植物组织培养课件

植物植物组织培养培养一、植物一、植物组织组织培养的概念培养的概念植物植物组织组织培养：培养：是指在无菌条件下利用人工培养基是指在无菌条件下利用人工培养基对对离体的植物器官、离体的植物器官、组织组织、细细胞、原生胞、原生质质体等体等进进行的培养。行的培养。外植体（外植体（explant）：由活体植物体上切取下来的，用于）：由活体植物体上切取下来的，用于组织组织培养的各种接种材料。包括各种器培养的各种接种材料。包括各种器官、官、组织组织、细细胞或原生胞或原生质质体等。体等。愈愈伤组织伤组织（callus）：原指植物受）：原指植物受伤伤后在后在伤伤口表面形成的一口表面形成的一团团薄壁薄壁细细胞；在胞；在组织组织培养中，是指在培养中，是指在人工培养基上由外植体形成的一人工培养基上由外植体形成的一团团无序生无序生长长的具有旺盛分裂能力的薄壁的具有旺盛分裂能力的薄壁细细胞。胞。二、植物二、植物组织组织培养的培养的类类型型按培养材料分按培养材料分为为：愈愈伤组织伤组织培养培养 最最为为常常见见的的组织组织培养培养 器器 官官 培培 养养 胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、叶胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、叶 花和幼果的部分花和幼果的部分组织组织的培养的培养 悬悬浮浮细细胞培养胞培养 茎尖分生茎尖分生组织组织培养培养 原生原生质质体培养体培养游离游离单细单细胞培养胞培养细细胞胞团团培养培养矮矮牵牵牛茎尖离体培养培养牛茎尖离体培养培养大蒜根尖培养及植株再生大蒜根尖培养及植株再生微型月季茎段离体培养微型月季茎段离体培养叶叶诱导诱导愈愈伤组织伤组织台湾百合离体培养台湾百合离体培养菊花体菊花体细细胞胚胎胞胚胎发发生及植株再生生及植株再生矮矮牵牵牛茎尖离体培养培养牛茎尖离体培养培养牡丹成熟胚的离体培养与快速繁殖牡丹成熟胚的离体培养与快速繁殖 优优化培养基化培养基 无蔗糖无蔗糖 1%蔗糖蔗糖 5%蔗糖蔗糖 无无BAP BAP 0.1mg/l BAP 5.0mg/l 无无NAA非洲紫非洲紫罗兰罗兰叶片培养叶片培养 人工种子（人工种子（Artificial seedArtificial seed，SyntheticSyntheticSeedSeed）：是指植物离体培养）：是指植物离体培养产产生的胚状体或不定芽被包裹在含有生的胚状体或不定芽被包裹在含有营营养和保养和保护护功能的人工胚功能的人工胚乳和人工种皮中，从而形成能乳和人工种皮中，从而形成能发发芽出苗的芽出苗的颗颗粒体。作粒体。作为为繁殖材料。繁殖材料。3 3、根据培养基的、根据培养基的类类型分型分为为:（1 1）固体培养（固体培养（Solid cultureSolid culture）:琼琼脂、卡拉胶等固化。脂、卡拉胶等固化。（2 2）半液半固体培养）半液半固体培养(Semisolid Culture)(Semisolid Culture)：固液双：固液双层层。（3 3）液体培养）液体培养(Liquid Culture)(Liquid Culture)：震：震荡荡、旋、旋转转或静置培养。或静置培养。固体培养：固体培养：液体培养液体培养三、植物三、植物组织组织培养技培养技术术的理的理论论基基础础 植物植物细细胞的全能性胞的全能性(Plant cellular totipotency）从理从理论论上上讲讲，植物体的每个生活，植物体的每个生活细细胞都具有胞都具有该该植物体的全部植物体的全部遗传遗传信息，在特定的离体培信息，在特定的离体培养条件下，具有养条件下，具有发发育成完整植株的潜在能力。育成完整植株的潜在能力。外植体外植体脱分化脱分化愈愈伤组织伤组织再分化再分化不定芽不定芽不定根不定根再生植株再生植株器官器官发发生途径生途径直接器官直接器官发发生生 间间接器官接器官发发生生通通过过器官器官发发生形成再生植株大体上有三种方式生形成再生植株大体上有三种方式:第一种方式是先芽后根;第二种方式为先根后芽;第三种方式是在愈伤组织的不同部位形成芽和根，再通过维管组织的联系形成完整植株。2.2.体体细细胞胚胎胞胚胎发发生途径生途径（胚状体（胚状体发发生途径）：生途径）：是指在愈是指在愈伤组织伤组织中中产产生出一些与种子中的胚相似的生出一些与种子中的胚相似的结结构，即同构，即同时时形成一个有苗端和根端的形成一个有苗端和根端的双极性双极性结结构，而构，而发发育成再生植株的途径。育成再生植株的途径。魔芋胚状体魔芋胚状体胚状体胚状体发发生途径生途径外植体外植体脱分化脱分化愈愈伤组织伤组织再分化再分化胚状体胚状体再生植株再生植株愈愈伤组织伤组织器官器官发发生途径生途径小小麦麦植物组织培养再生植株的途径 四、植物四、植物组织组织培养技培养技术术的的发发展展历历史史 1、早期探索早期探索阶阶段段（1930年以前）年以前）1893年，年，Schwann和和Scheiden提出提出细细胞学胞学说说及植物及植物细细胞全能性理胞全能性理论论。1902年，德国植物生理学家年，德国植物生理学家Haberlandt第一次第一次尝试尝试采用植物采用植物组织组织培养技培养技术对术对小野芝麻、小野芝麻、风风眼眼兰兰叶肉叶肉组织组织及万年青属植物的表皮及万年青属植物的表皮细细胞胞进进行培养，但未能培养成活。行培养，但未能培养成活。1904年，年，Hanning首次首次对对十字花科的十字花科的萝萝卜和辣根的胚培养成功。卜和辣根的胚培养成功。1922年，年，Knudson将将兰兰花种子在离体的条件下非共生萌花种子在离体的条件下非共生萌发发。同年，。同年，Knotte和和Robbins对对离体根离体根尖尖进进行了培养。行了培养。Robbins还对还对豌豆、玉米及棉花的茎尖豌豆、玉米及棉花的茎尖进进行了培养，只形成一些缺行了培养，只形成一些缺绿绿的叶和根。的叶和根。1925年，年，Laibach利用胚培养技利用胚培养技术对亚术对亚麻的种麻的种间杂间杂种胚种胚进进行了培养，并于行了培养，并于1929年利用年利用亚亚麻的胚麻的胚培养来克服培养来克服杂杂交不交不亲亲和性。和性。2、植物、植物组织组织培养技培养技术术的初步形成（的初步形成（1930-1960年）年）1933年，我国植物生理学家李年，我国植物生理学家李继继侗培养侗培养银银杏胚胎，并杏胚胎，并发现银发现银杏胚乳提取液可促杏胚乳提取液可促进进离体胚的生离体胚的生长长。1937年，年，White发现发现B族族维维生素生素对对离体根培养的重要性。并指出离体根培养的重要性。并指出IAA对对植物生植物生长发长发育的控制起重要育的控制起重要作用。作用。1937,1938年，年，Gantheret在培养基中加入上述生在培养基中加入上述生长长因子，使得柳因子，使得柳树树形成形成层诱导层诱导形成的愈形成的愈伤组织连续伤组织连续生生长长。Nobecomt对对烟草种烟草种间杂间杂种茎段的形成种茎段的形成层细层细胞培养也得到了胞培养也得到了类类似的似的结结果。果。1948年，年，Skoog等通等通过对过对烟草茎段和髓培养烟草茎段和髓培养发现发现，不定芽和不定根的，不定芽和不定根的发发生由生生由生长长素素/腺腺嘌嘌呤的比例呤的比例决定。决定。1950年，年，Ball从从红红杉愈杉愈伤组织伤组织培养中再生培养中再生获获得器官。得器官。1952年，年，Morel和和Martin通通过过分生分生组织组织培养培养获获得大得大丽丽花的脱毒植株，同年，首次花的脱毒植株，同年，首次应应用微型嫁接技用微型嫁接技术术。1953年，年，Tuleche首次从花粉培养中首次从花粉培养中获获得得银银杏的杏的单单倍体愈倍体愈伤组织伤组织。1955年，年，Miller等等发现发现了一种促了一种促进细进细胞分裂的植物激素胞分裂的植物激素激激动动素，后来素，后来发现发现激激动动素可用来代替腺素可用来代替腺嘌嘌呤促呤促进进芽的形成，而且其效力比后者高芽的形成，而且其效力比后者高3万倍。万倍。1957年，年，Skoog和和Miller发现发现改改变细变细胞分裂素胞分裂素/生生长长素比例，可以控制根和芽的素比例，可以控制根和芽的发发生。生。1958年，年，Maheshwari和和Rangaswamy从柑橘胚珠的珠心从柑橘胚珠的珠心组织组织培养中再生培养中再生获获得体得体细细胞胚；同年，胞胚；同年，Reinert 和和Steward分分别别从胡从胡萝萝卜的愈卜的愈伤组织伤组织和和细细胞培养中再生得到原胚，胞培养中再生得到原胚，为为以后的以后的组织组织培养中培养中器官器官发发生和体生和体细细胞胚胎胞胚胎发发生奠定了基生奠定了基础础，也，也为为植物植物细细胞全能性理胞全能性理论论提供了提供了证证据。据。3、植物、植物组织组织培养技培养技术术的的发发展（展（1960年以后）年以后）1960年，年，Morel利用利用兰兰花茎尖培养花茎尖培养对兰对兰花花进进行行营营养繁殖；养繁殖；1962年，年，Murashige和和Skoog开开发发出最著名的出最著名的Murashige和和Skoog培养基（培养基（MS基本培养基），基本培养基），并被后来广泛采用的基本培养基。并被后来广泛采用的基本培养基。1964年，印度人年，印度人Guha和和Maheshwari利用曼陀利用曼陀罗罗花粉培养花粉培养获获得第一例得第一例单单倍体植株。从而开辟倍体植株。从而开辟了了单单倍体育种技倍体育种技术术。1971年，年，Takebe等等获获得第一例原生得第一例原生质质体培养的再生植株。体培养的再生植株。1972年，年，Carlson等利用原生等利用原生质质体融合在两个烟草属中体融合在两个烟草属中进进行种行种间杂间杂交。交。1974年，年，Murashige等利用等利用细细胞分裂素胞分裂素诱导诱导茎尖茎尖侧侧芽分枝。芽分枝。Zaenen和和Larebeke分分别发现别发现土壤土壤农农杆菌（杆菌（Agribacterium）中的根瘤）中的根瘤诱导诱导的主要成分是的主要成分是Ti质质粒。粒。1978年，年，Melchers等等进进行了番茄和行了番茄和马铃马铃薯的体薯的体细细胞胞杂杂交。交。1979年，年，Marton提出了利用植物原生提出了利用植物原生质质体和土壤体和土壤农农杆菌共培养的方法杆菌共培养的方法进进行行转转化。化。1981年，年，Larkin和和Scowcroft引入引入“体体细细胞无性系胞无性系变变异（异（Somaclonal variation）”这这一一术语术语。1982年，年，Krens等的工作等的工作证证明，原生明，原生质质体可以体可以摄摄入裸露的入裸露的DNA，表明可以用外源，表明可以用外源DNA对对原生原生质质体体进进行行遗传转遗传转化。化。1982年，年，Zimmermann利用利用电电刺激刺激进进行原生行原生质质体融合。体融合。1985年，年，Horsch等用土壤等用土壤农农杆菌杆菌对对叶叶盘进盘进行感染和行感染和转转化，并得到再生的化，并得到再生的转转化植株。化植株。五、植物五、植物组织组织培养技培养技术术的的应应用用1、优质优质种苗的快速无性繁殖：种苗的快速无性繁殖：（1）无性繁殖作物及不易繁殖作物的快速繁殖）无性繁殖作物及不易繁殖作物的快速繁殖园园艺艺植物种苗工厂化生植物种苗工厂化生产产兰兰科植物生科植物生产产ABECFG花花烛烛属植物属植物厥厥类类植物植物盆栽及切花植物的繁殖盆栽及切花植物的繁殖珍珍贵树贵树种种无菌苗快速繁殖无菌苗快速繁殖无菌苗无菌苗驯驯化化组组培苗培苗驯驯化移栽化移栽茎、芽和小植株的茎、芽和小植株的规规模培养模培养 经济经济植物快速繁殖植物快速繁殖（2）通）通过过茎尖培养生茎尖培养生产产脱毒健康种苗：如草莓、香蕉、脱毒健康种苗：如草莓、香蕉、甘蔗、甘蔗、马铃马铃薯、大蒜等。薯、大蒜等。virus-freetissue茎尖培养脱毒茎尖培养脱毒脱毒脱毒马铃马铃薯种薯生物反薯种薯生物反应应器液体培养器液体培养2 2、用于植物、用于植物遗传遗传育种育种 包括种包括种质资质资源离体保存；花粉花源离体保存；花粉花药药培养培养产产生生单单倍体；胚乳培养倍体；胚乳培养产产生三倍体；胚培养生三倍体；胚培养拯救拯救杂杂种胚克服种胚克服远缘杂远缘杂交障碍；原生交障碍；原生质质体培养体培养进进行体行体细细胞胞杂杂交；植物体交；植物体细细胞无性系胞无性系变变异异诱导诱导和和筛选筛选；用于植物基因；用于植物基因转转移操作等。移操作等。种种质资质资源的离体保存源的离体保存体体细细胞无性系胞无性系变变异异筛选筛选 花粉、花花粉、花药药培养培养产产生生单单倍体植株倍体植株 幼胚拯救克服幼胚拯救克服远缘杂远缘杂交障碍交障碍 用于基因工程技用于基因工程技术创术创造植物新种造植物新种质质。3 3、大、大规规模植物模植物细细胞、胞、组织组织和器官培养生和器官培养生产产次生代次生代谢谢物物质质；根培养根培养:正常根培养，正常根培养，毛状根培养毛状根培养4 4、用于植物生、用于植物生长发长发育理育理论论研究，包括生理学、病理学、胚胎学和研究，包括生理学、病理学、胚胎学和细细胞与分子生物学等。胞与分子生物学等。植物胚胎植物胚胎发发生理生理论论研究研究 生生长发长发育特性研究育特性研究谢谢