第三植物细胞工程的基本原理和技术基础精要.ppt

第三章 植物细胞工程的 基本原理和技术基础 第一节、植物细胞工程基本原理 一、植物组织培养 （Plant Tissue Culture）： 指通过无菌操作分离植物体的一部分，接种到培养基上，在人工控制的条件下进行培养，使其产生完整植株的过程。 植物组织培养是植物细胞工程的基础 狭义：愈伤组织培养 广义：植株、器官、细胞、组织等的离体培养。 二、植物细胞工程研究的意义 1、基础理论研究 试验体系的准确性和可重复性，广泛用于细胞、组织的代谢生理及其它生化等方面的研究（如分化问题）。 2、农业生产应用研究 无性繁殖系快速繁殖的生产、试管苗的商品化，遗传育种，种质保存，克服远缘杂交，种质资源创新，获得转基因植株。  组织培养 三、植物细胞工程的理论基础 1902年，德国科学家Haberlandt 提出细胞的全能性假说 1943年，美国科学家White正式提出植物细胞具有全能性的学说。 1958年Steward通过培养胡萝卜根悬浮细胞诱导出完整植株，证实植物细胞全能型理论 基本概念 植物细胞全能性（plant cell totipotency）指植物体的任何一个细胞都携带有该植物的全部遗传信息，细胞经分裂和分化后仍具有产生完整植株的潜在能力或特性。 分化细胞如何实现全能性？ 1、一个已分化的细胞要实现全能性一般要经历两个过程：脱分化和再分化 2、实现全能性必须满足的条件： 具有较强全能性的细胞从植株组织抑制性影响下解脱出来，使其处于独立发育的离体状态 赋予离体细胞一定的刺激，包括营养物质、植物激素、光照、温度、酸碱度等等。 细胞分化（differentiation）细胞分裂过程中，细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程。 脱分化（dedifferentiation）：在组织培养时，放在一定的培养基上后，外植体的细胞转变成胚性细胞，从而获得不断分裂的能力。 即由已高度分化的、失去分裂能力成熟细胞回复到具有分裂能力的分生细胞组织或胚性细胞状态的过程叫脱分化。 再分化（redifferentiation）：脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在一定条件下，重新恢复细胞分化能力再转变成具有一定结构，执行一定生理功能的细胞团或组织胞，并进一步发育成完整植株。 外植体（explant）：进行体外组织培养时被研究或被培养的那部分材料。 愈伤组织（Callus）：原指植物在受伤之后于伤口表面形成的一团薄壁细胞，在组培养中则指人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的，无组织结构、松散的细胞团。 是高度分化的细胞经脱分化后，细胞分裂增殖形成的组织。即细胞脱分化的产物。 波萝愈伤组织 烟草暗培养愈伤组织 再生植株的发生（再分化） 器官发生 发生途径 体细胞胚发生 1、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（愈伤组织）分化形成不定根（adventitious roots）、不定芽（adventitious shoots）等器官的过程 。 器官发生形成再生植株大体上有三种方式：第一种方式是先芽后根第二种方式为先根后芽第三种方式是在愈伤组织的不同部位形成芽和根，再通过维管组织的联系形成完整植株 草莓愈伤组织诱出不定芽 寒兰根诱导不定芽 2、胚状体发生 离体培养组织形成类似于种子的胚的结构，同时产生芽端和根端的结构，称为胚状体。 胚状体（embryoid）的特点： 1、不同于合子胚，因为它不是两性细胞融合产生。 2、不同于孤雌/雄胚，因为它不是无融合生殖的产物。 3、不同于器官发生方式形成的茎芽和根，因为它经历了与合子胚相似的发育过程且成熟的胚状体是双极性结构 植株再生 离体条件下细胞脱分化和再分化分为三个阶段： 诱导期：外植体接受外界条件刺激，改变原有的代 谢，距伤口较近的薄壁细胞略有增大，细胞 质增多等细胞恢复到分裂能力状态。 分裂期：被启动的细胞全面的进行活跃分裂 分化期：即形成期，出现组织分化 第二节、植物组织培养的一般条件 一、培养基基本组成 无机盐； 碳源和能源； 维生素； 氨基酸和有机附加物 生长调节剂（植物激素） 琼脂 1、无机盐类 组成各种化合物，参与机体的建造，成为结构物质 构成一些特殊的生理活性物质，如植物激素、酶以及酶的活化剂，参与植物的代谢活动； 元素之间相互协调，以维持离子浓度平衡、胶体稳定、电荷平衡等生物电化学方面的作用； 大量元素（浓度 0.5mmol/l),N、P、K、Ca、Mg 微量元素（浓度