植物生物技术省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第二章第二章 植物细胞形态建成植物细胞形态建成主讲:秦改花 邓盾园艺教研室躬行楼1-301第1页本章主要内容本章主要内容一、植物细胞全能性一、植物细胞全能性二、愈伤组织诱导二、愈伤组织诱导三、继代培养三、继代培养四、器官建成四、器官建成五、体细胞胚胎建成五、体细胞胚胎建成第2页第一节第一节 植物细胞全能性植物细胞全能性植物组织培养理论基础。植物细胞全能性是指植物体细胞或性细胞，在人为控制条件下含有再生为新个体潜能。第3页1937年，荷兰植物学家温特（Went）发觉B族维生素和生长素对植物根生长含有促进作用。19371938年，法国科学家高特里特（Gautheret）和诺比考特（Nobercourt）几乎同时离体培养了胡萝卜组织，并使细胞成功增殖。所以，温特（Went）、高特里特（Gautheret）和诺比考特（Nobercourt）一起成为植物组织培养奠基人。1958年，史都华德（Steward）和赖纳特（Reinert）发觉胡萝卜体细胞能够分化成体细胞胚，这成为植物组织培养领域一个重大突破，也深入验证了细胞全能性学说1973年，古谷树里（Furuya）等经过培养人参细胞生产人参皂苷，开创了植物活性物质生产新路径第4页胡萝卜再生体系建立胡萝卜再生体系建立第5页第二节第二节 愈伤组织诱导愈伤组织诱导愈伤组织（Callus）原指植物组织受到伤害后表面原指植物组织受到伤害后表面形成保护组织。形成保护组织。愈伤组织愈伤组织:在组织培养中在组织培养中,是指在培养基上由外植是指在培养基上由外植体长出来一团活跃生长薄壁细胞。体长出来一团活跃生长薄壁细胞。用途：愈伤组织能够经过液体悬浮培养产生单细：愈伤组织能够经过液体悬浮培养产生单细胞，也能够在适当培养条件下再生出完整胞，也能够在适当培养条件下再生出完整植株植株。第6页切取切取接种接种愈伤组织形成愈伤组织形成试管苗形成试管苗形成培养室培养室移栽移栽第7页2.1 愈伤组织诱导愈伤组织诱导2.1.1 外植体选择外植体选择大小要适宜大小要适宜,不宜太小不宜太小同一植物不一样部位外植体，其细胞分化能力、分化同一植物不一样部位外植体，其细胞分化能力、分化条件及分化类型有相当大差异条件及分化类型有相当大差异。通常植物胚与幼龄组织器官比老化组织、器官更轻易去分化，产生大量愈伤组织；不一样物种相同部位外植体其分化能力可能大不一样。不一样物种相同部位外植体其分化能力可能大不一样。普通以幼嫩组织或器官为宜。普通以幼嫩组织或器官为宜。第8页2.1.2 愈伤组织诱导条件愈伤组织诱导条件普通认为，诱导愈伤组织成败关键主要在于培养普通认为，诱导愈伤组织成败关键主要在于培养条件，其中，植物生长调整剂是诱导愈伤组织形条件，其中，植物生长调整剂是诱导愈伤组织形成极为主要原因。成极为主要原因。植物生长调整剂主要包含：植物生长调整剂主要包含：生长素，如，如2,4-D,IAA，6-BA和和NAA,所需浓度在所需浓度在0.0110mg/L 范范围内；围内；细胞分裂素是激动素、玉米素和是激动素、玉米素和6-BA，使，使用浓度范围在用浓度范围在0.110mg/L第9页生长素和细胞分裂素作用生长素和细胞分裂素作用生长素：开启细胞分裂主要激素，是植物生长素：开启细胞分裂主要激素，是植物细胞脱分化、形成愈伤组织过程中不可缺细胞脱分化、形成愈伤组织过程中不可缺乏物质。乏物质。细胞分裂素：能够使已脱分化细胞，或细细胞分裂素：能够使已脱分化细胞，或细胞团保持连续有丝分裂胞团保持连续有丝分裂生长素和细胞分裂素对保持愈伤组织快速生长素和细胞分裂素对保持愈伤组织快速生长是必要，尤其是二者结合使用时，能生长是必要，尤其是二者结合使用时，能更强烈地刺激愈伤组织形成。更强烈地刺激愈伤组织形成。第10页2.1.3 愈伤组织诱导过程愈伤组织诱导过程 起动期起动期起动期起动期 又称为诱导期，是愈伤组织形成起点又称为诱导期，是愈伤组织形成起点。这时在外观上即使未见显著改变，但实际上细胞内一些大分子代谢动态已发生显著改变，细胞正主动为下一步分裂进行准备。分裂期分裂期分裂期分裂期 外植体切口边缘开始膨大，外层细胞经过一分为二方式进行分裂，从而形成一团含有分生组织状态细胞过程。这时组织细胞代谢十分活跃，发生了一系列生理生化及形态改变。形成期形成期形成期形成期 是指外植体细胞经过诱导、分裂形成了含有没有序结构愈伤组织时期。这个时期特征是细胞大小不再发生改变，愈伤组织表层分裂逐步减慢和停顿，接着内部组织细胞开始分裂，细胞数目深入增加。第11页愈伤组织诱导过程第12页2.1.4 愈伤组织形态特征愈伤组织形态特征质地不一样愈伤组织之间有时是能够交换，有时则是不可质地不一样愈伤组织之间有时是能够交换，有时则是不可逆。逆。不一样类型之间愈伤组织交换主要经过改变激素浓度方法不一样类型之间愈伤组织交换主要经过改变激素浓度方法来实现。培养基中加入高浓度生长物质，可使坚实愈伤组来实现。培养基中加入高浓度生长物质，可使坚实愈伤组织变为松脆；反之，降低或去除生长物质，则使松脆愈伤织变为松脆；反之，降低或去除生长物质，则使松脆愈伤组织转变为坚实愈伤组织。组织转变为坚实愈伤组织。第13页2.2 愈伤组织继代培养愈伤组织继代培养愈伤组织培养一段时间后必须转移到新鲜培养基上以保持培养物继续正常生长，更换一次培养基称为一代继代培养(subculture)。Subcultures are usually performed every 3 to 6 weeks!第14页 为何要进行继代培养？为何要进行继代培养？培养基中养分大量消耗；培养基中水分散失；琼脂培养基褐化或发黑(因为植物组织在培养前几周有时会产生毒素物质，这些物质会扩散进入培养基);因为植物材料原因使培养基pH降低，造成培养基液化；生长物已充满培养瓶，培养物扩繁需要；第15页半夏是一味中药，含有燥湿化痰，和胃止呕作用，在对半夏细胞培养研究中发觉，其生长曲线呈S型。15天左右时生长速度减缓，生长至21天时，到达平台期，有抑制其生长原因。经过分析pH改变能够看出15天左右时，pH急剧下降。第16页法国百里香愈伤组织培养基中电导率改变第17页愈伤组织褐化第18页第三节 器官建成形态建成形态建成，又叫形态发生形态发生，指有机体生长发育中组织结构和生理功效发生一系列改变，形成或再生成特定结构和器官过程。器官建成器官建成：又叫器官发生，：又叫器官发生，指培养细胞在适宜诱导培养条件下产生不定芽和不定根等器官过程。第19页3.1 器官发生器官发生 在适合激素浓度和配比以及温光条件下，愈伤组织细胞会发生生理代谢上改变，促使细胞分裂部位和方向改变，首先出现分生细胞，经细胞分裂逐步形成份生细胞团和分生组织，深入再分化形成维管结节直至分化成芽和根等器官。第20页第21页第二种方式为先根后芽;第三种方式是在愈伤组织不一样部位形成芽和根，再经过维管组织联络形成完整植株。第一个方式是先芽后根;3.2 植株再生方式植株再生方式第22页实例：非洲紫罗兰组织培养实例：非洲紫罗兰组织培养654321第23页柑橘组织培养再生植株柑橘组织培养再生植株第24页3.3 影响器官建成原因影响器官建成原因p器官建成假说器官建成假说激素学说拟分生组织学说位置效应理论胞间信息传递假说第25页第26页影响器官建成原因影响器官建成原因1外植体p物种、种、甚至品种间物种、种、甚至品种间再生能力是不一样再生能力是不一样p同一植株同一植株不一样器官不一样器官或同一器官不一样部或同一器官不一样部位位外植体，其再生能力不一样；外植体，其再生能力不一样；p外植体在原植物体上所到达外植体在原植物体上所到达发育程度发育程度和和结结构与功效构与功效对器官离体再生也有较大差异；对器官离体再生也有较大差异；p取材取材时间时间（季节）（季节）不一样再生能力不一样；不一样再生能力不一样；p外植体外植体大小大小对再生也有较大影响。对再生也有较大影响。第27页沙棘经过叶片和根实现再建第28页不一样基因型矮牵牛和迷你矮牵牛分化率第29页影响器官影响器官建成建成原因原因2培养基成份p植物激素植物激素浓度、百分比浓度、百分比p乙烯乙烯p碳源种类和浓度碳源种类和浓度第30页影响器官建成原因影响器官建成原因3培养环境条件p培养基物理状态培养基物理状态液固状态、渗透压液固状态、渗透压p培养基化学性质培养基化学性质pHp光照光照光照时间、光照强度、光照周光照时间、光照强度、光照周期（连续期（连续/间隔）、光质间隔）、光质p温度温度第31页第四节第四节 体细胞胚胎建成体细胞胚胎建成体细胞胚胎建成体细胞胚胎建成：又叫体细胞胚胎发生，体细胞胚胎发生，指诱导体细胞形成体细胞胚体细胞胚 ，并深入再生出完整植株过程。第32页4.1 胚状体(embryoid)概念胚状体(体细胞胚,Somatic embyo)：离体培养中，没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过程形成胚类似物。第33页4.2 体细胞胚发生路径1、从外植体直接发生2、经胚性愈伤组织发生3、悬浮培养细胞发生第34页4.3 体细胞胚发生过程:第35页4.3 体细胞胚发育体细胞胚发育一个正常胚发育普通要经过一个正常胚发育普通要经过球形球形、心形心形、鱼雷形鱼雷形和和子叶形子叶形胚胎发育时期，最终发育成完整小植株。但有些植物如柑胚胎发育时期，最终发育成完整小植株。但有些植物如柑橘胚培养胚状体发育可能缺乏某一形态时期，这种胚状体橘胚培养胚状体发育可能缺乏某一形态时期，这种胚状体有时称为畸形胚。有时称为畸形胚。第36页 又叫胚状体，是组织培养中起源于一又叫胚状体，是组织培养中起源于一个非合子细胞，经过胚胎发生和胚胎发育过程形个非合子细胞，经过胚胎发生和胚胎发育过程形成含有双极性胚状结构成含有双极性胚状结构。从胚状体这个概念能够看出：胚状体不一样于合子胚胚状体不一样于合子胚，因为它不是两性细胞融合产物；胚状体不一样于孤雌胚或孤雄胚胚状体不一样于孤雌胚或孤雄胚，因为它不是无融合生殖产物；胚状体不一样于组织培养中经过器官发生路径形成茎胚状体不一样于组织培养中经过器官发生路径形成茎芽和根芽和根，因为它形成须经历与合子胚相同发育过程，而且成熟胚状体是一个双极性结构。第37页体细胞胚发育再生成植株有两个显著特点：一是体细胞胚含有双极性（double polarity）；二是体细胞胚形成后与母体维管束系统连系 较少，即出现所谓生理隔离（physiological isolation）现象。第38页4.4 影响体细胞胚发生原因1、生长素（2,4-D）有利于诱导体细胞胚形成，不过抑制体细胞胚发育。2、培养基中氮源影响体细胞胚发生频率。3、不一样基因型间体细胞胚形成能力有差异。第39页4.4.1 影响体细胞胚胎发生和发育原因影响体细胞胚胎发生和发育原因 外植体外植体物种、种、甚至品种间物种、种、甚至品种间外植体年纪外植体年纪 幼龄状态组织比老龄组织易于诱导产生胚状体幼龄状态组织比老龄组织易于诱导产生胚状体愈伤组织继代次数、时间愈伤组织继代次数、时间第40页4.4.2 影响体细胞胚胎发生和发育原因影响体细胞胚胎发生和发育原因 培养基成份培养基成份金属离子金属离子K+、Fe2+、Zn 2+、Cu 2+、Co 2+、Mn 2+等对胚状体等对胚状体发生或发育有促进作用发生或发育有促进作用。氮素氮素氮含量、氮源形态，搭配氮含量、氮源形态，搭配使用使用NH4-和和NO3-较为方便较为方便、有效。、有效。生长素生长素生长素存在可能对体细生长素存在可能对体细胞胚形成有抑制作用。胞胚形成有抑制作用。以胡萝卜体细胞胚诱导为例。以胡萝卜体细胞胚诱导为例。第41页4.4.3 影响体细胞胚胎发生和发育原因影响体细胞胚胎发生和发育原因 培养环境条件培养环境条件培养基渗透压培养基渗透压pH光照光照温度温度培养瓶内气体成份（培养瓶内气体成份（O2、CO2等）等）第42页第五节第五节 人工种子人工种子第43页植物组织培养再生植株路径第44页5.1 人工种子概念人工种子概念将植物离体培养产生体细胞胚包埋于含有营养成份和保护功效物质中，在适宜条件下发芽出苗颗粒体。（Kamada,1985）任何一个繁殖体，不论是在涂膜胶囊中包裹、裸露或经过干燥，只要能够发育成完整植株，均或称之为人工种子。（陈正华等，1998）第45页5.2 人工种子优点人工种子优点1.建立高效快速植物无性繁殖方法（无性繁殖植物）。2.对于制种困难优异杂种种子能够快速取得大量种子。3.用于快速繁殖不能正常产生种子特殊植物材料。4.与田间制种相比，能够节约制种用地，且不受季节限制。5.与利用试管苗相比，可防止移栽困难，实现机械化操作，便于储备和运输。第46页5.3 人工种子生产流程人工种子生产流程1、繁殖体人工诱导与生产增殖2、繁殖体筛选和预处理胚状体；微芽；原球茎后熟培养；人工筛选；脱水干燥3、人工种子包埋繁殖体预处理人工胚乳：人工种皮:海藻酸钠明胶果胶酸钠等繁殖体包埋第47页第48页Artificial seed production from encapsulated PLBs regenerated from leaf base of Vanda coerulea 第49页人工种子生产中问题人工种子生产中问题1、能够产生胚状体植物较少。当前约200各种。2、还不能够直接播种，因为没有适当种皮“材料”。3、海藻酸钠作为包埋剂缺点是渗透性强。第50页THE END第51页