页，讲稿共72张，创作于星期二合子胚的合子胚的发生过程发生过程第46页，讲稿共72张，创作于星期二第47页，讲稿共72张，创作于星期二双子叶植物胚胎发生：双子叶植物胚胎发生：合子原胚球形胚合子原胚球形胚心型胚鱼雷胚心型胚鱼雷胚子叶胚子叶胚单子叶植物胚胎发生：单子叶植物胚胎发生：合子原胚球形胚盾型胚子叶胚合子原胚球形胚盾型胚子叶胚体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生与合子胚发生阶段类似，但体胚形成由与合子胚发生阶段类似，但体胚形成由体细胞体细胞（或小孢子等性细胞）形成。（或小孢子等性细胞）形成。第48页，讲稿共72张，创作于星期二合合子子心心型型胚胚 正正在在萌萌发发的的体体胚胚 合子胚与体胚比较合子胚与体胚比较第49页，讲稿共72张，创作于星期二 1 1、发生过程：、发生过程：一般分为一般分为5 5个阶段：胚性愈伤组织诱导、体细胞胚胎诱导、体个阶段：胚性愈伤组织诱导、体细胞胚胎诱导、体细胞胚胎早期分化发育、体细胞胚胎成熟、体细胞胚胎萌发和细胞胚胎早期分化发育、体细胞胚胎成熟、体细胞胚胎萌发和成苗。成苗。双子叶植物：体胚经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚到子叶胚双子叶植物：体胚经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚到子叶胚等阶段。等阶段。单子叶植物：与双子叶植物诱导发生过程类似，只是在单子叶植物：与双子叶植物诱导发生过程类似，只是在形态上无鱼雷形胚等阶段，成熟体胚上有盾片、胚芽鞘形态上无鱼雷形胚等阶段，成熟体胚上有盾片、胚芽鞘和胚根等结构。和胚根等结构。二、体细胞胚胎发生过程二、体细胞胚胎发生过程第50页，讲稿共72张，创作于星期二第51页，讲稿共72张，创作于星期二挪威云杉体细胞胚胎发生及体胚生长状态挪威云杉体细胞胚胎发生及体胚生长状态第52页，讲稿共72张，创作于星期二针叶松体细胞胚及体胚萌发生长针叶松体细胞胚及体胚萌发生长第53页，讲稿共72张，创作于星期二（1 1）胚性愈伤组织，通常较小，近圆形，具有较大的核和核胚性愈伤组织，通常较小，近圆形，具有较大的核和核仁，并高度染色，胞质浓厚。典型的胚性愈伤组织外表呈松脆仁，并高度染色，胞质浓厚。典型的胚性愈伤组织外表呈松脆颗粒状。颗粒状。（2 2）胚性细胞）胚性细胞DNADNA、RNARNA以及蛋白质的合成更活跃，淀粉、可以及蛋白质的合成更活跃，淀粉、可溶性糖含量增加，内源多胺含量升高，同工酶和内源激素合成溶性糖含量增加，内源多胺含量升高，同工酶和内源激素合成变化明显。变化明显。如胡萝卜胚性愈伤组织淀粉含量高出非胚性愈伤组织的如胡萝卜胚性愈伤组织淀粉含量高出非胚性愈伤组织的15401540倍。倍。2 2、胚性和非胚性细胞或愈伤组织生理状态的差异、胚性和非胚性细胞或愈伤组织生理状态的差异、胚性和非胚性细胞或愈伤组织生理状态的差异、胚性和非胚性细胞或愈伤组织生理状态的差异第54页，讲稿共72张，创作于星期二3、体细胞胚胎发生的基因表达、体细胞胚胎发生的基因表达机理机理 植物体胚发生的过程非常复杂，牵涉到植物体胚发生的过程非常复杂，牵涉到40004000多个相关多个相关基因，以体胚发育后期，表达的基因可达基因，以体胚发育后期，表达的基因可达10001000多个。多个。在植物体胚发生过程中，会出现与基因表达有关的一系列生在植物体胚发生过程中，会出现与基因表达有关的一系列生物大分子的有规律变化物大分子的有规律变化.如蛋白质含量变化和特异蛋白如蛋白质含量变化和特异蛋白质（胚性蛋白）出现与消失。质（胚性蛋白）出现与消失。由于其复杂性，目前对体胚发生的机制了解不多。由于其复杂性，目前对体胚发生的机制了解不多。第55页，讲稿共72张，创作于星期二三、植物体细胞胚胎发生途径1 1、直接途径、直接途径：指从外植体某些部位的胚性细胞直接诱导分化指从外植体某些部位的胚性细胞直接诱导分化出体细胞胚胎，如子叶、花序、珠心等外植体。出体细胞胚胎，如子叶、花序、珠心等外植体。Direct somatic embryogenesis in Brassica napus第56页，讲稿共72张，创作于星期二 2 2、间接途径、间接途径:外植体先脱分化形成愈伤组织，再由愈伤组织的某些细胞外植体先脱分化形成愈伤组织，再由愈伤组织的某些细胞重新重新“决定决定”为胚性细胞，进而分化出体细胞胚胎。多数体为胚性细胞，进而分化出体细胞胚胎。多数体细胞胚胎通过该途径形成的。通常包括细胞胚胎通过该途径形成的。通常包括2 2个阶段：个阶段：（1 1）胚胎发生丛胚胎发生丛（Embryogenic clumpEmbryogenic clump）ECEC是由液泡小、是由液泡小、细胞质浓的小细胞构成。细胞质浓的小细胞构成。（2 2）胚状体的发育胚状体的发育。将。将ECEC转入降低或除去生长素、降低还转入降低或除去生长素、降低还原氮的培养基上培养即可。原氮的培养基上培养即可。第57页，讲稿共72张，创作于星期二Somatic Embryogenesis Induction in Delonix regia(Boger.)Raf(Royal Poinciana)第58页，讲稿共72张，创作于星期二花椰菜体胚发育的不同阶段花椰菜体胚发育的不同阶段第59页，讲稿共72张，创作于星期二菊花花瓣体细胞胚胎发生及体胚发育过程的扫描电镜观察菊花花瓣体细胞胚胎发生及体胚发育过程的扫描电镜观察第60页，讲稿共72张，创作于星期二四、体细胞胚胎发生的机理四、体细胞胚胎发生的机理 1 1、体细胞胚胎的起源：、体细胞胚胎的起源：起源存在争论，但绝大多数体细胞胚胎起源于单起源存在争论，但绝大多数体细胞胚胎起源于单细胞。细胞。细胞胚发生的实质是细胞分化，即细胞在离体培细胞胚发生的实质是细胞分化，即细胞在离体培养条件下，诱导部分基因开放，实现遗传信息的表达。养条件下，诱导部分基因开放，实现遗传信息的表达。第61页，讲稿共72张，创作于星期二 2 2、体细胞胚胎发生机理：、体细胞胚胎发生机理：体胚具有两个明显特点：体胚具有两个明显特点：极性和生理隔离极性和生理隔离 极性极性：单个胚性细胞第一次分裂多为不均等分裂，：单个胚性细胞第一次分裂多为不均等分裂，顶细胞继续分裂形成多细胞顶细胞继续分裂形成多细胞原胚原胚，基细胞进行少数几次分，基细胞进行少数几次分裂形成裂形成胚柄胚柄。极性获得的诱因是激素和外界刺激。极性获得的诱因是激素和外界刺激。生理隔离生理隔离：在早期胚性细胞与周围细胞存在胞间连丝，：在早期胚性细胞与周围细胞存在胞间连丝，但是随着胚性细胞的发育，细胞壁加厚，胞间连丝消失或被但是随着胚性细胞的发育，细胞壁加厚，胞间连丝消失或被堵塞（类似小孢子发生）堵塞（类似小孢子发生）。第62页，讲稿共72张，创作于星期二第63页，讲稿共72张，创作于星期二第64页，讲稿共72张，创作于星期二3、体细胞胚胎发生过程中的的生理生化：、体细胞胚胎发生过程中的的生理生化：（1）蛋白质与核酸代谢；）蛋白质与核酸代谢；（2）多胺代谢变化；）多胺代谢变化；（3）糖类、矿质营养变化；）糖类、矿质营养变化；（4）内源激素变化；）内源激素变化；（5）活性氧代谢变化）活性氧代谢变化。第65页，讲稿共72张，创作于星期二第四节 影响植物离体形态发生的因素一、植物种类和基因型一、植物种类和基因型1 1、植物种类不同难易程度不同；被子植物比裸子植物容易。、植物种类不同难易程度不同；被子植物比裸子植物容易。2 2、同一物种不同基因型间存在较大差别。、同一物种不同基因型间存在较大差别。二、培养材料的生理状态二、培养材料的生理状态1 1、发育年龄：一般幼态比老态组织形态发生能力高；、发育年龄：一般幼态比老态组织形态发生能力高；2 2、培养器官或组织类型：细胞分裂旺盛的器官较好；、培养器官或组织类型：细胞分裂旺盛的器官较好；3 3、培养时间和细胞倍性：一般取处于旺盛生长期的愈伤来诱导器官、培养时间和细胞倍性：一般取处于旺盛生长期的愈伤来诱导器官形成；花药培养（单倍体花粉细胞与二倍体花药）。形成；花药培养（单倍体花粉细胞与二倍体花药）。第66页，讲稿共72张，创作于星期二三、三、培养基培养基1 1、营养成分、营养成分 一般认为，培养基中的铵态氮和一般认为，培养基中的铵态氮和K K+有利于胚状体形成，提高有利于胚状体形成，提高无机磷的含量可促进器官发生。无机磷的含量可促进器官发生。茎尖培养和芽诱导培养基主要是茎尖培养和芽诱导培养基主要是MSMS及其修改的培养和及其修改的培养和B5B5培养基。培养基。茎尖培养的起始培养基和芽增殖的培养基往往是不同。茎尖培养的起始培养基和芽增殖的培养基往往是不同。碳水碳水化合物种类及浓度对胚状体发育有重要作用。缺糖或低糖无法形化合物种类及浓度对胚状体发育有重要作用。缺糖或低糖无法形成胚状体。成胚状体。第67页，讲稿共72张，创作于星期二2.植物激素及生长调节剂植物激素及生长调节剂（起主导作用，通过影响内源激素的平衡起作用起主导作用，通过影响内源激素的平衡起作用）（1 1）生长素生长素：促进外植体生长、生根，并与细胞分裂素共同诱导不：促进外植体生长、生根，并与细胞分裂素共同诱导不定芽分化及侧芽萌发与生长。定芽分化及侧芽萌发与生长。2 2，4 4 D D诱导体细胞胚胎发生。诱导体细胞胚胎发生。（2 2）细胞分裂素细胞分裂素：促进分化和芽形成，抑制根发育及衰老。：促进分化和芽形成，抑制根发育及衰老。（3 3）赤霉素：）赤霉素：GAGA3 3促进茎的伸长，打破休眠，对芽的诱导和形成促进茎的伸长，打破休眠，对芽的诱导和形成有促进作用。有促进作用。（4 4）乙烯：对芽的诱导和形成有促进或抑制作用）乙烯：对芽的诱导和形成有促进或抑制作用（5 5）脱落酸：对体胚的发生及成熟很重要，可增加胚性愈伤组）脱落酸：对体胚的发生及成熟很重要，可增加胚性愈伤组织的形成和体胚发生。织的形成和体胚发生。第68页，讲稿共72张，创作于星期二3、培养基的物理性质、培养基的物理性质（1 1）愈伤组织诱导：在固体培养基上（胡萝卜、石刁柏）。）愈伤组织诱导：在固体培养基上（胡萝卜、石刁柏）。（2 2）细胞和胚状体的诱导：在液体培养基上。）细胞和胚状体的诱导：在液体培养基上。（3 3）pHpH显著影响芽的生成（显著影响芽的生成（pH=5.8pH=5.8）（4 4）诱导胚状体发生或早期胚状体培养：渗透压，前低（）诱导胚状体发生或早期胚状体培养：渗透压，前低（2%2%）后高）后高（5%5%）.第69页，讲稿共72张，创作于星期二四、培养条件四、培养条件1 1、光照、光照培养条件下，光照的作用是影响细胞的状态，而不是光合作用。培养条件下，光照的作用是影响细胞的状态，而不是光合作用。连连续光照续光照有利于培养细胞维管组织的形成。昼夜光照有利于极有利于培养细胞维管组织的形成。昼夜光照有利于极性的建立及形态发生。性的建立及形态发生。光强光强一般要求一般要求1000-5000lx1000-5000lx。植物间有所差别。植物间有所差别。光照周期光照周期为为1016h/1016h/日。不同波长光质作用不同，蓝光有利于芽日。不同波长光质作用不同，蓝光有利于芽的分化，红光有利于根系发生。的分化，红光有利于根系发生。第70页，讲稿共72张，创作于星期二2 2、温度：、温度：大多数培养温度为大多数培养温度为252.252.花药培养低温或高温花药培养低温或高温预备处理。预备处理。3 3、气体：、气体：氧气、二氧化碳以及乙烯等气体的浓度和通气状况。氧气、二氧化碳以及乙烯等气体的浓度和通气状况。第71页，讲稿共72张，创作于星期二感谢大家观看第72页，讲稿共72张，创作于星期二