初中八年級生物上冊7.19.1植物的生殖擴展資料：植物組織培養(yǎng)及其應(yīng)用素材新版蘇科版

1、名校名 推薦植物組織培養(yǎng)及其應(yīng)用目前，生物技術(shù)正在世界突飛猛進(jìn)地發(fā)展，而且在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、能源工業(yè)、環(huán)境保護各個領(lǐng)域顯示出極大的生產(chǎn)潛力。作為生物技術(shù)有力手段的組織培養(yǎng)，也日益受到重視， 組織培養(yǎng)在農(nóng)林作物的脫毒快繁、突變誘發(fā)、 細(xì)胞工程和基因工程等方面都可以發(fā)揮作用。當(dāng)前人類正面臨淡水資源短缺的困難，同時土地沙荒化、鹽漬化也對人類造成威脅。我國是屬于淡水資源缺乏的國家，除積極進(jìn)行節(jié)用水，在農(nóng)業(yè)上選育耐旱作物品種以及提高農(nóng)作物的抗旱性之外，應(yīng)用細(xì)胞工程技術(shù)快速繁殖固沙植物，篩選抗旱和抗鹽的細(xì)胞突變體，以至利用基因工程方法將抗旱基因引入到禾谷類作物中，最終將會對干旱、半干旱及灘涂地區(qū)的開

2、發(fā)利用產(chǎn)生極大影響?？上驳氖?， 目前科學(xué)家們已做出積極努力，在滲透調(diào)節(jié)基因工程方面取得了有意義的進(jìn)展?？傊锛夹g(shù)的應(yīng)用將對我國農(nóng)林生產(chǎn)帶來革命性的變化，本節(jié)所講的組織培養(yǎng)的基本原理及其應(yīng)用， 希望能引起讀者廣泛的興趣，以便為不久的將來應(yīng)用生物技術(shù)在解決我國旱區(qū)的實際問題上，能有所啟迪。一、植物組織培養(yǎng)中的細(xì)胞分化與器官建成（一）植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性即是每個植物的本細(xì)胞或性細(xì)胞都具有該植物的全套遺傳基因，因此在一定培養(yǎng)條件下每個細(xì)胞都可發(fā)育成一個與母體一樣的植株。這個概念雖然在本世紀(jì)初已經(jīng)提出， 但在當(dāng)時的技術(shù)條件下，在實踐上并沒做到，經(jīng)過幾十年來組織培養(yǎng)技術(shù)的不斷改進(jìn)，目前細(xì)胞

3、的全能性不但在理論上完全被證實，而且為組織培養(yǎng)在實踐上的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。植物細(xì)胞要表現(xiàn)出全能性，須經(jīng)過幾個步驟：成熟細(xì)胞分生細(xì)胞胚狀體完整植株。成熟細(xì)胞愈傷組織出根出芽完整植株。脫分化也就是已經(jīng)分化定型的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)成為重新恢復(fù)了分裂能力（也就是成為分生狀態(tài)）細(xì)胞的過程。不但植物體細(xì)胞可以表現(xiàn)全能性，花粉在培養(yǎng)條件下也可能進(jìn)行脫分化，通過愈傷組織或胚狀體發(fā)育成單倍體植株。植物細(xì)胞為什么表現(xiàn)出全能性呢？就要從動物與植物細(xì)胞的區(qū)別說起。不論是植物、 動1名校名 推薦物還是微生物， 其代謝的分子基礎(chǔ)基本是一樣的，從微生物到人， 遺傳的信息是一致的。但動物與植物細(xì)胞區(qū)別還是很大的。差別主要在于：第一

4、，自養(yǎng)與異養(yǎng)的差別。高等綠色植物是自養(yǎng)的，對營養(yǎng)的要求較簡單，因此培養(yǎng)基的成分大部分為無機物和少量簡單有機物。 而高等動物是需要多種復(fù)雜營養(yǎng)的異養(yǎng)生物，它們從復(fù)雜的來源中吸收、消化和同化其營養(yǎng)，并通過血液將養(yǎng)分輸送到全身細(xì)胞和器官。第二，外界環(huán)境的差別。動物細(xì)胞直接所處的內(nèi)部環(huán)境， 以相對濃縮的形式來滿足其營養(yǎng)要求。 植物所處的環(huán)境變化大， 它吸收養(yǎng)分是以稀釋的狀態(tài)。 植物細(xì)胞束縛在纖維素壁內(nèi)， 內(nèi)部液泡保持相當(dāng)穩(wěn)定的成分。植物細(xì)胞又以很大的能力維持著大的液泡、原生質(zhì)與外界培養(yǎng)基進(jìn)行物質(zhì)交換。第三，胚胎得到養(yǎng)分的方式不同。動物的胚靠預(yù)先存在卵里的營養(yǎng)發(fā)育，靠胎座與母體聯(lián)系，植物的胚獲得營養(yǎng)方式

5、相對地簡單， 胚存在于胚囊和胚株中，通過胚乳供應(yīng)胚的養(yǎng)分，原胚與子葉通過其外表面吸收養(yǎng)分。所以植物細(xì)胞誘導(dǎo)成胚從外部取得營養(yǎng)容易，不象動物要通過血液。第四，器官發(fā)育的差別。動物很早就開始器官發(fā)育，這些器官有高度特化的功能，然后靠血液循環(huán)系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、脊髓、大腦、激素把各器官連成整體。并且動物器官的發(fā)育過程基本上只有一次，而高等植物重復(fù)地產(chǎn)生器官而且是無限的。植物器官的發(fā)育是在生長區(qū)通過活細(xì)胞的活動，如頂端分生組織不斷產(chǎn)生葉、芽、花，在這些具有活細(xì)胞的部位，可取活細(xì)胞進(jìn)行移植和培養(yǎng)。誘導(dǎo)細(xì)胞的脫分化，需要許多外界條件。任何一個分化的細(xì)胞都具有保持分生組織狀態(tài)的潛勢，不過它平常處于受抑制的狀態(tài)，

6、消除抑制作用就可以使細(xì)胞恢復(fù)分裂。在各種外界條件中，外源激素對脫分化起重要作用。有些植物的外植體僅需加入生長素（IAA 吲哚乙酸 ，NAA萘乙酸 ，2，4-D）即可誘導(dǎo)細(xì)胞的分裂與生長，如菊苣；有的僅需加入細(xì)胞激動素類，如大豆、蘿卜；另一類需加生長素和細(xì)胞激動素類，如煙草髓、胡蘿卜、馬鈴薯；還有一類不需加任何激素，如冠癭組織，煙草腫瘤組織。（二）組織的分化與器官建成1、維管組織的分化早期研究發(fā)現(xiàn)（ Wetmore，1955 ），丁香的芽可以誘導(dǎo)鄰近的組織分化出維管束，后證明這是芽中IAA 的作用。將一塊含有14C-IAA 和蔗糖的瓊膠楔形物插入到愈傷組織切口中，2名校名 推薦14C-IAA 表

7、明蔗糖和IAA 通過瓊膠擴散到愈傷組織，從而在愈傷組織中造成這兩種物質(zhì)的梯度，在楔形物中形成類似維管束的瘤狀物，瘤狀物含有一形成層帶，一面形成韌皮部，一面形成木質(zhì)部，與正常的維管束有類似的排列。增加 IAA 的濃度， 導(dǎo)致木質(zhì)部形成，增加蔗糖濃度則導(dǎo)致韌皮部形成。生長素水平恒定時，2%蔗糖則全部分化出木質(zhì)部，4%蔗糖幾乎全部分化出韌皮部， 3%蔗糖則可以分化出二者。所以，生長素和蔗糖濃度決定愈傷組織中維管束的類型與數(shù)量。Rier 和 Beslow 進(jìn)一步報道，蔗糖不僅影響細(xì)胞的數(shù)目，而且影響其結(jié)構(gòu)。低濃度蔗糖（ 0.5%）誘導(dǎo)出環(huán)紋和梯紋管胞， 1.5-3.-5% 蔗糖誘導(dǎo)出梯紋和網(wǎng)紋細(xì)胞。細(xì)

8、胞分裂素類對促進(jìn)木質(zhì)部形成也有作用。它們使碳水化合物代謝趨向于五碳糖途徑，促進(jìn)木素前體苯丙烷的合成，不同的細(xì)胞分裂素作用不同。玉米素 激動素 6-BA（ 6- 芐基腺嘌呤）， NAA/激動素的比值為0.5/20時有木質(zhì)部發(fā)生和根形成，而比值降為0.025/0.4時，只發(fā)生木質(zhì)部而不發(fā)生根，赤霉素（GA）、乙烯、脫落酸對木質(zhì)部發(fā)生有抑制作用。2、根和芽的分化外植體誘導(dǎo)出愈傷組織后，經(jīng)過繼代培養(yǎng)，可以在愈傷組織內(nèi)部形成一類分生組織（meristemoid）即具有分生能較往年小細(xì)胞團，然后，再分化成不同的器官原基。有些情況下， 外植體不經(jīng)愈傷組織而直接誘導(dǎo)出芽、根。所以器官發(fā)生有兩種方式，即直接和間

9、接的。（ 1）外植體器官發(fā)生（根、芽或胚狀體）再生植株。（ 2）外植體愈傷組織類分生組織根、芽再生植株。根是組織培養(yǎng)中易形成的器官，早在30 年代，就看以胡蘿卜培養(yǎng)物中根的形成，以后又在多種植物中看到，同一植物不同器官可以誘導(dǎo)出根來：如棉花幼苗子葉、下胚軸切段、油菜葉片、葉柄、下胚軸等，多種植物愈傷組織也易生根。形成芽的培養(yǎng)基條件常有不同，有時芽與根可以同時在組織培養(yǎng)中形成，一般說， 培養(yǎng)物中形成的芽如胡蘿卜懸浮培養(yǎng)，油菜愈傷組織等。在組織培養(yǎng)中通過根、芽誘導(dǎo)再生植株方式有三種： 一種在芽產(chǎn)生之后，于芽形成的基部長根而形成小植株，一種是在根上生長出芽來，另一種即在愈傷組織的不同部位分別形成芽和

10、根，然后兩者結(jié)合起來形成一株植物。除營養(yǎng)芽之外，在組織培養(yǎng)中有時也有花芽的形成，如煙草、花生等。也有變態(tài)器官的形成， 如百合鱗片切塊分化出的芽，形成小鱗莖， 唐菖蒲莖端可誘導(dǎo)形成小球莖，馬鈴薯的莖切段可以形成塊莖。植物激素的成分影響著器官建成，Skoog 和 Miller等所提出的生長素和激動素比例決3名校名 推薦定根和芽分化的觀點，曾被大量的試驗結(jié)果所證明。在很多禾谷類作物的組織培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)，用較高濃度的生長素（2，4-D）誘導(dǎo)形成的愈傷組織，當(dāng)培養(yǎng)在除去生長素，或適當(dāng)濃度的活性較低的生長素中時，就可以誘導(dǎo)芽的形成。Nitsch等用 Linsmaier(LM)培養(yǎng)基附加10-5 摩爾 2，4-

11、D 培養(yǎng)水稻愈傷組織可以生根，一旦轉(zhuǎn)入無生長素的培養(yǎng)基時就能產(chǎn)生芽。Rangan 將小米愈傷組織從含生長素的培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移到無生長素的培養(yǎng)基，一個星期內(nèi)就形成了芽。但在另一些例子中激素比例控制器官分化的問題則出現(xiàn)完全相反的情況。苜蓿在有2，4-D 和細(xì)胞分裂素的培養(yǎng)基中，可以形成愈傷組織，轉(zhuǎn)入不加以上兩種激素的培養(yǎng)基中能分化，但分化的情況與原來的激素比例有關(guān)。如果愈傷組織是在高細(xì)胞分裂素/ 生長素比例的培養(yǎng)基中形成的，易于生根， 而在高生長素 / 細(xì)胞分裂素比例的培養(yǎng)基中形成的，易于生根，而在高生長素 / 細(xì)胞分裂素比例的培養(yǎng)基中形成的愈傷組織，則易生芽。由此看來，分化與激素的關(guān)系同植物的遺傳性有

12、著密切的關(guān)系，用五個品種的煙草做實驗，用相同的生長素/細(xì)胞分裂素比例，結(jié)果有的品種形成很多芽，有的形成很少芽，有的完全不生芽。培養(yǎng)基的物理因素和外界條件對器官建成有一定影響。固體培養(yǎng)基有利于誘導(dǎo)愈傷組織，而液體培養(yǎng)基有利于細(xì)胞和胚狀體增殖。藍(lán)光有利于芽的分化，而紅光、遠(yuǎn)紅光對芽分化有抑制作用，但促進(jìn)根分化，紫光對生芽有刺激作用。石刁柏、虎耳草屬、鳳梨科植物分化前期需要低光強（ 1000 勒克斯），后期要求高光強（ 3000-10000 勒克斯），降低氧濃度促進(jìn)胡蘿卜愈傷組織芽的形成，增加氧濃度促進(jìn)不定根形成。3、胚狀體是指在組織培養(yǎng)呂從一個非合子細(xì)胞，通過合子胚相似的胚胎發(fā)生過程所形成的胚狀結(jié)

13、構(gòu)。 從胚狀體可以形成完整的植株，這是植株細(xì)胞全能性的最強有力的一個證據(jù)。50 年代末期， Steward 等人從胡蘿卜的韌皮部用液體培養(yǎng)基通過游離細(xì)胞的分化，獲得了胚狀體。據(jù)統(tǒng)計，在植物組織培養(yǎng)中具有胚狀體分化能力的種子植物已達(dá)117 種，分屬43 科， 75 屬（見遺傳學(xué)報5 卷 1 期， 1980 年）。在植物組織組織培養(yǎng)中，誘導(dǎo)胚狀體與誘導(dǎo)芽相比較，具有顯著的優(yōu)點，一是數(shù)量多，二是速度快，三是成苗率高。由于胚狀體具有這些優(yōu)點，所以在育種工作及園藝工作中，可用胚狀體作為特定的優(yōu)良基因型個體的無性繁殖手段，同時在研究胚胎發(fā)育中也有很重要的理論意義。培養(yǎng)基的激素成分和氮源影響胚狀體的發(fā)生。有

14、的植物可在無激素培養(yǎng)基上誘導(dǎo)出胚狀體，如煙草、曼陀蘿、水稻、小麥花藥培養(yǎng)；有的植物需要生長素與細(xì)胞分裂素的一定比例誘導(dǎo)胚狀體，如油茶、酸棗、桃等。石龍芮下胚軸，石刁柏愈傷組織，還有一些植物先在有4名校名 推薦激素的培養(yǎng)基上， 然后轉(zhuǎn)入無激素培養(yǎng)誘導(dǎo)胚狀體。 有人證明培養(yǎng)基中還原態(tài)氮對胚狀體有利，但我國使用的 N5 培養(yǎng)基硝酸鹽含量高，也有很好的作用。水解酪蛋白或多種氨基酸對胚狀體發(fā)生有促進(jìn)效應(yīng)。胚狀體的發(fā)生還與外植體來源和年齡、培養(yǎng)的時間、植物的遺傳型等因素有關(guān)。二、植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用（一）增加遺傳變異性，改良作物單倍體育種： 通過花藥培養(yǎng)， 從小孢子獲得單倍體植株，染色體加倍后獲得正常二倍體

15、植株， 這是一條育種的新途徑。 單倍體育種可以縮短育種年限，節(jié)約人力物力，較快地獲得優(yōu)良品種，目前已有四十多種植物獲得了單倍體植株。我國在水稻、小麥、煙草、柏樹、橡膠、辣椒等植物的單倍體育種的工作上，處于領(lǐng)先地位。胚培養(yǎng)、子房培養(yǎng)、胚珠培養(yǎng)：為了克服遠(yuǎn)緣雜交的不親和性，可采用胚、子房、胚珠培養(yǎng)和試管受精等手段。最早成功的例子是兩個栽培種亞麻的雜交胚發(fā)生敗育，利有雜種胚培養(yǎng)克服了一些障礙，得到種子。 現(xiàn)在在棉花、 黃麻上也獲得成功。從玉米的離體子房培養(yǎng)，經(jīng)體外受粉可以得到種子。突變體的選擇和應(yīng)用： 由于植物的單細(xì)胞培養(yǎng)成功， 可以用這個方法誘發(fā)單細(xì)胞進(jìn)行突變，通過篩選所需要的突變體， 然后使細(xì)胞

16、分化成植株， 再通過有性世代使遺傳性穩(wěn)定下來，這是從細(xì)胞水平來改造植物的一種途徑。 除細(xì)胞外，愈傷組織、花藥、原生質(zhì)體都可誘發(fā)突變。 70 年代以來，世界各國在這方面已有不少成功的例子，如：已選育出抗花葉病毒的甘蔗無性系，抗 1-2%NaCl 的野生煙草細(xì)胞株，抗除草劑的白三葉草細(xì)胞株等。體細(xì)胞雜七雜八交和遺傳工程：自 1960 年以來用酶法獲得大量有活力的植物原生質(zhì)體，現(xiàn)已從四十多種植物的原生質(zhì)體產(chǎn)生出再生植株。通過異種原生質(zhì)體的相互融合（即體細(xì)胞雜交）為植物育種工作開闊新的途徑。原生質(zhì)體融合的工作自1972 年 Carlson 在兩個煙草種間成功以來， 現(xiàn)在除種內(nèi)與種間能獲得雜種植株外，在

17、屬間甚至不同科的植物間亦做了許多工作，如煙草與大豆、煙草與天仙子、矮牽牛與小花矮牽牛、番茄與矮牽牛等都得到了雜種植株。此外，通過原生質(zhì)體融合， 并以選擇胞質(zhì)鏈霉素抗性做手段以轉(zhuǎn)移煙草的雄性不育性狀，或通過原生質(zhì)體融合轉(zhuǎn)移胞質(zhì)的抗林可霉素因子都得到成功。原生質(zhì)體沒有胞壁， 容易接受外來的引入物質(zhì)。 由于致癌農(nóng)桿菌可以使多種植物形成腫瘤，以及已發(fā)現(xiàn)它所帶的 Ti 質(zhì)粒可以有效的插入植物細(xì)胞的基因組中，所以一些研究者也5名校名 推薦設(shè)想能否以Ti 質(zhì)粒作為載體，與固氮基因重組后轉(zhuǎn)入植物的細(xì)胞中，如能實現(xiàn)將固氮基因轉(zhuǎn)到非豆科植物如水稻、小麥、 玉米等作物中，則遺傳工程在創(chuàng)新植物類型上的前景，無疑是非常

18、廣闊的。（二）繁殖植物組織培養(yǎng)中從一個單細(xì)胞，一塊愈傷組織，一個芽（或其它器官）都可以獲得無性系。無性系就是用植物體細(xì)胞繁殖所獲得的后代。用植物組織培養(yǎng)技術(shù)繁殖的無性系可概括為五個類型：原球莖： 細(xì)胞或組織培養(yǎng)經(jīng)原球莖途徑分化成植株。大部分蘭花屬于這一類型，即蘭花的各個部分的離體組織都能誘導(dǎo)形成原球莖，再經(jīng)培養(yǎng)分化形成植株。器官發(fā)生型： 即從細(xì)胞或愈傷組織培養(yǎng)通過不定芽形成植株，如煙草愈傷組織培養(yǎng)分化所得的植株。胚狀體發(fā)生型：從細(xì)胞或愈傷組織通過胚狀體途徑，即由球形期、魚雷期、心形期、子葉期經(jīng)成熟胚發(fā)育成植株，如胡蘿卜體細(xì)胞培養(yǎng)可通過胚狀體途徑形成植株。器官型：從離休珠莖、花芽、葉、鱗片等，亦

19、即從離體的母體組織直接產(chǎn)生小植株，如貝母、百合等。無菌短枝扦插； 選取已發(fā)育成熟的腋芽，連同短枝經(jīng)表面滅菌后在無菌條件下培養(yǎng)，使其生根。 腋芽可用生長激素處理促使其萌發(fā)。這一方法在較短時間內(nèi)即可獲得一個植株。對保存珍貴的優(yōu)良樹種或花卉品種是簡易而有效的方法。通過組織培養(yǎng)可以做到快速繁殖。 1 年中從一個芽得到 103-106 個芽，達(dá)到快速目的。現(xiàn)在在國內(nèi)外已掀起 試管苗 熱，許多花卉、林木、 果樹、 蔬菜都可通過組織培養(yǎng)進(jìn)行大規(guī)模的無性繁殖。國外在草莓、蘋果、柑桔、蘭花、石竹、鐵線蓮、杜鵑、月季、桉樹等進(jìn)行快速繁殖已達(dá)到商品化。我國近年來已獲成功的有甘蔗、月季、菊花、無籽西瓜、櫟樹、山楂、獼

20、猴桃、雪松等。通過組織培養(yǎng)可以進(jìn)行無病毒植株的培育。 病毒是植物的嚴(yán)重病害， 病毒病的種類不下五百多種。受害的糧食作物有水稻、小麥、馬鈴薯、甘薯，蔬菜作物有：油菜、大蒜，果樹有：柑桔、蘋果、棗，花卉有：唐菖蒲、石竹、蘭花等。防治無方，只好拔除病株，因而造成很大經(jīng)濟損失。病毒在植株上的分布是不均一的，老葉、老的組織和器官病毒含量高，幼嫩的未成熟組織和器官病毒含量較低，生長點幾乎不含病毒或病毒較少。1952 年法國 Morel用生長點培養(yǎng)法獲得無病毒植株成功，以后許多國家開展了這方面的工作。目前已在馬鈴薯、甘薯、大蒜、石竹、百合、蘭花、草霉等植物上得到成功。 如果采用 0.1毫米以下的生長點，6名

21、校名 推薦 培養(yǎng) （ 1-1.5年），成活率低，故目前已多用0.1-0.5毫米大小生 點， 合 理培育無病毒苗。 在我國已 得 薯無病毒苗，并 行了推廣種植， 在廣 省 行了柑桔無病毒苗的培育。（三）有用化合物的工 化生 培養(yǎng)除了在 上的 用外，目前世界各國都在重 另一個方面，即有用化合物的工 化生 。有用化合物包括 物、橡膠、香精油、色素等。 些化合物 多都是高等植物的次生代 物， 有些化合物 不能大 模地人工合成，而靠植物 生 些化合物來源有限。因此，利用 培養(yǎng)方法，培養(yǎng)植物的某些器官或愈 ，并 出高 、高合成能力、生 快的 胞株系，以 行工 化生 ，是一條行之有效的途徑。次生代 物的研究和 培養(yǎng)方面， 行工作最多的是 邦德國和日本。用 培養(yǎng)可以生 的化合物有 心苷、 生物堿、黃 素、 Q10等， 已 出高 的 胞系，大 模生 亦有成效。人參 我國名 材， 今因野生 源缺少，多用人工栽培， 但人參生 慢， 6 年才有