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1、第三章第二节器官发生第1页,共61页,编辑于2022年,星期二前言:细胞全能性的实现前言:细胞全能性的实现v细胞实现全能性的过程:通过脱分化和再分化细胞实现全能性的过程:通过脱分化和再分化v脱分化(脱分化(dedifferentiation):):培养条件培养条件下使一个下使一个已分化的细胞已分化的细胞回复回复到原始无分化状态或到原始无分化状态或分生细胞状态分生细胞状态的过程的过程。v脱分化的结果:脱分化的结果:愈伤组织愈伤组织 体细胞胚体细胞胚 转分化转分化第2页,共61页,编辑于2022年,星期二第三节第三节 形态发生途径形态发生途径v再分化(再分化(redifferentiation):
2、):在离体条件下,当细胞在离体条件下,当细胞脱脱分化分化以后,以后,无序生长的细胞无序生长的细胞及其愈伤组织要及其愈伤组织要重新进入有重新进入有序生长序生长进而才能进而才能再生个体再生个体,通常把离体培养下的这一,通常把离体培养下的这一过过程程称为再分化。称为再分化。v生物个体形成生物个体形成:形态发生(形态发生(morphogenesis)。(形态。(形态发生指由细胞再生植株的过程)发生指由细胞再生植株的过程)第3页,共61页,编辑于2022年,星期二第三节第三节 形态发生途径形态发生途径v器官发生途径器官发生途径v体细胞胚发生途径体细胞胚发生途径第4页,共61页,编辑于2022年,星期二第
3、三节第三节(1)(1)器官发生途径器官发生途径v主要内容:主要内容:v器官发生的途径(重点)器官发生的途径(重点)v器官分化的过程器官分化的过程v影响器官分化的因素(重点)影响器官分化的因素(重点)第5页,共61页,编辑于2022年,星期二叶片叶片愈伤组织愈伤组织第6页,共61页,编辑于2022年,星期二第7页,共61页,编辑于2022年,星期二(一)、器官发生方式(一)、器官发生方式v植物的离体器官发生植物的离体器官发生:是指:是指培养条件下培养条件下的组织或细胞的组织或细胞团(愈伤组织)分化形成团(愈伤组织)分化形成不定根(不定根(adventitious roots)、不定芽()、不定芽
4、(adventitious shoots)等器官的等器官的过程。过程。v器官器官发生的途径有两种发生的途径有两种:直接直接途径和途径和间接间接途径。途径。第8页,共61页,编辑于2022年,星期二1、器官发生途径、器官发生途径v直接途径直接途径:不经愈伤组织不经愈伤组织阶段直接分化器官阶段直接分化器官v外植体中存在器官原基外植体中存在器官原基 如芽原基如芽原基 v外植体中不存在器官原基外植体中不存在器官原基:如非洲紫罗兰:如非洲紫罗兰叶片叶片培养时,由培养时,由叶叶 肉细胞肉细胞直接再直接再生芽生芽。v间接途径间接途径:经过愈伤组织阶段(:经过愈伤组织阶段(多数多数)第9页,共61页,编辑于2
5、022年,星期二1、器官发生的途径、器官发生的途径v间接途径(经过愈伤组织阶段)间接途径(经过愈伤组织阶段)有有3种方式:种方式:先先芽芽后后根根 先先根根后后芽芽 根根芽芽同同步步发发生生(但但在在不不同同部部位位即即维维管管束束不不相相连连)先芽后根先芽后根 先根后芽先根后芽 根芽同步发生(但在不同根芽同步发生(但在不同部位即部位即维管束不相连维管束不相连)第10页,共61页,编辑于2022年,星期二2、器官分化过程、器官分化过程v由愈伤组织再分化器官一般要由愈伤组织再分化器官一般要经过经过3个阶段个阶段:v(1)愈伤组织形成愈伤组织形成:脱分化阶段脱分化阶段 细胞近圆形具液泡细胞近圆形具
6、液泡v(2)生长中心形成生长中心形成:愈伤中出现类似形成层的细胞群(生长中心)愈伤中出现类似形成层的细胞群(生长中心),细胞体积小,液泡消失,细胞体积小,液泡消失v(3)器官原基、器官形成器官原基、器官形成:生长中心的某些细胞分化为管状细胞进生长中心的某些细胞分化为管状细胞进而形成维管组织,最后分化出器官原基而形成维管组织,最后分化出器官原基第11页,共61页,编辑于2022年,星期二2、器官分化过程、器官分化过程芽形成芽形成生生长长中中心心第12页,共61页,编辑于2022年,星期二3、器官分化的影响因素、器官分化的影响因素v起始材料对器官分化的影响起始材料对器官分化的影响v激素对器官发生的
7、影响激素对器官发生的影响v培养条件对器官发生的影响培养条件对器官发生的影响第13页,共61页,编辑于2022年,星期二(1)起始材料对器官分化的影响)起始材料对器官分化的影响v母体植物的遗传基础母体植物的遗传基础:不同种属、品种培养效果差异:不同种属、品种培养效果差异大(大(顽拗性顽拗性)v总体上说,总体上说,被子植物被子植物比裸子植物容易培养,在被子植物中又以比裸子植物容易培养,在被子植物中又以茄科茄科、秋海棠科、景天科、苦苣苔科以及秋海棠科、景天科、苦苣苔科以及十字花科十字花科植物培养成功的报道最植物培养成功的报道最多。多。v通常情况下,通常情况下,自然繁殖以无性繁殖为主自然繁殖以无性繁殖
8、为主的植物在培养条件下也有较的植物在培养条件下也有较强的器官分化的能力强的器官分化的能力。第14页,共61页,编辑于2022年,星期二(1)起始材料对器官分化的影响)起始材料对器官分化的影响v母体植物的遗传基础母体植物的遗传基础:基因型对于培养反应的差异,:基因型对于培养反应的差异,器官分化器官分化能力的差异大于愈伤组织诱导的差异。能力的差异大于愈伤组织诱导的差异。不同基因型大豆上胚轴器官分化能力不同基因型大豆上胚轴器官分化能力(陈林梅,(陈林梅,2001)基因型基因型 愈伤组织诱导率(愈伤组织诱导率(100%)器官分化率(器官分化率(100%)汾豆汾豆33 94%34%汾豆汾豆51 92%1
9、6%晋豆晋豆19 93%28%晋早晋早125 91%12%第15页,共61页,编辑于2022年,星期二(1)起始材料对器官分化的影响)起始材料对器官分化的影响v外植体的类型外植体的类型(概念概念?)v来源于来源于生长活跃生长活跃或生长潜力大的组织、器官的细胞更有利于培养或生长潜力大的组织、器官的细胞更有利于培养。v以以幼嫩组织幼嫩组织为材料无论是诱导还是分化均较容易。为材料无论是诱导还是分化均较容易。v无性繁殖植物以无性繁殖植物以自然繁殖器官自然繁殖器官为外植体更易成功。为外植体更易成功。第16页,共61页,编辑于2022年,星期二(1)起始材料对器官分化的影响)起始材料对器官分化的影响v外植
10、体的类型外植体的类型:外植体选取合理与否,不仅影响培养的外植体选取合理与否,不仅影响培养的难易难易,甚至影响分化的程度和,甚至影响分化的程度和器官类型器官类型。花花 芽芽营养芽,花芽营养芽,花芽营养芽营养芽(Tran Thanh Van等等,1974)第17页,共61页,编辑于2022年,星期二(2)、激素对器官分化的影响)、激素对器官分化的影响v离体培养下的器官分化在大多数情况下是通过离体培养下的器官分化在大多数情况下是通过外源提供适宜的植物激外源提供适宜的植物激素素实现的。实现的。v在众多的植物激素中,在众多的植物激素中,生长素与细胞分裂素生长素与细胞分裂素是是2类主要的植物激素,类主要的
11、植物激素,在离体器官分化调控中在离体器官分化调控中占有占有主导地位主导地位。v生长素生长素/细胞分裂素高细胞分裂素高 有利于根分化有利于根分化 生长素生长素/细胞分裂素低细胞分裂素低 有利于芽分化有利于芽分化 生长素生长素/细胞分裂素平衡细胞分裂素平衡 利于愈伤组织形成利于愈伤组织形成第18页,共61页,编辑于2022年,星期二(2)、激素对器官分化的影响)、激素对器官分化的影响v离体培养中,外源激素在细胞内的吸收和代谢影响到激素的活性从离体培养中,外源激素在细胞内的吸收和代谢影响到激素的活性从而影响其培养效果。而影响其培养效果。v外源外源细胞分裂素细胞分裂素被外植体吸收后,在细胞内被修饰和转
12、化形成活被外植体吸收后,在细胞内被修饰和转化形成活化形式和钝化形式。化形式和钝化形式。(一般认为,细胞分裂素一般认为,细胞分裂素自由碱基形式是活自由碱基形式是活性形式,而核苷形式为钝化形式。性形式,而核苷形式为钝化形式。)v生长素生长素进入细胞后,一部分以进入细胞后,一部分以游离状态存在(活性形式),游离状态存在(活性形式),另一另一部分则与氨基酸结合形成部分则与氨基酸结合形成生长素氨基酸复合体(钝化形式)。生长素氨基酸复合体(钝化形式)。结合氨基酸多为天门冬氨酸、谷氨酸。结合氨基酸多为天门冬氨酸、谷氨酸。第19页,共61页,编辑于2022年,星期二(2)、激素对器官分化的影响)、激素对器官分
13、化的影响v外源激素通过调节内源激素的平衡状态而控制器官发外源激素通过调节内源激素的平衡状态而控制器官发生生,而不同材料由于基因型不同和生理状态不同具有不,而不同材料由于基因型不同和生理状态不同具有不同的激素水平,因此同的激素水平,因此组织培养中实验的重复性很重要。组织培养中实验的重复性很重要。v不能不能只借鉴别人的研究成果。只借鉴别人的研究成果。第20页,共61页,编辑于2022年,星期二(3)、培养条件对器官分化的影响)、培养条件对器官分化的影响v基本培养基基本培养基:目前已创有:目前已创有30种基本培养基,固态和液态培养效种基本培养基,固态和液态培养效果有差异。果有差异。v光照光照:光照时
14、间(周期)、光照强度、光质:光照时间(周期)、光照强度、光质v连续的光照有利于培养细胞维管组织的形成,而一定的昼夜光照周期则有利于极性建立连续的光照有利于培养细胞维管组织的形成,而一定的昼夜光照周期则有利于极性建立和形态发生。和形态发生。v 烟草,红光利于生根,蓝光促进茎芽分化。烟草,红光利于生根,蓝光促进茎芽分化。v温度温度:第21页,共61页,编辑于2022年,星期二(3)、培养条件对器官分化的影响)、培养条件对器官分化的影响v光照:光照:v光照对器官发生的调节可能光照对器官发生的调节可能与调节培养物的内源激素平衡与调节培养物的内源激素平衡有关,光有关,光照还可能影响生长素的信号转导系统,
15、调整生长素的极性运输,从而引照还可能影响生长素的信号转导系统,调整生长素的极性运输,从而引起器官分化。起器官分化。v光质对器官分化的影响可能与光质对器官分化的影响可能与光受体光受体精确调节系统有关。精确调节系统有关。v培养条件下,培养条件下,光照的作用光照的作用更大程度上是更大程度上是调节细胞的分化状态,调节细胞的分化状态,而不是合成光合产物。而不是合成光合产物。第22页,共61页,编辑于2022年,星期二(二)、体细胞胚发生途径(二)、体细胞胚发生途径v体细胞胚的概念体细胞胚的概念v体细胞胚的发生途径(方式)体细胞胚的发生途径(方式)v体细胞胚的特点体细胞胚的特点v体细胞胚形成的影响因素体细
16、胞胚形成的影响因素第23页,共61页,编辑于2022年,星期二1.体细胞胚的概念体细胞胚的概念v概念:离体培养下概念:离体培养下没有经过受精过程,但经过了胚胎发育过程所没有经过受精过程,但经过了胚胎发育过程所形成的形成的胚的类似物胚的类似物(不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞),(不管培养的细胞是体细胞还是生殖细胞),统称为统称为体细胞胚或胚状体体细胞胚或胚状体。v这一定义有以下几方面的界定:这一定义有以下几方面的界定:v其一,体细胞胚是离体培养的产物,只限于离体培养范围使用,以区别于无融合其一,体细胞胚是离体培养的产物,只限于离体培养范围使用,以区别于无融合生殖胚;生殖胚;v其二,体细胞胚起
17、源于非合子细胞,以区别于合子胚;其二,体细胞胚起源于非合子细胞,以区别于合子胚;v其三,体细胞经过了胚胎发育过程,以区别与离体培中器官发生形成个体的途径。其三,体细胞经过了胚胎发育过程,以区别与离体培中器官发生形成个体的途径。第24页,共61页,编辑于2022年,星期二2.体细胞胚的发生途径(方式)体细胞胚的发生途径(方式)v体细胞胚的发生体细胞胚的发生首先在胡萝卜首先在胡萝卜中发现,目前已在中发现,目前已在30多多科科80余种植物中有发现。余种植物中有发现。v直接途径直接途径v间接途径间接途径第25页,共61页,编辑于2022年,星期二(1)、直接途径)、直接途径v直接途径直接途径:由外植体
18、直接诱导分化形成。:由外植体直接诱导分化形成。v大多数外植体为大多数外植体为 叶片叶片,如山茶、槐树子叶培养;,如山茶、槐树子叶培养;茎茎 如石龙芮;如石龙芮;胚胚 如柑橘属植物珠心细胞如柑橘属植物珠心细胞第26页,共61页,编辑于2022年,星期二例:兰草叶片体细胞胚直接发生例:兰草叶片体细胞胚直接发生 1.诱导阶段诱导阶段2.胚胎发育阶段胚胎发育阶段(引自(引自Chen等等,1999)第27页,共61页,编辑于2022年,星期二经过愈伤组织的体细胞胚形成经过愈伤组织的体细胞胚形成经过悬浮细胞的体细胞胚形成经过悬浮细胞的体细胞胚形成间接发生(2)、间接途径)、间接途径第28页,共61页,编辑
19、于2022年,星期二、经过愈伤组织的胚胎发生、经过愈伤组织的胚胎发生v形成分为形成分为三个阶段三个阶段:v诱导愈伤组织形成诱导愈伤组织形成 高浓度生长素高浓度生长素v诱导愈伤组织胚性化诱导愈伤组织胚性化 需要降低生长素浓度需要降低生长素浓度v体细胞胚形成体细胞胚形成 进一步降低进一步降低第29页,共61页,编辑于2022年,星期二诱导诱导愈伤愈伤组织组织形成形成愈伤组织胚性化愈伤组织胚性化球性胚形成球性胚形成子叶胚期子叶胚期(引自(引自Lin等,等,2000)第30页,共61页,编辑于2022年,星期二、经悬浮培养的体细胞胚发生、经悬浮培养的体细胞胚发生v代表:胡萝卜代表:胡萝卜v形成过程形成
20、过程v悬浮系悬浮系 胚性细胞团胚性细胞团(两种细胞,胚性细胞表现为体积小、成簇存在、胞(两种细胞,胚性细胞表现为体积小、成簇存在、胞质稠密)质稠密)胚胎发生培养基胚胎发生培养基 外周细胞不均等分裂外周细胞不均等分裂 靠近细胞团的靠近细胞团的大细胞形成胚柄类似物,远离细胞团的小细胞形成原胚。大细胞形成胚柄类似物,远离细胞团的小细胞形成原胚。第31页,共61页,编辑于2022年,星期二愈愈伤伤组组织织胚性愈伤组胚性愈伤组织织悬浮培养的悬浮培养的胚性细胞团胚性细胞团球性胚形成球性胚形成成成熟熟子子叶叶胚胚(引自(引自Choi等,等,1997)第32页,共61页,编辑于2022年,星期二例:胡萝卜体细
21、胞胚发生过程例:胡萝卜体细胞胚发生过程第33页,共61页,编辑于2022年,星期二第34页,共61页,编辑于2022年,星期二(3)、体细胞胚的特点)、体细胞胚的特点v与器官发生形成个体的途径相比,体细胞胚发育再生植与器官发生形成个体的途径相比,体细胞胚发育再生植株有株有三个明显的特点三个明显的特点:v体细胞胚具有体细胞胚具有双极性双极性(doulble polarity););v生理隔离生理隔离(physiological isolation)现象:体细胞胚形成后与母体的)现象:体细胞胚形成后与母体的维管束系统连系较少,后期脱落。维管束系统连系较少,后期脱落。v起源于单细胞起源于单细胞,遗传
22、稳定。,遗传稳定。嵌合体嵌合体第35页,共61页,编辑于2022年,星期二器官发生途径与体细胞胚途径的比较器官发生途径与体细胞胚途径的比较第36页,共61页,编辑于2022年,星期二(3)、体细胞胚的特点)、体细胞胚的特点v与合子胚比较:与合子胚比较:v 合子胚合子胚 体细胞胚体细胞胚v胚柄胚柄 具有明显的胚柄具有明显的胚柄 一般没有真正的胚柄一般没有真正的胚柄v子叶子叶 规范(可以作为分类的依据)规范(可以作为分类的依据)常不规范常不规范 v体积体积 大大 小小v贮藏物质贮藏物质 干物质多干物质多 少少v水分水分 少少 多多(不能有明显的脱水干燥过程(不能有明显的脱水干燥过程)v休眠休眠 有
23、有 可直接形成植株可直接形成植株第37页,共61页,编辑于2022年,星期二(3)、体细胞胚的特点)、体细胞胚的特点v数量多数量多 v结构完整结构完整v稳定性好稳定性好第38页,共61页,编辑于2022年,星期二3.影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素 激素的调控作用培养基及培养条件的影响基因型的影响第39页,共61页,编辑于2022年,星期二3.影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素v(1)、激素的调控作用)、激素的调控作用v生长素生长素对体细胞胚的形成有对体细胞胚的形成有决定性决定性的作用。的作用。vRibnicky等在胡萝卜上胚轴培养中证明,体细胞胚形成初期细胞内具等在胡萝
24、卜上胚轴培养中证明,体细胞胚形成初期细胞内具有较高浓度的游离态生长素。有较高浓度的游离态生长素。v水稻胚性细胞的诱导也证明,高浓度的水稻胚性细胞的诱导也证明,高浓度的2,4-D诱导细胞内诱导细胞内IAA含量升含量升高,当加入外源高,当加入外源IAA或阻止细胞内或阻止细胞内IAA渗出而提高细胞内渗出而提高细胞内IAA含量时,含量时,均可促进胚性愈伤组织形成。均可促进胚性愈伤组织形成。第40页,共61页,编辑于2022年,星期二3.影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素v(1)、激素的调控作用)、激素的调控作用v生长素生长素不仅影响体细胞胚的不仅影响体细胞胚的早期发生早期发生,同时也影响体细
25、胞胚的,同时也影响体细胞胚的后期发育后期发育。生长素对体细胞胚后期发育的影响是生长素对体细胞胚后期发育的影响是通过极性运输通过极性运输实现的。实现的。vLiu等(等(1993)利用拟南芥幼胚培养体系,揭示了生长素极性运输由球)利用拟南芥幼胚培养体系,揭示了生长素极性运输由球形胚期的轴向对称转向心形胚期的两侧对称的过程。如果这一过程受阻,形胚期的轴向对称转向心形胚期的两侧对称的过程。如果这一过程受阻,则导致子叶异常发育成筒状子叶,而不是正常的则导致子叶异常发育成筒状子叶,而不是正常的2个子叶。个子叶。第41页,共61页,编辑于2022年,星期二3.影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素v(
26、1)、激素的调控作用)、激素的调控作用v2,4-D是应用最为广泛的生长素是应用最为广泛的生长素。2,4-D的应用有着规律性的变的应用有着规律性的变化,首先是在较高浓度下诱导胚性细胞的形成,然后在降低化,首先是在较高浓度下诱导胚性细胞的形成,然后在降低2,4-D的浓度下产生早期胚胎,一般在球形胚形成后,除去生长素有的浓度下产生早期胚胎,一般在球形胚形成后,除去生长素有利于体细胞胚的继续发育。利于体细胞胚的继续发育。v外源外源生长素的对体细胞胚产生和发育的调控是生长素的对体细胞胚产生和发育的调控是通过调节通过调节内源激素内源激素的合成、代谢、极性运输和平衡而起作用的。的合成、代谢、极性运输和平衡而
27、起作用的。第42页,共61页,编辑于2022年,星期二3.影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素v(1)、激素的调控作用)、激素的调控作用v细胞分裂素细胞分裂素:研究报道较少,但几乎所有的有关体细胞胚胎发生的培:研究报道较少,但几乎所有的有关体细胞胚胎发生的培养基配方中,均有细胞分裂素的配合使用。养基配方中,均有细胞分裂素的配合使用。v细胞分裂素在促进细胞分裂,维持细胞活跃生长中具有重要生理功能,细胞分裂素在促进细胞分裂,维持细胞活跃生长中具有重要生理功能,而完成体细胞胚胎发育细胞分裂是基本前提,当胚胎结构建立后,细而完成体细胞胚胎发育细胞分裂是基本前提,当胚胎结构建立后,细胞分裂素对于
28、维持分生组织正常发育具有重要作用。胞分裂素对于维持分生组织正常发育具有重要作用。第43页,共61页,编辑于2022年,星期二3.影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素v(2)、培养基及培养条件的影响)、培养基及培养条件的影响v氮源:氮源:体细胞胚的产生要求培养基中体细胞胚的产生要求培养基中含有一定浓度的还原态氮。含有一定浓度的还原态氮。vVesco和和Guerra在在Feijoa植物体细胞胚诱导的试验证明,培养基氮源植物体细胞胚诱导的试验证明,培养基氮源影响体细胞胚的发生频率。在影响体细胞胚的发生频率。在NH4+和和NO3-(15:34)的培养基中,)的培养基中,每个外植体的体细胞胚可达
29、每个外植体的体细胞胚可达10个以上,而培养基只有个以上,而培养基只有NH4+或或NO3-时,体细胞胚发生频率很低。时,体细胞胚发生频率很低。v一些氨基酸可以代替还原态氮的作用一些氨基酸可以代替还原态氮的作用。第44页,共61页,编辑于2022年,星期二3.影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素v(2)、培养基及培养条件的影响)、培养基及培养条件的影响v无机盐无机盐:球形胚形成后,:球形胚形成后,降低培养基无机盐浓度降低培养基无机盐浓度,可以显著促进体细胞,可以显著促进体细胞胚的进一步发育。胚的进一步发育。v例:例:Choi等(等(2002)西伯利亚人参培养实验)西伯利亚人参培养实验vLe
30、e等(等(2001)胡萝卜体细胞胚试验)胡萝卜体细胞胚试验 表明当胚性愈伤组织形成后,在表明当胚性愈伤组织形成后,在只含只含1/2MS无机盐浓度的培养基中,体细胞胚形成可以比在无机盐浓度的培养基中,体细胞胚形成可以比在MS培养基中培养基中高高34倍。倍。第45页,共61页,编辑于2022年,星期二3.影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素v(2)、培养基及培养条件的影响)、培养基及培养条件的影响v糖浓度糖浓度:体细胞胚发育后期降低蔗糖浓度,也有利于胚的:体细胞胚发育后期降低蔗糖浓度,也有利于胚的继续发育和提高体细胞胚的成苗率。继续发育和提高体细胞胚的成苗率。v氧气氧气:低:低O2利于体细
31、胞胚形成(胡萝卜)利于体细胞胚形成(胡萝卜)第46页,共61页,编辑于2022年,星期二3.影响体细胞胚发生的因素影响体细胞胚发生的因素v(3)、基因型的影响)、基因型的影响(引自Seabrook和Douglass,2001)马马铃铃薯薯不不同同基基因因型型体体细细胞胞胚胚形形成成能能力力比比较较第47页,共61页,编辑于2022年,星期二思 考 题v1、名词解释:脱分化、再分化、愈伤组织、体细胞胚v2、形态发生的类型及其特点。v3、影响形态发生的因素有哪些?第48页,共61页,编辑于2022年,星期二补充资料:离体培养下的遗传和变异补充资料:离体培养下的遗传和变异v从对生物遗传的影响而言,细
32、胞工程技术本身即包含了双重性:遗传稳从对生物遗传的影响而言,细胞工程技术本身即包含了双重性:遗传稳定性和变异性。定性和变异性。v离体培养下变异的特点离体培养下变异的特点v影响离体培养变异的因素影响离体培养变异的因素v体细胞变异的机制体细胞变异的机制v体细胞无性系变异的诱导和筛选体细胞无性系变异的诱导和筛选第49页,共61页,编辑于2022年,星期二一、概念一、概念vLarkin和和Scowcroft(1981)提出把由)提出把由任何任何形式的细胞培养形式的细胞培养所产生的植株统称为所产生的植株统称为体细胞体细胞无性系(无性系(somaclones),而把这些植株所),而把这些植株所表现出来的变
33、异称之为体细胞无性系变异表现出来的变异称之为体细胞无性系变异(somaclonal variation)。)。第50页,共61页,编辑于2022年,星期二二二.离体培养下变异的特点离体培养下变异的特点变异的普遍性变异的局限性嵌合性第51页,共61页,编辑于2022年,星期二二.离体培养下变异的特点v1.变异的普遍性(引自李宝健和曾庆平,1990)植物种类再生植株来源变异频率(%)烟草体细胞愈伤组织10水稻胚愈伤组织71.9甘蔗幼叶愈伤组织18玉米体细胞愈伤组织14大麦花粉植株10-15马铃薯叶肉原生质体100菠萝冠芽愈伤组织7腋芽愈伤组织34幼果愈伤组织100第52页,共61页,编辑于2022
34、年,星期二二二.离体培养下变异的特点离体培养下变异的特点v2、变异的局限性、变异的局限性v就单个变异体来讲,离体培养中变异性状往往是单一的,或少数几就单个变异体来讲,离体培养中变异性状往往是单一的,或少数几个性状的变异。个性状的变异。v从表型上看,在不同植物类型中经常发生的变异主要是植株形态从表型上看,在不同植物类型中经常发生的变异主要是植株形态(株高、叶形、叶色等)、生长势、育性、某些抗性等性状的变异。(株高、叶形、叶色等)、生长势、育性、某些抗性等性状的变异。v从生理生化特性上看容易出现同功酶谱、次生代谢的消长等变异。从生理生化特性上看容易出现同功酶谱、次生代谢的消长等变异。第53页,共6
35、1页,编辑于2022年,星期二二二.离体培养下变异的特点离体培养下变异的特点v3、嵌合性、嵌合性v嵌合性嵌合性是指同一有机体中同时存在有遗传组成不同的是指同一有机体中同时存在有遗传组成不同的细胞,它是组织培养中常见的现象。细胞,它是组织培养中常见的现象。v实际上,实际上,愈伤组织在大多数情况下是愈伤组织在大多数情况下是一种具有不同染一种具有不同染色体数和遗传变异程度不同的细胞组成的色体数和遗传变异程度不同的细胞组成的嵌合体嵌合体,这,这些细胞各自进行不同步的分裂。些细胞各自进行不同步的分裂。第54页,共61页,编辑于2022年,星期二三、影响体细胞遗传与变异的因素 供供体体植植物物培养基和培养
36、方式培养基和培养方式继代培养的次数继代培养的次数 第55页,共61页,编辑于2022年,星期二三三、影响体细胞遗传与变异的因素影响体细胞遗传与变异的因素v1、供体植物、供体植物v供体植物的遗传背景对体细胞变异具有直接影响。供体植株原供体植物的遗传背景对体细胞变异具有直接影响。供体植株原有的倍性水平在培养细胞多倍化过程中起着重要作用,处于有的倍性水平在培养细胞多倍化过程中起着重要作用,处于二二倍体水平上的细胞倍体水平上的细胞比处于比处于单倍体单倍体水平上的细胞较为水平上的细胞较为稳定稳定。v分生组织外植体再生的植株比分化组织外植体的稳定。分生组织外植体再生的植株比分化组织外植体的稳定。v植物种内
37、基因型间变异频率差异较大。植物种内基因型间变异频率差异较大。第56页,共61页,编辑于2022年,星期二三三、影响体细胞遗传与变异的因素影响体细胞遗传与变异的因素v2、培养基和培养条件、培养基和培养条件v培养方式、激素以及其它附加成分均会诱导体细胞变异培养方式、激素以及其它附加成分均会诱导体细胞变异的发生。的发生。v激素:激素浓度和不同激素配比对再生植株的染色体激素:激素浓度和不同激素配比对再生植株的染色体倍性有一定影响。倍性有一定影响。一些培养中还发现染色体倍性减少一些培养中还发现染色体倍性减少的现象。的现象。体细胞染色体减数与使用极端的激素浓度有体细胞染色体减数与使用极端的激素浓度有关。关
38、。第57页,共61页,编辑于2022年,星期二三三、影响体细胞遗传与变异的因素影响体细胞遗传与变异的因素v2、培养基和培养条件、培养基和培养条件v除了培养基的外源激素可以引起变异外,培养基的物除了培养基的外源激素可以引起变异外,培养基的物理状态以及培养类型也会引起细胞的变异。理状态以及培养类型也会引起细胞的变异。v一般来讲,一般来讲,悬浮培养的细胞悬浮培养的细胞较半固体培养的细胞较半固体培养的细胞易产生易产生变异。变异。v原生质体培养的体细胞变异原生质体培养的体细胞变异大于细胞培养的变异,而细大于细胞培养的变异,而细胞培养的变异又大于组织器官培养的变异。胞培养的变异又大于组织器官培养的变异。第
39、58页,共61页,编辑于2022年,星期二三三、影响体细胞遗传与变异的因素影响体细胞遗传与变异的因素v3、继代次数、继代次数v由继代次数引起的体细胞变异几乎在各种类型的植物中均有报道。由继代次数引起的体细胞变异几乎在各种类型的植物中均有报道。v一般来讲,一般来讲,继代时间越长,继代次数越多继代时间越长,继代次数越多,细胞变异的机率就,细胞变异的机率就越越高高。第59页,共61页,编辑于2022年,星期二四、变异的机制DNA重复复制染色体断裂与重组非正常有丝分裂第60页,共61页,编辑于2022年,星期二五、体细胞无性系变异的诱导与选择五、体细胞无性系变异的诱导与选择 v体细胞无性系变异的表示方法主要有两种:体细胞无性系变异的表示方法主要有两种:v一种是一种是Chaleff提出的以提出的以R0、R1、R2、分别代表体分别代表体细胞无性系变异的当代和自交以后的世代;细胞无性系变异的当代和自交以后的世代;v另一种是由另一种是由Larkin和和Scowcroft提出的以提出的以SC1、RC2、RC3、来分别代表体细胞无性系变异的当代和自交以后的世代。来分别代表体细胞无性系变异的当代和自交以后的世代。第61页,共61页,编辑于2022年,星期二
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