体细胞胚胎发生精选PPT.ppt
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1、关于体细胞胚胎发生第1页,讲稿共44张,创作于星期一图图41 胚状体胚状体第2页,讲稿共44张,创作于星期一1.2 体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生(somatic embryogenesis)v由单细胞(体细胞)或一群细胞被诱导不断由单细胞(体细胞)或一群细胞被诱导不断再生非合子胚,并萌发形成完整植株的发育再生非合子胚,并萌发形成完整植株的发育过程称为体细胞胚胎发生。过程称为体细胞胚胎发生。v发生过程见图发生过程见图42(p61)。第3页,讲稿共44张,创作于星期一图图42 体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生的各个时期的各个时期单个细胞经过反复的细胞分单个细胞经过反复的细胞分裂形成一个小细胞团,它经裂
2、形成一个小细胞团,它经历球形期、心形期和鱼雷形历球形期、心形期和鱼雷形期的发育过程之后,最终由期的发育过程之后,最终由体细胞胚长成一个小植株。体细胞胚长成一个小植株。(Dodds和和Roberts,1995)第4页,讲稿共44张,创作于星期一vKohlenbach关于胚的分类关于胚的分类:v(1)合子胚:合子胚:由受精卵或合子形成的胚。由受精卵或合子形成的胚。v(2)非合子胚:非合子胚:由合子之外的细胞形成的胚。由合子之外的细胞形成的胚。v体细胞胚体细胞胚由孢子体细胞(除合子外)离体由孢子体细胞(除合子外)离体培养形成的胚。培养形成的胚。v非体细胞胚非体细胞胚即指芽、短枝、愈伤组织、花即指芽、
3、短枝、愈伤组织、花粉胚、块茎、球茎等繁殖体。粉胚、块茎、球茎等繁殖体。v孤雌生殖胚孤雌生殖胚由未受精卵形成的胚。由未受精卵形成的胚。v孤雄生殖胚孤雄生殖胚由雄配子体(小孢子花粉粒)由雄配子体(小孢子花粉粒)形成的胚。形成的胚。第5页,讲稿共44张,创作于星期一2.体细胞胚胎发生的途径体细胞胚胎发生的途径v直接途径:直接途径:指从培养中的器官、组织、细胞指从培养中的器官、组织、细胞或原生质体某些部位的或原生质体某些部位的胚性细胞胚性细胞直接诱导分直接诱导分化出体细胞胚胎,中间不经过愈伤组织阶段化出体细胞胚胎,中间不经过愈伤组织阶段(图图43 A,图,图43 B)。这种这种“胚性细胞胚性细胞”是在
4、胚胎发生之前就已是在胚胎发生之前就已“决定决定”了的。了的。v间接途径:间接途径:指外植体先脱分化形成愈伤组织,指外植体先脱分化形成愈伤组织,再从愈伤组织的某些细胞,即重新再从愈伤组织的某些细胞,即重新“决定决定”为胚性细胞的细胞分化出体细胞胚胎为胚性细胞的细胞分化出体细胞胚胎(图图43 C)。第6页,讲稿共44张,创作于星期一图图43 植物体细胞胚胎发生方式示意图植物体细胞胚胎发生方式示意图A由外植体外层细胞直接产生体细胞胚;由外植体外层细胞直接产生体细胞胚;B由外植体组织内的由外植体组织内的细胞产生体细胞胚;细胞产生体细胞胚;C愈伤组织表层细胞分化为体细胞胚愈伤组织表层细胞分化为体细胞胚(
5、引自引自王亚馥等,王亚馥等,2000)第7页,讲稿共44张,创作于星期一v多数体细胞胚胎的形成是通过间接途径产生多数体细胞胚胎的形成是通过间接途径产生的。它通常分两个阶段完成:的。它通常分两个阶段完成:v胚胎发生丛(胚胎发生丛(embryogenic clump,EC)的形成)的形成。v胚状体的发育胚状体的发育。EC在转入降低或去除生长在转入降低或去除生长素、降低还原氮的培养基后,才能完成胚状素、降低还原氮的培养基后,才能完成胚状体发育。体发育。第8页,讲稿共44张,创作于星期一关于体细胞胚胎的起源:关于体细胞胚胎的起源:v体细胞胚胎究竟起源于单细胞还是多细胞,体细胞胚胎究竟起源于单细胞还是多
6、细胞,目前仍然有争论。但研究结果发现,目前仍然有争论。但研究结果发现,绝大多绝大多数体细胞胚起源于单细胞(例子?)。数体细胞胚起源于单细胞(例子?)。但也但也有人认为它们起源于一个以上的细胞(证据有人认为它们起源于一个以上的细胞(证据?)?)v体细胞胚发生的体细胞胚发生的实质实质是细胞分化,即细胞在是细胞分化,即细胞在离体培养条件下,诱导部分基因开放,实现离体培养条件下,诱导部分基因开放,实现遗传信息的表达。遗传信息的表达。第9页,讲稿共44张,创作于星期一3.影响体细胞胚胎发生的因子影响体细胞胚胎发生的因子v对于体细胞胚胎发生特别重要的是培养基中对于体细胞胚胎发生特别重要的是培养基中的两种成
7、分,的两种成分,即生长素和氮源即生长素和氮源。第10页,讲稿共44张,创作于星期一 3.1生长素生长素v例子例子1:胡萝卜体细胞胚的发育(:胡萝卜体细胞胚的发育(p6566)v结论:结论:在增殖培养基中生长素的存在,对于在增殖培养基中生长素的存在,对于胚性细胞团后来在成胚培养基上发育为胚是胚性细胞团后来在成胚培养基上发育为胚是必不可少的。因此,可把增殖培养基看成是必不可少的。因此,可把增殖培养基看成是体细胞胚胎发生的体细胞胚胎发生的“诱导培养基诱导培养基”。第11页,讲稿共44张,创作于星期一v例子例子2:咖啡体细胞胚的发育(咖啡体细胞胚的发育(p66)v例子例子3:对甜橙驯化愈伤组织的详细研
8、究,对甜橙驯化愈伤组织的详细研究,也证实了生长素对胚胎发生的重要作用也证实了生长素对胚胎发生的重要作用(p6667)。v最终结论:最终结论:对于离体条件下体细胞胚胎发生对于离体条件下体细胞胚胎发生来说,一个最低限度的内源或外源生长素是来说,一个最低限度的内源或外源生长素是必不可少的。必不可少的。第12页,讲稿共44张,创作于星期一v成功诱导体细胞胚胎发生的步骤:成功诱导体细胞胚胎发生的步骤:v第一步,在生长素浓度高第一步,在生长素浓度高(2,4-D 0.51 mgL)的培养基(增殖培养基)上的培养基(增殖培养基)上诱导和增殖诱导和增殖愈伤组织,高浓度生长素诱导愈伤组织局部愈伤组织,高浓度生长素
9、诱导愈伤组织局部细胞形成的分生组织细胞,称为胚性细胞团细胞形成的分生组织细胞,称为胚性细胞团(EC)。v第二步,将第二步,将EC转移到极低水平生长素转移到极低水平生长素(0.010.1 mgL)或完全无生长素的培养基(胚发或完全无生长素的培养基(胚发育培养基)上,育培养基)上,EC发育为成熟胚胎。发育为成熟胚胎。第13页,讲稿共44张,创作于星期一v其它激素的作用:其它激素的作用:v细胞分裂素:细胞分裂素:BAP可促进胡萝卜愈伤组织的可促进胡萝卜愈伤组织的细胞分裂,但抑制它的成胚潜力;细胞分裂,但抑制它的成胚潜力;ZT促进;促进;咖啡叶片愈伤组织要求激动素与生长素比例咖啡叶片愈伤组织要求激动素
10、与生长素比例高。高。v赤霉素:赤霉素:能抑制体细胞胚胎发生能抑制体细胞胚胎发生第14页,讲稿共44张,创作于星期一3.2 氮源氮源v除生长素外,培养基中氮源的形态也会显著影除生长素外,培养基中氮源的形态也会显著影响离体条件下的胚胎发生。响离体条件下的胚胎发生。体细胞胚诱导和成体细胞胚诱导和成熟需要大量氮素,通常为还原态氮如铵盐。熟需要大量氮素,通常为还原态氮如铵盐。v例子例子 1:野生胡萝卜体细胞胚诱导:野生胡萝卜体细胞胚诱导v例子例子 2:栽培胡萝卜体细胞胚诱导:栽培胡萝卜体细胞胚诱导v培养基中还原态氮和硝酸盐培养基中还原态氮和硝酸盐(NH4ClNO3)组组合似乎更有利于许多培养体系的体细胞
11、胚胎诱合似乎更有利于许多培养体系的体细胞胚胎诱导。导。第15页,讲稿共44张,创作于星期一v欲使胡萝卜培养细胞形成体细胞胚,必须有欲使胡萝卜培养细胞形成体细胞胚,必须有一个最低数量的内源一个最低数量的内源NH4存在存在(每千克鲜重每千克鲜重的组织约的组织约5 mmol)。如果内源。如果内源NH4达不到这达不到这个临界值,细胞就不能进行胚胎分化。而要个临界值,细胞就不能进行胚胎分化。而要使细胞内使细胞内NH4达到这个水平,不但需要有很达到这个水平,不但需要有很少量的外源少量的外源NH4存在存在(2.5 mmolL),还需,还需要供应相对浓度很高的要供应相对浓度很高的NO3(60 mmolL)。v
12、虽然对于胚胎发生来说,其他形式的还原态虽然对于胚胎发生来说,其他形式的还原态氮都不如氮都不如NH4有效,但有效,但水解酪蛋白水解酪蛋白、谷氨酰谷氨酰胺胺和和丙氨酸丙氨酸等也可用做可靠的代替品。等也可用做可靠的代替品。第16页,讲稿共44张,创作于星期一3.3 其他因子其他因子v钾的浓度:钾的浓度:在野生胡萝卜中,高浓度的钾在野生胡萝卜中,高浓度的钾(20 mmolL)是胚胎发生所必需的。)是胚胎发生所必需的。v溶解氧的含量:溶解氧的含量:培养基中溶解氧的含量应低培养基中溶解氧的含量应低于一个临界值(于一个临界值(1.5 mgL)。)。v活性炭:活性炭:培养基中加入活性炭也能提高胡萝培养基中加入
13、活性炭也能提高胡萝卜细胞胚胎发生的频率卜细胞胚胎发生的频率。v某些挥发性和非挥发性物质:某些挥发性和非挥发性物质:抑制愈伤组织抑制愈伤组织中的体细胞胚胎发生。中的体细胞胚胎发生。第17页,讲稿共44张,创作于星期一4.体细胞胚胎发生的解剖学和细胞学体细胞胚胎发生的解剖学和细胞学v在胡萝卜悬浮培养中,对愈伤组织形成和生在胡萝卜悬浮培养中,对愈伤组织形成和生长的解剖学和组织学的研究表明,在培养中长的解剖学和组织学的研究表明,在培养中存在着两种类型的细胞:存在着两种类型的细胞:v自由分散在培养基中的大而高度液泡化的自由分散在培养基中的大而高度液泡化的细胞,一般不具胚胎发生潜力。细胞,一般不具胚胎发生
14、潜力。v成簇成团存在的体积小而细胞质致密的细成簇成团存在的体积小而细胞质致密的细胞,具成胚潜力。胞,具成胚潜力。第18页,讲稿共44张,创作于星期一5.体细胞胚成熟和植株发育体细胞胚成熟和植株发育v用脱落酸处理,体细胞胚可以发育成熟。用脱落酸处理,体细胞胚可以发育成熟。v高水平生长素能抑制茎尖分生组织发育,当高水平生长素能抑制茎尖分生组织发育,当胚性细胞悬浮液转入缺乏生长素的培养基时,胚性细胞悬浮液转入缺乏生长素的培养基时,胚胎常能发育成熟。胚胎常能发育成熟。v与与ABA结合,加入低水平的细胞分裂素(玉结合,加入低水平的细胞分裂素(玉米素米素0.1 molL)可能有利于低密度细胞培)可能有利于
15、低密度细胞培养的胚胎发生。养的胚胎发生。第19页,讲稿共44张,创作于星期一v体细胞胚胎发生体细胞胚胎发生可能重复发生可能重复发生,从成熟体细,从成熟体细胞胚上又形成一些胚胎发生的新中心。胞胚上又形成一些胚胎发生的新中心。v体细胞胚的萌发阶段受到体细胞胚高度不同体细胞胚的萌发阶段受到体细胞胚高度不同步发育的不利影响。步发育的不利影响。v各种物理因素也可能影响体细胞胚成熟,如各种物理因素也可能影响体细胞胚成熟,如温度、蔗糖浓度、光照等。温度、蔗糖浓度、光照等。第20页,讲稿共44张,创作于星期一v体细胞胚在无植物生长调节剂的琼脂培养基体细胞胚在无植物生长调节剂的琼脂培养基上萌发。单胚萌发的培养基
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