细胞工程植物组织与细胞培养

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,Chapter3,、植物组织与细胞培养,3,1,植物细胞工程概述,3,2,植物组织培养,3,3,植物细胞培养,3,1,植物细胞工程概述,3,1,1,植物细胞工程是细胞工程的一个重要分支学科。,3,1,2,植物细胞工程（,plant cell engineering,）,植物细胞工程（,plant cell engineering,）：,是,在植物细胞全能性的基础上，以植物细胞为,基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或,人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性,按照人们的意愿发生改变，从而改良品种或,创制新种，或加速繁殖植物个体，或获得有,用产物的过程。,3,1,3,植物细胞工程内容：,A,、植物细胞工程（对象或内容）,植物细胞与组织培养技术,植物细胞融合技术,植物细胞质工程技术,植物染色体工程技术,转基因植物技术,B,、植物细胞工程（目的或应用）,植物细胞工程与育种,植物细胞工程与体外快速繁殖,植物细胞工程与优质种质体外保存,植物细胞工程与药物,食品工业化生产,3,1,4,存在的理论与生产问题,植物细胞全能性的本质,细胞分化机制和代谢途径的调控,理论 培养细胞中的生理、后成杂种,问题 （,rpigenetic,）和遗传的变异,体细胞杂交和有性杂交的比较,不亲和性机制,细胞和组织培养方法,细胞器的分离和引入,技术 原生质体诱导融合,改进 细胞的培养筛选及鉴定,花粉和花药培养药物生产的中间试验,试管苗的大规模繁殖和生产,3,1,5,植物组织培养与细胞培养的区别：,形成,时间,对象,培养,方式,目标,特点,植物组织培养,早,组织,或细胞,模拟体内体外培养,植物快速繁殖组织培养技术,无性,繁殖,植物细胞培养,晚,细胞,（不能形成组织）,实验室无菌条件,生产次生代谢产物,3,1,6,植物细胞与组织培养技术内容与分类：,试管苗、人工种子、单倍体诱导,植物组织培养技术（植物微繁殖技术）原生质体培养、体细胞杂交、,micro propagation,体细胞变异、种质保存,植物细胞培养技术（植物细胞大量培养）,植物细胞大量培养技术,根据对象不同，培养方式也可分为：根据水平不同：,植株培养（,plantlet culture,）,植物胚胎培养,(plant embryo culture),细胞类型（体、生殖细胞）,植物器官培养,(plant organ culture),单倍体、二倍体和多倍体,植物组织培养,(plant tissue culture),离体、人工无菌环境,愈伤组织培养,(callus culture),原生质体培养,(plant protoplast culture),3,2,植物组织与器官培养,3,2,1,定义：,植物组织与器官培养,是指在无菌条件下，,将离体的植物器官（如根尖、茎尖、叶、花、,未成熟的果实、种子等）、组织（如花药组,织、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖,细胞等）、胚胎（如成熟和未成熟的胚）、,原生质体等培养在人工配置的培养基上，给,予适当的培养条件，诱发产生愈伤组织、潜,伏芽，或者长成新的完整植株的一种实验技,术。,3,2,3,发展历程：,3,2,4,几个概念,一、愈伤组织（,callus,）：,是指由外植体组织增生的细胞,产生的一团（大小、形状、液泡化程度、胞质含量和细,胞壁特性）不定型的疏散排列的薄壁细胞。（细胞水平,已分化，但没有组织、器官水平分化，无组织结构）,二、外植体（,explantation,）：,是指植物组织培养中用来,进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和,原生质体等。,三、（去）脱分化（,dedifferentiation,）：,是指外植体在,人工培养条件下，经多次细胞分裂后而失去原有分化状,态，形成无结构的愈伤组织或细胞团的过程，使其回复,到胚性细胞的状态。（胚性愈伤组织或类似组细胞、干,细胞）,四、再分化（,redifferentiation,）：,是指外植体可以由脱,分化状态再度分化成另一种或几种类型的细胞、组织、,器官，甚至最终再生成完整植株。,五、继代培养（,subculture,）,：,是指愈伤组织在培养基,上生长一段时间后，营养物枯竭，水分散失，并已积累,了一些代谢产物，此时需要将这些组织转移到新的培养,基上进行培养的方式。,六、胚状体（,embryoid,）：,是指在外植体上产生了类似,于由生殖细胞发育来的合子胚（,zygotic embryo,）的体细,胞胚（,somatic embryo,）。它可来自植物的根、茎、叶,和花等组织的细胞，也可来自花药壁及未成熟的幼穗等，,胚状体的形成可通过愈伤组织途径，也可不经脱分化直,接从子叶和下胚轴部位形成。,胚状体的发育顺序,与受精卵发育极为相,似，经过原胚 球形胚 心形胚,鱼雷胚 子叶胚五个时期，最后形成,小植株，由于胚状体和器官发生均可起,源于愈伤组织或直接来自于外植体，故,常常混淆，可参见下表。,3,2,5,植物细胞全能性途径：,分生组织直接分生芽而达到快速繁殖目的,分生组织先形成愈伤组织，后再分化实现细胞全能性,游离细胞或原生质体形成胚状体,单极分化：有根无芽或无根有芽,双极分化：分化的芽、根分开，,形成多个分生中心，,不能移栽成活,先芽后根：易成活,先根后芽：易成活,3,2,6,植物组织培养基本步骤：,一、培养材料的采集；,二、培养材料的消毒；,三、制备外植体；,四、接种和培养；,五、根的诱导；,六、组织苗的练苗移栽。,植物材料的采集和取材,外植体的制备,植物组织培养过程,试管苗,3,2,7,愈伤组织培养的基本过程：,一、愈伤组织的形成；,二、愈伤组织的生长；,三、愈伤组织的分化和形态的发生,。,3,2,8,植物组织培养的应用：,一、无性快速繁殖技术,20,世纪,80,年代，广西、甘蔗试管苗工厂,21,世纪，香蕉试管繁殖,二、获得无病毒植株,对象为病毒易染的植物,蔬菜水果：甘草、草莓、马铃薯,花卉：康乃馨、菊花、郁金香、水仙、百合、鸢尾,理论基础：,White,（怀特），,1943,年，发现生长点,附近少病毒,三、新品种选育,四、在遗传、生理生化和病理学研究上的应用,理论研究,五、种质资源的保存,烟草、胡萝卜细胞悬液低温保存,六、人工种子,是指最外层包裹胶囊状固定化膜的,植物胚状体，体外模拟天然种子，防水散失、,外部冲击、含营养料。,复合凝聚（,+-,互作）,界面聚合（成膜）,离子交换凝聚（络合作用）,变温凝聚（高、固，低、液）,七、植物组织器官的生物反应器培养,是指那些用来生产植物次生代谢产物的组织,器官（生长快，生理、生化特征稳定）培养物的大规,模工厂化批量生产过程。,毛状根培养：（雾化、流化、气升式反应器）生产,青篙素，抗疟疾（高效、低毒）；,芽的培养：（气液交替式培养系统）浅层培养，用,人造纤维支持，解决过深、呈玻璃化，,浅、易受剪切力影响；,体细胞胚的培养：（自旋过滤式反应器）气升式剪,切力小。,3,2,9,存在问题：,一、理论问题：,细胞全能性与激素作用机制；,二、技术问题：,效率偏低、外植体诱导时间,长、培养基配方、继代培养植株变异、,新型反应器工艺设备改进；,三、应用范围：,工厂化、成本高、资金多。,3,3,植物细胞培养,3,3,1,定义：,植物细胞培养：,是指在离体条件下，将愈,伤组织或其他易分散的组织置于液体培养,基中进行振荡培养，得到悬浮细胞，再通,过继代培养使细胞增殖，从而获得大量细,胞群体的技术。它是在组培基础上发展起,来的。,3,3,2,方法：,3,3,3,植物细胞培养基,A,、准备：灭菌与消毒,B,、组成：,无机盐类：（,mol/L,）硝酸盐,+,少许（铵盐,+TCA,盐）,碳源：蔗糖或葡萄糖常用，果糖差,植物生长激素：（,mg,级）,IAA,（吲哚乙酸）、,IBA,（吲,哚丁酸）、,2,、,4-D,、,NAA,（萘乙酸）、,BA,、细胞分裂素、玉米素,氮源：水解酪蛋白,+,少许氨基酸,有机酸：,TCA,酸,柠檬酸、苹果酸,复合物质：细胞生长调剂，复杂物质如：酵母抽提液、,麦芽抽提液、椰子汁、水果汁,3,3,4,植物细胞生物器培养,A,、植物细胞特性与细胞培养,与微生物比较，植物细胞大；,悬浮培养时，植物细胞易结团，,2mm,，浓度高、粘度大，,分泌粘多糖（硅油降低粘度），产生泡沫，需消泡；,细胞有壁，易受剪切力高的装置损伤；,与微生物细胞相比，生长慢，周期长，分批,2-3,周，半连,续与连续,2-3,周；,与微生物细胞比较，需光、好气，,CO,2,/O,2,比要控制；,单细胞,3-5,天分裂，,1,周小细胞团成愈伤组织，可转移至分,化培养基上；,植物悬浮细胞生长与增殖可分为：,延迟、对数生长、直线生长、减缓、静止、衰亡期；,B,、植物细胞培养过程,3,3,5,植物细胞培养的应用,3,3,6,原生质体培养,（技术线路，以经济海藻,红篱为例）,【,习题,】,1,、名词解释，并简要说明它们间关系：,去分化与再分化,外植体与胚状体,无毒苗与快繁苗,2,、简要分析愈伤组织和胚状体在植物细胞全,能性的实现途径中的作用？,3,、简要比较植物组织培养与植物细胞培养？,4,、植物原生质体培养的技术关键是什么？,