細胞全能性課件

第三章細胞全能性

與形態(tài)發(fā)生主要內(nèi)容細胞的全能性及其實現(xiàn)途徑脫分化與再分化形態(tài)發(fā)生途徑器官發(fā)生途徑體細胞胚途徑一、細胞的全能性全能性：一個細胞所具有的產(chǎn)生完整生物個體的固有能力稱之為細胞的全能性。細胞學(xué)說：細胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位遺傳學(xué)理論：細胞具有生物體全部的遺傳物質(zhì)二、植物細胞的分類（依全能性）第一類：始終保持分裂能力的細胞如莖尖、根尖及形成層細胞最容易體現(xiàn)全能性第二類：永久失去分裂能力的細胞如篩管、導(dǎo)管、氣孔保衛(wèi)細胞等特化細胞最難實現(xiàn)全能性第三類：Go細胞如表皮細胞及各種薄壁細胞容易實現(xiàn)全能性總之，細胞分化程度越高，表達全能性越難。植物細胞全能性表現(xiàn)根據(jù)細胞類型不同從強到弱:

營養(yǎng)生長中心>形成層>薄壁細胞>厚壁細胞(木質(zhì)化細胞)>特化細胞(篩管、導(dǎo)管細胞)；

根據(jù)細胞所處的組織不同從強到弱為：

頂端分生組織>居間分生組織>側(cè)生分生組織>薄壁組織(基本組織)>厚角組織>輸導(dǎo)組織>厚壁組織。三、細胞全能性的實現(xiàn)1、細胞實現(xiàn)全能性必須具備兩方面的條件：內(nèi)在：具有全能性死細胞外在：脫離生物體（擺脫整體的控制）

培養(yǎng)條件（特別是激素的作用）愈傷組織示意圖第二節(jié)脫分化與再分化

脫分化和再分化是培養(yǎng)條件下的現(xiàn)象。脫分化的特征脫分化的過程脫分化的機理脫分化的結(jié)果一、脫分化（一）、脫分化的特征中央大液泡消失（出現(xiàn)蛋白體）核小，位于邊緣體積增大，移至中央葉綠體原質(zhì)體（基粒片層解體出芽）細胞質(zhì)密度低內(nèi)膜細胞器顯著增加，胞質(zhì)變濃其中，液泡消失和葉綠體的轉(zhuǎn)變是脫分化的重要特征。（三）、脫分化的機理細胞周期對脫分化的調(diào)控激素誘導(dǎo)表達基因與細胞脫分化PSK的發(fā)現(xiàn)及其對細胞脫分化的影響細胞脫分化與染色體解凝聚（促分裂肽）（三）、脫分化的機理1.細胞周期與脫分化細胞脫分化調(diào)控的實質(zhì):即是G0期細胞回復(fù)到分裂周期的調(diào)控過程。細胞周期檢驗點；cyclin-CDK植物細胞周期的調(diào)控主要有2類CDK（CDKa、CDKb）和2類cyclin（CycB、CycD）。CDKa/CycD磷酸化Rb（G1期限制點調(diào)控分子），使細胞通過“限制點”進入分裂周期。CDKb與CycB以及相關(guān)的調(diào)節(jié)蛋白完成從S期到M期的調(diào)控。（三）、脫分化的機理2.植物激素與脫分化生長素類：IAA、NAA、2,4-D、IBA細胞分裂素類：KT、6-BA、ZT、2ip赤霉素類：GA3脫落酸：ABA乙烯：（四）、脫分化的結(jié)果細胞脫分化是細胞狀態(tài)的改變，成功的脫分化絕大多數(shù)情況下導(dǎo)致細胞的分裂，通過分裂形成愈傷組織。細胞初期分裂方式與外植體細胞類型有關(guān)。為正常二倍體細胞，第一次分裂通常是有絲分裂；含有高倍化細胞，第一次分裂可能是有絲分裂，也可能是無絲分裂。有些外植體的細胞脫分化以后直接形成胚性細胞進而形成體細胞胚。在極少數(shù)情況下脫分化細胞會不經(jīng)分裂直接分化形成其他類型的細胞。（轉(zhuǎn)分化）體細胞胚離體培養(yǎng)下沒有經(jīng)過受精過程，但經(jīng)過了胚胎發(fā)育過程所形成的胚的類似物（不管培養(yǎng)的細胞是體細胞還是生殖細胞），統(tǒng)稱為體細胞胚或胚狀體。（四）、脫分化的結(jié)果脫分化與愈傷組織的形成在性質(zhì)上是不能等同的，脫分化是細胞生理狀態(tài)的改變，而形成愈傷組織是離體培養(yǎng)中的一個階段。盡管細胞脫分化后進入細胞分裂的結(jié)果，在大多數(shù)情況下是形成愈傷組織，但絕不是說所有的細胞脫分化的結(jié)果都必然形成愈傷組織。1.愈傷組織的形成過程Yeoman（1973）劃分為3個時期：誘導(dǎo)期（脫分化）：分裂期：外植體外層細胞開始分裂，中間部分靜止形成期：內(nèi)部細胞分裂，形成瘤狀、片狀分生組織（又稱分生組織節(jié)），是愈傷組織生長中心。1.愈傷組織的形成過程分裂期形成期2.愈傷組織的類型王海波（1991）根據(jù)禾本科植物愈傷組織的特征將其分為三種類型，現(xiàn)在廣為借用。Ⅰ型：結(jié)構(gòu)致密、生長緩慢、容易分化苗保守分裂型Ⅱ型：結(jié)構(gòu)松脆、生長旺盛、色澤艷亢奮分裂型Ⅲ型：結(jié)構(gòu)松脆、生長緩慢衰敗型2.愈傷組織的類型結(jié)構(gòu)致密結(jié)構(gòu)松脆組織培養(yǎng)圖片展香石竹菊花花托百合根3.愈傷組織的增殖4.應(yīng)用及篩選必備條件：穩(wěn)定性好，增殖旺盛應(yīng)用：再分化植株（高度的胚性或再分化能力）細胞培養(yǎng)（結(jié)構(gòu)松脆，容易分散）二、再分化極性管狀分子細胞的分化（微管組織形成）細胞再分化途徑二、再分化再分化（redifferentiation）：在離體條件下，當(dāng)細胞脫分化以后，無序生長的細胞及其愈傷組織要重新進入有序生長進而才能再生個體，通常把離體培養(yǎng)下的這一過程稱為再分化。細胞要進行再分化，首先必須建立極性。（一）、極性極性：指植物的器官、組織、甚至單個細胞在不同的軸向上存在的某種形態(tài)結(jié)構(gòu)以及生理生化上的梯度差異。極性建立：與質(zhì)膜離子通道的不對稱分布和細胞周質(zhì)微管重排有關(guān)。（一）、極性在很多情況下，細胞的不均等分裂是是細胞極性建立的標(biāo)志。如：植物細胞的極性合子分裂形成基細胞和頂細胞動物細胞卵裂形成動物極細胞和植物極細胞（一）、極性對離體培養(yǎng)的組織、細胞形成的脫分化細胞或愈傷組織而言，極性建立后，生長素沿著極性方向流動，導(dǎo)致管狀分子細胞（TE）的出現(xiàn)。通常把離體培養(yǎng)中TE細胞的出現(xiàn)作為組織分化的標(biāo)志。（再分化的標(biāo)志）管狀分子細胞（TE）？（二）、管狀分子細胞的分化以百日草葉肉細胞轉(zhuǎn)變?yōu)楣軤罘肿蛹毎麨槔旱谝浑A段：葉肉細胞脫分化第二階段：葉肉細胞向TE細胞轉(zhuǎn)分化第三階段：TE細胞特化階段，即細胞壁加厚，原生質(zhì)自溶，細胞骨架螺旋排列形成管狀細胞。最后TE細胞長孔兩端穿孔與另一TE細胞相通，形成疏導(dǎo)組織。（二）、管狀分子細胞的分化轉(zhuǎn)分化：細胞脫分化后不經(jīng)分裂直接轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N類型細胞的現(xiàn)象。（二）、管狀分子細胞的分化管狀分子細胞的形成非常重要，它在維管的形成中具有中心作用，是維管發(fā)生的一個標(biāo)志。維管系統(tǒng)：水分、物質(zhì)運輸?shù)耐ǖ?，同時起機械支撐作用。離體培養(yǎng)中，沒有維管的形成，就不能保證營養(yǎng)來源，也無法再形成新的植物個體。（二）、管狀分子細胞的分化植物激素在維管分化中的作用激素是離體培養(yǎng)條件下調(diào)控細胞脫分化和再分化的主要因素，其中生長素和細胞分裂素是兩類主要的調(diào)控培養(yǎng)條件下細胞生長和分化的植物激素。此外，在有些試驗中也顯示，GA3、ABA、乙烯等也在細胞分化中起到一定調(diào)節(jié)作用。（二）、管狀分子細胞的分化生長素：刺激木質(zhì)部的發(fā)生將帶有2~3葉原基的莖尖嫁接到洋丁香的愈傷組織上，可誘導(dǎo)維管的形成。細胞分裂素：與木質(zhì)部發(fā)生有關(guān)激動素可使煙草愈傷組織導(dǎo)管分化率提高30%。（二）、管狀分子細胞的分化糖:生長素對維管組織分化的影響與糖的存在有密切聯(lián)系。0.05mg/LIAA+1%蔗糖，Syringa愈傷組織中僅出現(xiàn)少量的木質(zhì)部0.05mg/LIAA+2%蔗糖，木質(zhì)部的形成量就較多

0.05mg/LIAA+2%~4%蔗糖，木質(zhì)部和韌皮部組織同時分化

0.05mg/LIAA+5%蔗糖，愈傷組織中形成的維管組織的主要成分是韌皮部，僅有少量木質(zhì)部。培養(yǎng)基的糖濃度？另外，有的雙糖如麥芽糖和海藻糖（Trehalose）對植物愈傷組織中的導(dǎo)管分化有促進作用，而葡萄糖、果糖和其他單糖則沒有這樣的作用。培養(yǎng)基的糖種類？（二）、管狀分子細胞的分化眾多的植物離體培養(yǎng)實驗證明，細胞分裂素和生長素對于細胞生長和分化具有同等重要的協(xié)同作用，它們的量與比值的不同配合，對細胞脫分化和分化起著重要調(diào)節(jié)作用。由于