大学课程植物组织培养1绪论组培课件.ppt

1、第一章第一章 绪论绪论（1）生物技术及细胞工程概论）生物技术及细胞工程概论（2）植物组织培养的一般概念）植物组织培养的一般概念（3）植物组织培养的发展简史）植物组织培养的发展简史（4）组织培养在工农医方面的应用）组织培养在工农医方面的应用（5）学习注意事项（实践性强，植物学、细胞学、发育）学习注意事项（实践性强，植物学、细胞学、发育生物学的综合应用）生物学的综合应用）一 细胞工程在现代生物技术中的地位细胞工程在现代生物技术中的地位 1 关于现代生物技术的含义：关于现代生物技术的含义：生物技术是在细胞生物学和分子生物学基础上结合现代工程学生物技术是在细胞生物学和分子生物学基础上结合现代工程学的方

2、法和原理而发展起来的一门综合性科学技术。的方法和原理而发展起来的一门综合性科学技术。生物技术以生物科学为基础，利用生物体的特性和功能，设计生物技术以生物科学为基础，利用生物体的特性和功能，设计或构建具有预期性状的新物种或新品系，以及与工程原理相结或构建具有预期性状的新物种或新品系，以及与工程原理相结合进行加工生产，为社会提供商品和服务的一个综合性技术体合进行加工生产，为社会提供商品和服务的一个综合性技术体系。系。2现代生物技术的内容：现阶段的生物技术大致可分为两大体系：A 生物控制和改造技术：基因工程细胞工程发酵工程酶工程蛋白质工程B 生物模拟技术：生物机体和功能模拟技术人工生物系统技术 图解

3、 细胞工程在生物技术中的地位 工程菌 发酵工程 基因工程 微生物 蛋白质或酶 蛋白质或酶工程 产品动植物 细胞工程 优良动、植物品系 3 细胞工程的实践意义细胞工程的实践意义 改善农业生产技术动植物品种改良 工业，天然产物提取等 医药 生物医药开发基因工程药物生产 二二 植物组织培养的一般概念和分类植物组织培养的一般概念和分类1 相关概念相关概念 1）细胞全能性（）细胞全能性（Totipotent）：任何具有完整的细胞核的植物细胞（也包括动物细胞），都具有一个完整植任何具有完整的细胞核的植物细胞（也包括动物细胞），都具有一个完整植株所必须的全部遗传信息，都具有发育成为完整植株的潜在能力。株所必

4、须的全部遗传信息，都具有发育成为完整植株的潜在能力。2）分化）分化（Differentiation）简单地说，分化是指分生细胞特化的过程。在组织培养过程中简单地说，分化是指分生细胞特化的过程。在组织培养过程中 分化是指将已分化是指将已经脱分化的细胞再次诱导使其转化为分化状态的过程。有时也称为再分化，通常经脱分化的细胞再次诱导使其转化为分化状态的过程。有时也称为再分化，通常愈伤组织再芽、茎、根的过程就是分化。愈伤组织再芽、茎、根的过程就是分化。3）脱分化（脱分化（Dedifferentiation）一个成熟细胞（非胚性）转变为分生状态（胚性）的过程叫脱分化。一个成熟细胞（非胚性）转变为分生状态（

5、胚性）的过程叫脱分化。4）植物组织培养植物组织培养(Plant cell,tissue and organ culture):利用植物离体器官、组织或细胞（包括原生质体），在适宜的利用植物离体器官、组织或细胞（包括原生质体），在适宜的人工培养基上和无菌条件下进行培养，使其生长、增殖、进而发育人工培养基上和无菌条件下进行培养，使其生长、增殖、进而发育成小植株的方法，也叫植物细胞工程（成小植株的方法，也叫植物细胞工程（Plant cell engineering）。）。狭义的植物组织培养往往仅指愈伤组织培养，而广义的组织培养则狭义的植物组织培养往往仅指愈伤组织培养，而广义的组织培养则是指各种类型的

6、植物无菌培养技术。现在，一般指其广义技术，它是指各种类型的植物无菌培养技术。现在，一般指其广义技术，它包括胚胎培养、茎尖培养、愈伤组织培养、细胞培养、原生质体培包括胚胎培养、茎尖培养、愈伤组织培养、细胞培养、原生质体培养、花药培养、转基因等。养、花药培养、转基因等。5）外植体（）外植体（Explant）取自植物用于组织培养的活的植物细胞或组织切段。取自植物用于组织培养的活的植物细胞或组织切段。6）继代培养（继代培养（subculture）：）：对来自于外植体所诱导的培养物（包括细胞、组织等）通过更对来自于外植体所诱导的培养物（包括细胞、组织等）通过更换新鲜培养基及不断、切割或分离，进行连续多代

7、的培养，称为继换新鲜培养基及不断、切割或分离，进行连续多代的培养，称为继代培养。代培养。7）愈伤组织）愈伤组织(callus,calli)：愈伤组织原是指植物受伤以后于伤口表面形成的一团薄壁细愈伤组织原是指植物受伤以后于伤口表面形成的一团薄壁细胞，在组织培养技术中，是指外植体在人工培养基上诱导产生的无胞，在组织培养技术中，是指外植体在人工培养基上诱导产生的无序生长的薄壁细胞团。序生长的薄壁细胞团。2 几种培养类型及相关关系图解几种培养类型及相关关系图解 外植体外植体（茎、叶、根、胚、花药等等）（茎、叶、根、胚、花药等等）丛生芽、茎丛生芽、茎（茎及茎尖）（茎及茎尖）植物植物 快繁、脱毒快繁、脱毒

8、 遗传转化遗传转化愈伤组织愈伤组织无性系筛选无性系筛选原生质体培养原生质体培养体细胞融合体细胞融合 悬浮细胞培养悬浮细胞培养次生代谢产物生产次生代谢产物生产 单倍体单倍体（花药培养（花药培养）单倍体育种单倍体育种 三倍体三倍体（胚乳培养）（胚乳培养）多倍体育种多倍体育种 胚培养胚培养胚挽救、远源杂交胚挽救、远源杂交 快繁的桃树茶花的室内快繁蓝浆果的快繁从草坪草愈伤组织再生出新的植株。Plant protoplasts 三三 植物组织培养的发展简史植物组织培养的发展简史 A A 探索阶段（从探索阶段（从2020世纪初到世纪初到2020世纪世纪3030年代）年代）1.1.古代人们朴素地运用无性繁殖

9、技术古代人们朴素地运用无性繁殖技术2.2.1756 1756年。年。MonceanMoncean首先发现植物在受伤愈合的皮层能产生芽，因而预言这一首先发现植物在受伤愈合的皮层能产生芽，因而预言这一途途 径可以成为一种繁殖途径（事实上是一种脱分化愈伤组织的再分化）径可以成为一种繁殖途径（事实上是一种脱分化愈伤组织的再分化）3.3.1922 1922年，年，(在细胞学说的推动下在细胞学说的推动下)HaberlandtHaberlandt提出了细胞全能学说提出了细胞全能学说，进行进行了植物（小野芝麻、风眼兰、万年青等）叶肉细胞、髓细胞、腺毛细胞、气了植物（小野芝麻、风眼兰、万年青等）叶肉细胞、髓细胞

10、、腺毛细胞、气孔保卫细胞、表皮细胞的培养（在加入蔗糖的孔保卫细胞、表皮细胞的培养（在加入蔗糖的KnopKnop溶液）实验。结果发现了溶液）实验。结果发现了细胞的生长、细胞壁的加厚和淀粉的形成；细胞的生长、细胞壁的加厚和淀粉的形成；但没有发现细胞的分裂但没有发现细胞的分裂）4.4.19041904年年HannigHannig（在无机盐和蔗糖溶液中）进行了植物（萝卜和辣椒）的离体在无机盐和蔗糖溶液中）进行了植物（萝卜和辣椒）的离体幼胚培养，获得了成熟胚；幼胚培养，获得了成熟胚；Laibach(1925,1929)Laibach(1925,1929)把由亚麻种间杂交形成的不把由亚麻种间杂交形成的不能

11、成活的种子的胚，离体培养至成熟；能成活的种子的胚，离体培养至成熟；19221922年，年，Haberlandtde Haberlandtde 的学生的学生RobbinsRobbins和和 KotteKotte分别进行了离体根尖培养（采用无机盐、葡萄糖和各种氨分别进行了离体根尖培养（采用无机盐、葡萄糖和各种氨基酸培养玉米和豌豆的根尖，结果形成了能进行有限生长的缺绿的叶和根）基酸培养玉米和豌豆的根尖，结果形成了能进行有限生长的缺绿的叶和根）B B 奠基阶段（从奠基阶段（从2020世纪世纪3030年代到年代到2020世纪世纪5050年代中）年代中）1.1.19341934年美国植物生理学家年美国植物

12、生理学家WhiteWhite培养番茄的根建立了活跃生长的无性繁殖系培养番茄的根建立了活跃生长的无性繁殖系，并能进行继代培养，在以后的，并能进行继代培养，在以后的2828年间转接培养年间转接培养16001600代以上，利用这些根系培代以上，利用这些根系培养物，他们有效的研究了光、温、养物，他们有效的研究了光、温、pHpH、培养基组分对根培养物生长的影响，为培养基组分对根培养物生长的影响，为以后的棉花等植物的组织培养技术的成熟奠定了基础，以后的棉花等植物的组织培养技术的成熟奠定了基础，19371937年他们首先配制出年他们首先配制出适合于根生长的综合培养基（适合于根生长的综合培养基（WhiteWh

13、ite培养基），并发现了培养基），并发现了B B族维生素对离体根生族维生素对离体根生长的重要性。长的重要性。2.2.法国的法国的CauthertCauthert和和NobeccourtNobeccourt培养树木形成层和植物块根形成层，分化和继培养树木形成层和植物块根形成层，分化和继代获得成功代获得成功3.3.WhiteWhite、CauthertCauthert和和NobeccourtNobeccourt确立的植物组织培养的基本方法成为以后各确立的植物组织培养的基本方法成为以后各种植物组织培养的技术基础。种植物组织培养的技术基础。19431943年年WhiteWhite出版了出版了“植物组织

14、培养手册植物组织培养手册”，从而，从而显示植物组织培养显示植物组织培养 成为一门新兴学科。成为一门新兴学科。4.4.4040年代年代-50-50年代人们对培养条件（包括无机盐、维生素、植物激素）进行年代人们对培养条件（包括无机盐、维生素、植物激素）进行了大量的研究工作，发现了离体培养中培养条件的一些共性规律，奠定了植物了大量的研究工作，发现了离体培养中培养条件的一些共性规律，奠定了植物组织培养学科的基础。组织培养学科的基础。SkoogSkoog就嘌呤类物质对培养物影响的研究；就嘌呤类物质对培养物影响的研究；OverbeekOverbeek就椰就椰子汁对培养物影响的研究；子汁对培养物影响的研究；

15、MillerMiller就激动素类对培养物影响的研究；就激动素类对培养物影响的研究；SkoogSkoog和和MillerMiller就生长素和细胞分裂素类物质的比例对培养物分化影响的研究；就生长素和细胞分裂素类物质的比例对培养物分化影响的研究；5.1953年年Muir进行单细胞培养获得成功进行单细胞培养获得成功6.1958年，年，Steward等报道了在胡萝卜愈伤组织中获得了体细胞胚，首次通等报道了在胡萝卜愈伤组织中获得了体细胞胚，首次通过实验证实了过实验证实了Haberlandt的细胞全能学说的细胞全能学说 C 发展和应用阶段（从发展和应用阶段（从20世纪世纪60年代至今）年代至今）自从自从

16、20世纪世纪50年代以来，植物组织培养得以迅速发展，形成了较为完善的理论年代以来，植物组织培养得以迅速发展，形成了较为完善的理论和技术体系。和技术体系。大量的植物物种的脱分化愈伤诱导获得再生苗。大量的植物物种的脱分化愈伤诱导获得再生苗。单倍体育种、无菌苗的获得和快繁、原生质体培养和体细胞杂交、脱毒等技单倍体育种、无菌苗的获得和快繁、原生质体培养和体细胞杂交、脱毒等技术都有很大提高。术都有很大提高。人工种子的研究、遗传转化、无性系筛选、转基因植物研究、次生物质生产人工种子的研究、遗传转化、无性系筛选、转基因植物研究、次生物质生产等，也得到了广泛的开展。等，也得到了广泛的开展。1.1958年，年，

17、Steward等以胡萝卜为材料，首次通过试验征实了等以胡萝卜为材料，首次通过试验征实了haberlandt关于细胞关于细胞全能性的设想，成为了植物组织培养研究历史上的一个里程碑。全能性的设想，成为了植物组织培养研究历史上的一个里程碑。2.1960年原生质体培养年原生质体培养 Cooking 用真菌纤维素酶分离植物原生质体获得成功。用真菌纤维素酶分离植物原生质体获得成功。3.1960年植物脱毒技术和快繁年植物脱毒技术和快繁 利用兰花茎尖培养进行快繁和脱毒利用兰花茎尖培养进行快繁和脱毒4.1964年花药培养成功获得单倍体年花药培养成功获得单倍体5.培养基的不断改进培养基的不断改进 四四 植物组织培

18、养的应用植物组织培养的应用1农业农业 快繁、快繁、脱毒、脱毒、无性系筛选、无性系筛选、体细胞杂交体细胞杂交人工种子人工种子远缘杂交远缘杂交遗传转化遗传转化种质保存和交换种质保存和交换2 工业工业 次生代谢物生产次生代谢物生产 3 理论理论植物遗传、发育、生理生化及病理研究植物遗传、发育、生理生化及病理研究 学习注意事项学习注意事项 1本课程是一门实践性很强的生物技术学科本课程是一门实践性很强的生物技术学科 2目标目标 3要求要求 “在实验中由培养基制备上的错误所造成的问题比任何其他技在实验中由培养基制备上的错误所造成的问题比任何其他技术所造成的要多。术所造成的要多。”Street(1977)作业：作业：结合本节课所授组织培养基本概念、发展简史结合本节课所授组织培养基本概念、发展简史,浏览教材各章节浏览教材各章节。