第二章--植物组织培养的基本原理课件.ppt

,Your site here,LOGO,LOGO,*,青岛农业大学海洋科学与工程学院,讲授内容,1.1,细胞的全能性,1.2,植物细胞分化与脱分化,1.3,植物的形态建成,1.4,基因表达与位置效应及器官分,化信息传递,第二章 植物组织培养的基本原理,植物细胞全能性,（,Cellular totipotency,）,：,任何具有完整细胞核的植物细胞，都拥有形成一个完整植珠所必须的全部遗传信息和发育成完整植株的能力。,（,Haberlandt,1902,）,1.1,植物细胞全能性,1,、细胞全能性,（,cell totipotency),：植物体的每一个具有完整细胞核的细胞都具有该物种全部遗传的物质，在一定条件下具有发育成完整植物体的潜在能力。,植物组织培养的理论基础,细胞全能性,细胞全能性（红萝卜）,1.,分化,differentiation,：,细胞在分裂过程中发生结构和功能上的改变，从而在个体发育中形成各类组织和器官完成整个生活周期。,1.2,植物细胞的分化与脱分化,高等植物细胞分化示意图,幼年细胞,细胞分裂,多细胞团,形态建成,完整植株,细胞分化,1.3,植物的形态建成,1.3,植物的形态建成,细胞培养再生,完整的植株,茎芽分化（器官分化）,体细胞胚胎发生,外植体的成苗途径,试管苗,外植体,愈伤组织,根、芽,芽,根,根 芽,体细胞胚,试管苗,体细胞胚,试管苗,1.3.1,愈伤组织的诱导与器官分化,一、基本概念,脱分化：,具有特定结构与功能的植物组织，在一定条件下，细胞改变原来的分化状态，失去原有的结构与功能，转变为具有分生能力的细胞的过程。,愈伤组织：,植物各种器官的外植体在离体的条件下，细胞经脱分化等一系列过程，转变为分生细胞，进而转变形成一种能够迅速增殖的无特定结构和功能的细胞团,一般低，植物各器官、组织都有被诱发产生愈伤组织的潜在可能性。,自然条件下的植物愈伤组织,刺桐树,1.3.1愈伤组织的诱导与器官分化,一）、愈伤组织的诱导,诱导愈伤组织的成败关键主要不是实验材料，而是培养条件，其中激素的成分和浓度是最重要的因素。,1,、常用激素与浓度,激素类型,激素浓度,生长素类（,2,，,4-D,IAA,NAA),0.0110 mg/L,细胞分裂素类（玉米素，,6-BA),0.110 mg/L,1,）、激素：,多数情况下，单独使用,2,，,4-D,可以成功诱导愈伤组织的发生,案例,1,：,MS,培养基含有不同浓度,2,，,4-D,时斑茅幼叶形成愈伤组织的诱导率（,%,）,不同浓度的,2,，,4-D,对愈伤组织的诱导率是不同的。一般情况下，,2,，,4-D,的浓度过低（低于,10,-9,mg/L,）时，愈伤组织生长缓慢；浓度过高（高于,10 mg/L,）时，就会抑制愈伤组织的生长。,2,、影响愈伤组织诱导的因素：,二、愈伤组织的形成,愈伤组织从增殖的组织细胞中产生，激素改变细胞的新陈代谢状态，从生长静止期到代谢旺盛。,从外植体脱分化形成愈伤组织大致可分为三个时期：,起动期（诱导期）、分裂期和分化期。,三个时期愈伤组织的代谢状况、结构以及细胞的平均大小都有明显的差别。,（,1,）,诱导期,（起动期,、或起始期,）,:,起动期：,细胞准备分裂的时期，愈伤组织形成起点。,外植体细胞在完整植株中随着细胞的分化过程而逐渐停止分裂，开始执行它们各自不同的功能。外植体细胞一般处于静止状态，称为静止细胞。在外源植物激素的作用下，处于静止状态的植物细胞经过复杂的脱分化过程恢复分裂能力转化为分生细胞。此过程有人称之为：细胞的诱导活化过程。,期，并发生同步分裂。,在诱导期，代谢活化了，细胞内的合成代谢加强，如合成代谢加强，迅速进行蛋白质和核酸的合成。但是细胞的大小仍然和外植体时一样，没有多大改变。,诱导期的长短,由一系列,内部（植物的种类、生理状况）和外部（光照、外源激素）因素,决定。,例如,：菊芋的诱导期有时还不需要,1,天，胡萝卜则要好几天，而菊芋块茎贮藏时间的改变，诱导期也发生改变。从,11,月到次年,4,月取菊芋块茎进行培养，则诱导期从,22,小时逐渐延长到,40,小时。,外植体,(explant),中,已分化的活细胞在外源激素,的作用下，外植体,外层细胞,出现了分裂，由于外层细胞的,迅速分裂,使得这些细胞的,体积缩小，,逐渐回复到,分生组织状态，,该时期细胞通过,脱分化,的起动期而进入,分裂，,并,开始,形成愈伤组织。,（,2,）分裂期：,分裂期,特征,：,生理生化上分裂期的一个明显特征是,外层细胞进行分裂,，而,中间的细胞不分裂,。另外还有细胞数目增加，体积变小；细胞核和核仁增到最大，,RNA,含量达到最高等。,此时期的愈伤组织：细胞分裂快，结构疏散，缺少组织的结构，颜色浅而透明。,分裂期愈伤组织,细胞分裂从分裂期的周缘细胞分裂为主逐渐转向内部的组织细胞，愈伤组织表层细胞分裂减缓或停止，内部深层细胞分裂并形成像维管束或类似于分生组织组成的鸟巢状结构的次生组织。,此时期中细胞的伸展和分裂处于平衡，故细胞的平均大小趋于稳定。,（,3,）形成期（形成期）：,生长旺盛的愈伤组织一般呈乳黄色或白色，有光泽；也有浅绿色或绿色；而老化的愈伤组织多转变为黄色甚至褐色。,形成期愈伤组织的特点：,根据形态变化列出三个时期，实际上它们的界限并不分严格，特别是分裂期和分化期。一块培养组织的细胞既有分裂的又有分化的。,不同植物来源的愈伤组织，在质地、形态和物理性状方面均有明显的差异。有的愈伤组织呈淡黄色或白色，有的愈伤组织呈绿色或红色。,一般来说，来源于相同组织的愈伤组织含有的色素大致相同，但经过反复继代培养后会失去色素。,愈伤组织的类型：,根尖愈伤组织,（无色透明）,茎尖愈伤组织（淡绿色）,植物愈伤组织类型举例：,当归茎段愈伤组织（绿色）,香茶菜愈伤组织,锁阳愈伤组织（红色）,1.3.1.2 愈伤组织的形态发生,愈伤组织培养物在某些条件下，可以,再分化产生不定芽或根的分生组织,甚至是,胚状体,，,继之，由这些有结构的组织而发育成,苗或完整小植株。,愈伤组织通过,再分化形成再生植株的方式,主要有三种：,1),、先产生,芽，,后在茎的基部长,根,；,2),先长,根,，再长,芽,；,3),愈伤组织的不同部位分别形成根和芽。,一）、愈伤组织形成,1,、器官的形成 一般愈伤组织开始分化时，由大小不等的细胞开始逐渐形成大小均匀的细胞，保持相对稳定状态。在分化时，愈伤组织的表层和内部都可形成分生中心。芽多发生在愈伤组织的表层，属外起源。,二）、激素对愈伤组织分化的影响,植物生长调节物质在分化过程中的作用是极为明显的，合适的,植物生长物质配比在器官分化中起着重要的作用。,如仙人掌科的金牛掌茎段培养中，当,6-BA,的浓度是,NAA,的,50100,倍时，茎段的愈伤组织可以,再分化出仔球，,而,6-BA,浓度,过高,(,150,倍,),或,过低,(,10,倍,),则无仔球形成。,愈伤分化,不同浓度的激素对烟草愈伤组织的影响,器官分化的植物激素控制理论,大量的实验结果表明：,大多数植物组织或器官的再生作用符合器官分化的植物激素控制理论。,即：生长素与细胞分裂素的,比例,小时则产生,苗,，,比例大,时则生,根,，而两种激素的比例,适中,时，则产生无结构的愈伤组织。,外植体,愈伤组织,芽,根,再生植株,脱分化,再分化,高生长素,(1,2-D),高,(,生长素,/,细胞分裂素,),低,(,生长素,/,细胞分裂素,),器官发生途径,木本植物愈伤组织形态发生的人为调控,第一步：利用分化培养基（含有,6-BA,、,CPPU,、,KT,）使愈伤组织形成不定芽，增加繁殖系数。,第二步：当不定芽长大出现叶片后，再将伸长的苗从基部切下转入含生长素类（如,IAA,、,NAA,）的生根培养基上培养诱导根的生成。,四、愈伤组织的培养,一）、培养基,培养基,一般包括,大量,元素、,微量,元素和一种,碳水化合物,，最常用的碳水化合物是蔗糖。,这样简单的培养基,(,基本培养基,),只有很少几种植物组织能够培养和维持下去，大多数组织需要添加各种各样的附加物（,完全培养基），,如维生素、氨基酸、糖醇，生长素、细胞分裂素、赤霉素、螯合剂如,EDTA,、各种营养性的提取物如椰子汁等。,注意：,选用完全已知的合成化合物，不大主张用复杂的天然产物，如酵母提取物、番茄汁、椰子汁等。,必须强调：,适合于诱发愈伤组织的培养基不一定适合于维持这些愈伤组织；适合于液体培养的培养基也不一定适合于固体培养。,培养基中的,N,，大多数都用,硝态氮,，只有,MS,培养基和,B,5,培养基中才用,硝态和铵态,的混合物。,K,的水平在近代的培养基中有逐渐,提高,的趋势。,实验表明：各种离子浓度大为不同的培养基往往能使相同的组织快速生长。,例如,Hildebrandt,培养基与,MS,培养基显著不同，但二者都能培养烟草的愈伤组织。,二）、愈伤的培养方式：,1,、按培养基的物理状态，愈伤组织培 养分为固体和液体培养两大类。,液体培养又分静止和振荡培养的二类。,固体培养,液体静止培养,继代培养（传代）：愈伤组织在培养基上生长一段时间后，由于养分的枯竭，水分的散失，组织代谢产物的积累，影响愈伤组织生长，因此必须将组织转移到新的培养基上。,一般在,25-28,下进行固体培养时，每隔,4-5,周进行一次继代培养。,