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第二章 植物组织培养的基本理论、条件与操作技术 第一节 植物组织培养的基本理论 一、植物细胞的全能性及其表达 1. 植物组织培养（Plant tissue culture）： 在离体条件下，利用人工培养基对植物器官、组织、细胞和原生质体等进行培养，使其生长成完整植株的过程。 外植体（explant)：由活体（in?vivo)植物体上提取下来的，接种在培养基上的无菌细胞、组织、器官等。 分类：广义的组织培养依外植体不同，可分为：器官培养（organ culture）、茎尖分生组织培养(shoot tip culture, shoot apex culture, apical meristem culture)、愈伤组织培养(calluse cultrue)、细胞培养(cell culture)、原生质体培养 (protoplast culture) 2. 植物细胞的全能性（totipotency）：一个具有完整细胞核的植物细胞，拥有该植物的全部遗传信息，在适宜条件下进行表达，具有分化发育成完整植株的潜能，称为~。植物组培诞生的理论基础。 不同类型细胞全能性的强弱： 卵细胞＞茎尖、根尖分生组织＞形成层＞薄壁细胞＞厚壁细胞（木质化）＞特化细胞（筛管等细胞）。 3. 植物细胞全能性的表达 全能性的表达：从离体培养的植物细胞或组织诱导分化成完整植株的过程称为~。 全能性只是一种可能性。完整细胞核具有该植物体全套的遗传信息，是全能性表达的内因。 全能性表达须满足2个条件： 1）脱离整株，切断胞间连丝，解除抑制； 2）营养和激素，使其脱分化与再分化。 二、植物细胞的脱分化与再分化 1. 细胞分化 （Cell differentiation） 定义： 指在个体发育中，由同一种细胞类群经细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性差异，产生不同细胞类群的过程。 细胞分化是组织与器官分化的基础。 细胞分化的本质是基因差别表达。 通过组培研究，揭示细胞的分化规律： 1）成熟细胞未表达基因并非永久关闭，条件适宜即表达。 2）生理生化分化先于形态结构分化。 3）完整植株中，细胞发育途径一旦被决定常不再改变，而离体培养可通过脱分化消除这种决定。 4）极性是植物细胞分化的基本现象，即在器官、组织、细胞中，在不同轴向上存在生理生化和形态结构的梯度差异。 5）由不等分裂导致细胞分化的差异，说明细胞质在起作用。 6）有位置效应，可能与生理状态和激素分布有关，导致基因表达差异。 7）植物生长调节剂对细胞分化有关键调节作用。 8）细胞分化时，常见核内多倍性和多线染色体。 2. 脱分化（dedifferentiation）: 在组培过程中，已分化的成熟细胞失去原来的结构和功能，恢复为分生状态，经分裂形成愈伤，或只形成未分化细胞特性的过程为~。分化的逆转。 影响脱分化的因素： 1) 脱离母体：损伤是前提，自我调节和修复。 2) 生长调节剂：生长素起主要作用。 3) 外植体生理状态：对培养的反应不同，如花器官较易，茎叶较难；幼嫩组织较易，老熟组织较难。 4) 基因型：双子叶易于单子叶，同种植物有差异。 3. 愈伤组织（callus）: 在培养基上，由外植体经脱分化和细胞分裂形成的一团无序生长的薄壁细胞。 4. 再分化/再生 (redifferentiation/regeneration): 由脱分化的愈伤组织或细胞在一定培养条件下重新分化，形成各种组织、器官甚至完整植株的过程。 植物离体再生的途径： 1）器官形成 (organogenesis)：从愈伤组织或外植体形成不定芽、不定根，然后形成完整植株。 2）体细胞胚胎发生 (somatic embryogenesis)：从体细胞诱导的愈伤组织形成类似于合子胚的结构（体细胞胚），进一步发育成完整植株。也可直接由外植体再生体细胞胚。 组织培养的过程： 第二节 植物组织培养的基本条件 一、实验室及其设备 1. 准备室 主要设备：电冰箱、天平、酸度计、高压灭菌锅、烘箱等。 2. 接种室（无菌操作室） 主要设备：超净工作台。 3. 培养室 主要设备：培养架、控光温设备、摇床、培养箱。 4. 细胞学实验室 主要设备：显微镜。 主要以1——3为主。 二、培养条件 1. 温度：一般25± 2℃，过高过低抑制生长和分化。 2. 光照：每日光照12~16 h，光强1000~5000 lx。 3. 湿度：室内相对湿度70%～80%, 过低使培养基失分，过高易造成污染。 4. 氧气：封口膜、棉塞、纱布+牛皮纸。 第三节 培养基及其配制 一、培养基的成分 培养基=水+无机＋有机＋激素＋固化剂＋其它 1. 水：蒸馏水、自来水（大规模生产）。 2. 无机盐 1）大量元素：浓度大于0.5mM或100mg/L。 N：KNO3、NH4NO