植物組織培養(yǎng)的基本原理

植物組織培養(yǎng)的基本原理第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五主要內(nèi)容植物細胞全能性和細胞分化離體條件下植物器官的發(fā)生第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)植物細胞全能性和細胞分化一、植物細胞全能性二、植物細胞分化第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五一、植物細胞全能性細胞學(xué)說1902年，Haberlandt提出了植物細胞的全能性理論：植物的體細胞在適當(dāng)條件下，具有不斷分裂和繁殖，發(fā)育成完整植株的能力。70年代：細胞全能性：每一個細胞具有該植物的全部遺傳信息，具有發(fā)育成完整植株的能力。80年代：每一個植物細胞帶有該植物的全部遺傳信息，在適當(dāng)條件下可表達出該細胞的所有遺傳信息，分化出植物有機體所有不同類型的細胞，形成不同類型的器官甚至胚狀體，直至形成完整的植株。第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五一些高度分化的植物細胞如篩管和木質(zhì)部細胞目前暫時不能表現(xiàn)出細胞全能性。全能性表達最有利的證據(jù)是：通過胚狀體分化形成完整植株。第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)離體培養(yǎng)時，這些細胞（組織、器官）生命特征屬性的表現(xiàn)過程和形式都將發(fā)生變化1新陳代謝方面：培養(yǎng)基2.調(diào)控能力方面：異養(yǎng)3.生長發(fā)育和繁殖方面：細胞脫分化，體細胞胚發(fā)生。4.在遺傳進化方面：變異性增加第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五二、植物細胞分化分化：指植物體各個部分出現(xiàn)異質(zhì)性的現(xiàn)象，包括細胞分化、組織分化或器官分化等。細胞分化：指在個體發(fā)育過程中，不同部位的細胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生改變，形成不同的組織和器官。細胞分化是發(fā)育生物學(xué)的核心問題，是基因選擇性活化或阻遏的結(jié)果。5%-10%第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五細胞分化的某些規(guī)律和機理1.可分為形態(tài)結(jié)構(gòu)分化及生理生化分化；2.不存在部分基因組永久關(guān)閉的情況；3.離體培養(yǎng)可通過脫分化來喪失“細胞發(fā)育的決定”4.極性與分化密切相關(guān)；5.生理隔離或機械隔離在細胞分化中的促進作用；6.細胞分裂對細胞分化具有重要作用；7.植物生長調(diào)節(jié)劑對細胞分化具有明顯的調(diào)節(jié)作用；8.細胞核染色體和DNA的變化對細胞分化的作用；第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)離體條件下植物器官的發(fā)生一、脫分化和再分化二、影響細胞脫分化和再分化的因素第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五一、脫分化和再分化1.定義脫分化（dedifferentiaton）：去分化，指離體培養(yǎng)條件下生長的細胞、組織或器官經(jīng)過細胞分裂或不分裂逐漸失去原來的結(jié)構(gòu)和功能而恢復(fù)分生狀態(tài)，形成無組織結(jié)構(gòu)的細胞團或愈傷組織或成為未分化細胞特性的細胞的過程。（一）脫分化第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五2.脫分化種類1）通過細胞分裂形成細胞團或愈傷組織；2）本身細胞恢復(fù)分生狀態(tài)，即可再分化。3.脫分化的機理尚未清楚，誘導(dǎo)脫分化期間細胞學(xué)以及生理生化方面的變化：以下變化改變了細胞原有的生理狀態(tài)，引起細胞分裂第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五1）膜透性改變2）細胞核增大3）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)范圍擴大4）多核糖體形成5）氣體交換率增加6）不同基因活化引起生長激素的分解或合成7）過氧化物酶增加8）蛋白和酚類物質(zhì)合成活躍9）乙烯產(chǎn)物增加第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五（二）再分化1.定義再分化（redifferentiaton）：離體培養(yǎng)的植物細胞和組織可以由脫分化狀態(tài)重新進行分化，形成另一種或幾種類型的細胞、組織、器官、甚至形成完整的植株的現(xiàn)象。第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五2.再分化的分類1）細胞水平的再分化：2）組織水平的再分化：3）器官水平的再分化：4）植株再生：第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五(1).細胞水平的再分化：

細胞壁變厚、假導(dǎo)管細胞的形成及酶水平的變化，從而形成各種類型的細胞。

第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五(2).組織水平的再分化：當(dāng)愈傷組織在高水平生長素條件下，最常見的是維管組織的分化。松散的愈傷組織內(nèi)含有大量擬分生組織或瘤狀結(jié)構(gòu)；致密的愈傷組織內(nèi)組織分化很少。第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五(3）器官水平的再分化：又稱器官發(fā)生，指再分化的組織可形成各種器官，如根、莖或芽、葉、花以及多種變態(tài)的器官。器官發(fā)生根據(jù)起源的不同可以分為：器官型：由外植體的細胞形成器官原基，繼而發(fā)育成器官器官發(fā)生型：先形成愈傷組織，由愈傷組織產(chǎn)生不同的器官原基。第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五離體培養(yǎng)下的器官原基的形成過程：外植體脫分化分生細胞團分化成不同的器官原基在器官縱軸上出現(xiàn)單向性形成愈傷組織分化成維管組織第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五(4）植株再生：離體培養(yǎng)再生植株的主要途徑是器官發(fā)生和胚胎發(fā)生。器官發(fā)生：根、莖或芽的器官發(fā)生原球莖發(fā)生（蘭花）綠色球狀體的發(fā)生（蕨類植物）莖原基發(fā)生（菊科）胚胎發(fā)生第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五根莖或芽器官的發(fā)生可使植株重建，有三種形式（1）先形成芽，芽的基部長根形成小植株；（2）先形成根，根上再出芽。（3）愈傷組織的不同部位分別形成芽和根，然后形成維管組織把兩者結(jié)合起來形成一個植株。一般離體培養(yǎng)物中先形成芽后較易形成根。第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五二、影響細胞脫分化和再分化的因素

（一）影響細胞脫分化的因素植物離體培養(yǎng)中，細胞脫分化與外植體本身以及環(huán)境條件有關(guān)，影響因素主要有：

1.損傷;刺激增殖，生命的自我調(diào)節(jié)方式。

2.生長調(diào)節(jié)劑;3.光照;弱光或黑暗有利于脫分化的細胞分裂。

4.細胞位置;5.外植體的生理狀態(tài);不同年齡不同季節(jié)

6.植物種類差異;雙子葉易于單子葉植物第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五（二）影響細胞再分化的因素

雖然理論上各種植物體的活細胞都具有全能性，但實際上，目前還不能讓所有植物的所有活細胞都再生植株。主要原因：1.不同植物種類再分化的能力差異很大；2.對某些植物的植株再生條件還沒有完全掌握。影響因素與脫分化基本一樣。第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五三、愈傷組織1.定義愈傷組織：植物細胞脫分化而不斷增殖形成的，主要由薄壁細胞構(gòu)成的非器官化組織或不定組織。愈傷組織的顏色透明、質(zhì)地疏松。愈傷組織具有結(jié)構(gòu)的不均一性和生理和遺傳上的不穩(wěn)定性第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五莖端上的愈傷組織第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五2.愈傷組織形成的條件離體培養(yǎng)條件（尤其是激素的種類和濃度，常用的生長素是2，4－D，IAA和NAA，常用的細胞分裂素是KT和6－BA）外植體類型（木本植物中的幼態(tài)或成年態(tài)）外植體原來在植株上所處的位置（它反映了內(nèi)源激素的水平）（圖）第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五不同類型細胞脫分化過程可能進行的程度圖第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五3.愈傷組織形成的過程誘導(dǎo)期分裂期分化期第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五誘導(dǎo)期

誘導(dǎo)期是外植體細胞進行分裂準(zhǔn)備的時期。特點：在這一時期外植體細胞大小沒有多大變化，但細胞內(nèi)合成代謝活躍，RNA含量迅速增加，細胞核體積明顯增大。時間長短與物種相關(guān)第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期五分裂期

細胞分裂的速度大大超過了細胞伸展的速率，細胞體積迅速變小，逐漸回復(fù)到分生狀態(tài)。細胞進行脫分化。特點：細胞分裂快；結(jié)構(gòu)疏松；顏色淺而透明；缺少有結(jié)構(gòu)的組織。