植物组织培养

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• 6、生物制品:有些极其昂贵的生物制品,比 如抗癌首选药物—紫杉醇等,可以用大规模培 养植物细胞来直接生产。
第一章 实验设备及技术
第一节 实验室
植物组织培养是在严格的无菌的条件下进行的,同 时还需要人工控制温度、光照、湿度等培养条件。 1、实验室设计原则:保证无菌操作,达到工作方 便,防止污染。 2、实验室组成: 化学实验室、洗涤灭菌室、无菌操作室(接种室)、 培养室、细胞学实验室、 移栽大棚。


无机盐


有机物


植物激素
培养体支持材料 辅助性物质
• 水(H2O)
• 配制培养基母液时要用蒸馏水,以保持母 液及培养基成分的精确性,防止贮藏过程 发霉变质。
• 大规模生产时可用自来水。但在少量研究 上尽量用蒸馏水,以防成分的变化引起不 良效果。
无机盐
• 元素名称
添加形式

N
• 大量
P
• 元素
• 1908年,S. simon 研究培养白杨嫩茎,观察到愈伤组 织的发生和根芽的形成。
• 1958年,美国科学家Steward等和德国Reinert分别用 胡萝卜根细胞诱导形成胚状体,使细胞全能性得到证 实,为组织培养技术程序奠定了基础。
• 1960年,E. C.cocking采用纤维素酶,果胶酶等酶 制剂分离番茄幼根,获得大量健康的原生质体。
• 化学实验室(准备室):完成所使用的各种药品 的贮备、称量、溶解、配制、培养基分装等。
主要设备:药品柜、防尘橱(放置培养容器)、 冰箱、天平、蒸馏水器、酸度计及常用的培养基 配制用玻璃仪器。
• 洗涤、灭菌室:完成各种器具的洗涤、干燥、保 存、培养基的灭菌等。
主要设备:水池、操作台、高压灭菌锅、干燥 灭火器(如烘箱)等。
• 1962年,Murashige和Skoog在烟草培养中筛选出至 今仍然被广泛使用的MS培养基。
• 1964年,印度科学家S. Guha和 Msheshwari培养南 洋金花未成熟的花药时,发现了由大量胚状体形成 的小植株(单倍体植株)。
• 罗士韦是我国植物组织和细胞培养研究的开拓者和 பைடு நூலகம்基人之一。在30年代即开始离体根的培养,随着 又进行幼胚和茎尖的培养。
(5)再分化(redifferentiation):将脱分化 形成的愈伤组织转移到适当的培养基上继续培 养,这些无定形的愈伤组织又会重新分化出根、 茎、叶、花形成完整植株的过程。
二、植物组织培养的理论依据 及特点
• (一)理论依据 植物细胞的全能性(totipotency): 是指植物体任何一个细胞都携带着一套发
• 70年代初期开始,我国掀起了单倍体育种的高 潮,在小麦、水稻、烟草、玉米、三叶橡胶等 作物上取得了一批有意义的成果。
• 80-90年代,全国研究工作内容明显倾向无性 系的快速繁殖,许多机构开始转向应用,成为 生产实体,如甘蔗、草莓、葡萄、菠萝、香蕉, 各色观赏植物等。
• 现在,我国在原生质体培养,体细胞杂交、突 变体筛选、去除病毒、次生代谢物的发酵生产、 人工包装超级种子等方面都有了进步。
2.胚状体发生途径: 由游离的细胞或原生质体形成胚状体(embryoid),直
接重建完整植株,或制成人工种子后重建植株。
• (五)植物组织培养的特点 1、优越性:可以在不受植物体其他部分干扰的情况
下研究被培养部分(外植体)的生长和分化规律。
2、 特点: (1)取材少,培养材料经济; (2)人为控制培养条件,不受自然条件影响; (3)生长周期短,繁殖率高; (4)管理方便,利于自动化控制 。
• 无菌操作室(接种室):主要用于植物材料的消 毒、接种、培养物的转移、试管苗的继代、原生 质体的制备以及一切需要进行无菌操作的技术程 序。
主要设备:紫外光源、超净工作台、消毒器、酒 精灯、接种器械(接种镊子、剪刀、解剖刀、接 种针)等。
接种室宜小不宜大,一般7~8平米,要求地面、 天花板及四壁尽可能密闭光滑,易于清洁和消毒。 配置拉动门,以减少开关门时的空气扰动。
• 接种室要求干爽安静,清洁明亮,在适当位置吊 装1~2盏紫外线灭菌灯,用以照射灭菌。最好安装 一小型空调,使室温可控,这样可使门窗紧闭, 减少与外界空气对流。
• 接种室应设有缓冲间,面积为1m²为宜。进入无菌 操作室前在此更衣换帽,以减少进出时带入接种 室杂菌。缓冲间最好也安装一盏紫外线灭菌灯, 用以照射灭菌。
MS培养基


B5培养基


White培养
基 种
基 N6培养基

KM-8P培养基
目前国际上流行的培养基有几十种,常用的培 养基及特点如下: (1)MS培养基:它是1962年由Murashige和Skoog 为烟草细胞而设计的。
特点是
无机盐和离子浓度较高,为较稳定的平衡溶液。
其养分的数量和比例较合适,可满足植物的营 养和生理需要。
• 移栽大棚
• 基本要求:

A:配置培养架(台),与相关器具,

B:防晒、防雨、防虫,

C:缓冲间,堆料件。
第二节 植物组织培养的 培养条件
• 一、营养条件—培养基(culture medium) • 在离体培养条件下,不同种植物的组织对培
养有不同的要求,甚至同一种植物不同部位 的组织对营养的要求也不相同。因此,没有 一种培养基能够适合一切类型的植物组织或 器官,在建立一项新的培养系统时,首先必 须找到一合适的培养基,培养才能成功。
• 3、重要性: (1)理论上:是研究细胞学、遗传学、育种 学、生物化学和药物学等学科的重要手段。
(2)生产上:在农学、园艺、林业和次生代 谢物工程等生产领域得到广泛应用。
三、植物组织培养的发展历史
• 1902年,德国植物学家Haberlandt提出细胞全能性的 概念。
• 1904年,E. Hanning 培养萝卜和辣根菜属的一种植物 的胚,使其发育成熟。
• 主要设备:培养架(控光)、摇床、培 养箱(控温控光控湿)、加湿器、空调、 紫外光源等。
• 细胞学实验室:用于培养物的显微观察 分析与培养物的记数等。
• 主要设备:实体显微镜、显微镜、倒置 显微镜。
• 其他小型仪器设备:分注器、血球计数 器、移液器、过滤灭菌器、电炉等加热 器具、磁力搅拌器、低速台式离心机等。
• (二)植物组织培养过程:
植物体 (分离)外植体 (脱分化)愈伤 组织 (再分化)生长点 完整植株(具有
幼根、幼茎)
(三)植物组织培养条件:
含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环 境、适合的PH、适时的光照。
(四)外植体生长和分化途径:
1 .器官发生途径: A.由分生组织直接分生芽。 B.由分生组织形成愈伤组织,经过再分化形成完整植株。
(4)N6培养基:是1974年朱至清等为水稻等禾谷 类作物花药培养而设计的。 特点是成分较简单,KNO3和(NH4)2SO4 的含量高。在国内已广泛应用于小麦、水稻及 其他植物的花药培养基和其他组织培养。
(5)KM—8P培养基:它是1974年为原生质体培养 而设计的。 特点是有机成分较复杂,它包含了所有的单糖 和维生素,广泛用于原生质体融合的培养。
• 培养室最重要的因子是温度,一般保持 在20~27°C左右,具备产热装置,并安 装窗式或立式空调机。
• 室内湿度也要求恒定,相对湿度以保持 在70%~80%为好,可安装加湿器。
• 控制光照时间可安装定时开关钟,一般 需要每天光照10~16小时,也有的需要连 续照明。
• 现代组培实验室大多设计为采用天然太 阳能作为主要能源,这样不但可以节省 能源,而且组培苗接受太阳光生长良好, 驯化易成活。在阴雨天可用灯光作补充。
它的硝酸盐含量较其他培养基为高,广泛用于 植物的器官、花药、细胞和原生质体培养效果 良好。
(2)B5培养基:是1968年由Galmborg等为培养大 豆而设计的。
特点是含有较低的铵,这可能对不少培养物的 生长有抑制作用。从实践得知有些植物在B5培养 基上生长更适宜,如双子叶植物特别是木本植物。
(3)White培养基:是1943年由White为培养番茄 根尖而设计的。1963年又作了改良,称作White 改良培养基,提高了MgSo4的浓度和增加了硼素。 特点是无机盐数量较低,适于生根培养。
• 3、远缘杂交:利用组织培养可以使难度很大 的远缘杂交取得成功,从而育成一些罕见的新 物种。
• 4、突变育种:采用组织培养可以直接诱变和 筛选出具抗病毒、抗盐、高赖氨酸、高蛋白等 优良性状的品种。
• 5、基因工程:基因工程主要研究DNA的转导, 而基因转导后,必须通过组织培养途径才能实 现植株再生。
上提取下来的,接种在培养基上的无菌细 胞、组织、器官等。
(2)愈伤组织(callus):在人工培养基上 由外植体形成的一团无序生长状态的薄壁细 胞。
(3)分化(differentiation):指由受精卵 或胚状体经细胞分裂,引起极性生长形成根、 茎、叶、花等不同组织器官的过程。
(4)脱分化(dedifferentiation):由高度分 化的植物组织或器官产生无分化状态的愈伤组 织的过程。
件下,放在含有营养物质和植物生长调节物质等组成 的培养基中,使其生长、分化形成完整植株的过成。
一、 植物组织培养的分类及
相关概念
• 1 根据培养的对象不同,可分为: • 器官培养(organ culture) • 组织培养(meristem culeure) • 胚胎培养(embryoid culeure ) • 细胞培养(cell culeure ) • 原生质体培养(protoplast culeure )
• 培养室:培养室是将接种的材料进行培养生长的场 所。其设计以充分利用空间和节省能源为原则。高 度比培养架略高为宜,周围墙壁要求有绝热防火的 性能。
• 培养材料放在培养架上培养。培养架大多有金属制 成,一般设5层,最低一层离地面高约10cm,其他 每层间隙30cm左右,培养架即高1.7m左右。培养架 的长度是根据日光灯的长度而设计的,如采用40W 的日光灯,则长1.3m,30W的长度为1m,宽度为 60cm。
K
KNO3,NH4NO3 KH2PO4 NaH2PO4 KCl KNO3
(≥0.5mmol/L)
• • • • 微量 • 元素
(≤ 0.5mmol/L)
• •
Ca Mg S Fe B Mn
Cu Mo Cl
CaCl2 ·2H2O Mg2SO4 ·7H2O Mg2SO4 ·7H2O FeNa2-EDTA H3BO3 MnSO4 CuSO4 Na2MoO4 ·2H2O CaCl2 ·2H2O
• 2 根据培养过程不同,分为 • 初代培养(primary culture)
• 继代培养( subculture)
• 3 根据培养基物理状态,分为 • 固体培养(solid culture)
• 液体培养(liquid culture)
• 4 相关概念 (1)外植体(explant):由活体(in vivo)
四、植物组织培养的应用
• 1、快速繁殖:运用组织培养途径,一个植株一 年可以繁殖几万到几百万个植株,例如,一株葡 萄一年繁殖3万多株,一株兰花一年繁殖到400万 株。
• 2、种苗脱毒:针对病毒对农作物造成的严重危 害,通过组织培养可以有效地培育出大量的无病 毒种苗,已经取得的有马铃薯、草莓、香蕉、葡 萄等。
固体培养基
通气性较好,便于操
作,但营养分布不均,

生长发育不整齐。



营养分布均匀,生

长整齐一致,但通
气性差。
液体培养基

培养基的名称,一直根据沿用的习惯。多 数以发明人的名字命名,如White培养基, Murashige和Skoog培养基(MS培养基), 也有对某些成分进行改良的改良培养基。
植物组织培养
Plant tissue culture


第一章 实验设备及技术 第二章 外植体的选择与灭菌 第三章 外植体的接种培养与驯化
• 植物组织培养是二十世纪发展起来的新技术,近几十 年来,由于组培基础理论的研究深入,发展极为迅速, 几乎以植物为研究对象的各个分支学科都在广泛进行 组培。
• 定义: • 是指植物的任何器官、组织或细胞,在人工控制的条
育成完整植株的全部遗传信息,在离体培 养条件下,这些信息可以表达,产生出完 整植株。
• 原理:生物体的每一个细胞都包含有该物种所 特有的全套遗传物质,都有发育成为完整个体 所必须的全套基因,从理论上讲,生物体的每 一个活细胞都应该具有全能性。
• 差异: (1)受精卵的全能性最高
(2)受精卵分化后的细胞中,体细胞的全能性 比生殖细胞低。
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