植物组织培养
3第三章 植物组织培养简介
的细胞在人工诱导条件下，恢复分生能力， 的细胞在人工诱导条件下，恢复分生能力， 回复到分生组织状态的过程。 回复到分生组织状态的过程。
3.再分化 redifferentiation〕 3.再分化〔redifferentiation〕:
Folke Skoog(1908- )
1955年，Miller从DNA降解物中分离出6－呋喃 1955年 Miller从DNA降解物中分离出6 降解物中分离出 氨基嘌呤（激动素）， ），发现它诱导芽分化的效率比 氨基嘌呤（激动素），发现它诱导芽分化的效率比 腺嘌呤高3万倍。控制器官分化的激素模式变为激动 腺嘌呤高3万倍。控制器官分化的激素模式变为激动 生长素的比例关系 促进组培的发展。 的比例关系。 素／生长素的比例关系。促进组培的发展。
Gottlieb Haberlandt(1854-1946). He was the first to formulate clearly the principles of plant cell culture.
细胞全能性学说： 细胞全能性学说： 植物体中任何生活细胞都具有该 物种的全部遗传信息， 物种的全部遗传信息，具有相同的形态结构和一定的生理 功能。只要条件合适， 功能。只要条件合适，由一个单细胞就可以发育成为一个 新的个体。 新的个体。 该文还报道了几种植物的细胞和组织的培养实验，由 该文还报道了几种植物的细胞和组织的培养实验， 于当时的条件所限，都没有成功. 于当时的条件所限，都没有成功
第三章 植物组织培养 (tissue culture) 概述
第一节
植物组织培养的意义
植物组织培养概念(重点 重点) 一、植物组织培养概念 重点 植物组织培养理论基础(难点 难点) 二、植物组织培养理论基础 难点 植物组织培养类型(难点 难点) 三、植物组织培养类型 难点 植物组织培养特点(重点 重点) 四、植物组织培养特点 重点
植物组织培养
矮牵牛茎尖离体培养培养
大蒜根尖培养及植株 再生
微型月季茎段离体培养
叶诱导愈伤组织
台湾百合离体培养
菊花体细胞胚胎发生及植株再生
矮牵牛茎尖离体培养培养
牡丹成熟胚的离体培养与快速繁殖
非洲紫罗兰叶片培 养
优化培养基
无蔗糖
1%蔗糖
5%蔗糖
无BAP
BAP 0.1mg/l
BAP 5.0mg/l
无NAA
种质资源的离体保存
体细胞无性系变异筛选
花粉、花药培养产生单倍体植株
幼胚拯救克服远缘杂交障碍
用于基因工程技术创造植物新种质。
3、大规模植物细胞、组织和器官培养生产次 生代谢物质；
根培养:正常根培养， 毛状根培养
4、用于植物生长发育理论研究，包括生理学、 病理学、胚胎学和细胞与分子生物学等。
1972年，Carlson等利用原生质体融合在两个烟草属中进行种间杂交。
1974年，Murashige等利用细胞分裂素诱导茎尖侧芽分枝。Zaenen和 Larebeke分别发现土壤农杆菌（Agribacterium）中的根瘤诱导的主 要成分是Ti质粒。 1978年，Melchers等进行了番茄和马铃薯的体细胞杂交。
五、植物组织培养技术的应用
1、优质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
园艺植物种苗工厂化生产
兰科植物生产
A
B
C
E
F
G
花烛属植物
厥类植物
盆栽及切花植物的繁殖
珍贵树种
无菌苗快速繁殖
无菌苗驯化
组培苗驯化移栽
茎、芽和小植株的规模培养
经济植物快速繁殖
（2）通过茎尖培养生产脱毒健康种苗：如草莓、香蕉、
植物组织培养
（3）肌醇 又叫环己六醇，在糖类的相互转 化中起重要作用。 使用浓度：一般为lOOmg／L。 作用：适当使用肌醇，能促进愈 伤组织的生长以及胚状体和芽的形 成。对组织和细胞的繁殖、分化有 促进作用，对细胞壁的形成也有作 用。
（4）氨基酸 (almino acide） 作用：蛋白质的组成部分，也是一种有机氮化 合物。是很好的有机氮源，可直接被细胞吸收利用。 种类：最常用的是甘氨酸，其他的如精氨酸、 谷氨酸，谷酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、丙氨酸等 半胱氨酸及多种氨基酸的混合物（水解酪蛋白、水 解乳蛋白）等。
（11）再分化 经脱分化的组织或细胞在一定 的培养条件下可又转变为各种 不同细胞类型的能力。 （12） 分化培养 经过脱分化阶段的外植体（形 成愈伤组织），转移到另一培 养基上分化出芽（或小球茎） 或胚时，则称为分化培养，所 用的培养基为分化培养基。
（13） 增殖培养 已分化芽、小球茎或无性幼胚再继续进行增殖，即
1. 培养条件可人为控制，周年生产
植物组织培养中的植物材料完全是在人为提供的 培养基及小气候环境下生长的，摆脱了大自然中 四季、昼夜气温频繁变化及灾害性气候等外界不 利因素的影响，且条件均一、对植物生长极为有 利。因此植物组织培养不受气候和季节的限制， 可周年进行生产。
2. 生长周期短，繁殖速度快
植物组织培养可根据不同植物、不同器官、不同 组织的不同要求而提供不同的培养条件，满足其 快速生长的要求，缩短培养周期。一般20~30d就 完成一个繁殖周期.每一繁殖周期可增殖几倍到几 十倍,甚至上百倍,植物材料以几何级数增加。
3. 管理方便，可实现工厂化生产
植物组织培养是在人为的提供一定温度、光照、 湿度、营养和植物生长调节剂等条件下进行的， 不受自然界中病、虫、杂草等有害生物危害，生 产微型化、精细化、高度集约化，重复性强，便 于标准化管理和自动化控制，真正实现了种苗的 工厂化生产。与田间栽培、盆栽等相比，省去了 中耕除草、浇水施肥、病虫防治等一系列繁杂劳 动，可大大节省人力、物力及田间种植所需要的 土地。
植物组织培养概论
广义概念
人工培养植物体一 部分(即外植体 ) 生成完整植株。
愈伤组织：在离体培养过程中在人工培养基 上从外植体上长出来的，改变了它们原有的特性， 具有分生能力的能迅速增殖的无特定结构和功能 的细胞团。多在植物体切面上产生。
外植体：是指从植物体上分离下来的用于植 物组织培养的接种材料，它包括植物体的各种器 官、组织、细胞和原生质体等。
思考题：
1.什么是组织培养？组织培养的原理是什么？
2.组织培养分哪几种类型？ 3.组织培养有哪些特点？
四、植物组织培养的理论基础
细胞全能性理论
植物每一个具有 完整细胞核的体细胞， 都含有植物体的全部 遗传信息，在适当条 件下，具有发育成完 整植株的潜在能力。
植物细胞全能性的表达
分裂 细胞 分化 再 分 化 器官 分裂
组织
脱分化
已分化组织细胞
分裂 植株
植物细胞全能性的实现
• 植物的生活史：
受 精 卵 早期胚 胎发育 合 分化 子 胚 组 织 形成 器 构成 植 物 体
茎段培养成苗示意图
茎段培养成苗示意图
组织培养：为狭义的植物组织培养，是对植物体的 各部分组织进行培养，如茎尖分生组织、形成层、• 木质部、韧皮部、表皮组织、胚乳组织和薄壁组织 等等；或对由植物器官培养产生的愈伤组织进行培 养。二者均通过再分化诱导形成植株。
组织培养
愈伤组织培养 分生组织培养 薄壁组织培养 输导组织培养
团按照一定密度在液体培养基中进行培养增殖的技术。
平板培养：是指将一定密度的悬浮细胞接种到一薄
层固体培养基中进行培养的技术。
看护培养：是指利用生长的愈伤组织所产生的物质
来培养单细胞或者异种愈伤组织等的方法。
微室培养：是指人工制造一个微室，将单细胞培养
植物组织培养(全)
胚培养是器官培养的一种。选用的外植体是成熟或未成熟的胚进行离体无菌培养。其具体方法是将取出放在液体或固体培养基上培养，由于胚包含在胚珠和子房里，因而进行胚胎培养时，常常是将胚珠和子房放在培养基上培养。
胚培养用途：1.拯救胚2.研究胚的发育营养研究3.一些特殊的领域的研究。
(4)细胞和原生质体培养
二是要给予它们适当的刺激，即给予它们一定的营养物质，并使它们受到一定的激素的作用。
全能性体现的两个过程
一个已分化的细胞要表现它的全能性，必须经历两个过程，即首先要经历脱分化过程，然后再经历再分化过程。
再分化的过程有两种方式：
一是器官发生方式 二是胚胎发生方式
2.激素（植物生长调节剂）调控
后来证明，激素可调控器官发生的概念对于多数物种都可适用，只是由于在不同组织中这些激素的内生水平不同，因而对于某一具体的形态发生过程来说，它们所要求的外源激素的水平也会有所不同。
⑤1958年，Wickson和Thimann指出，应用外源细胞分裂素可促成在顶芽存在的情况下处于休眠状态的腋芽的生长。
当把茎尖接种在含有细胞分裂素的培养基上以后，将可使侧芽解除休眠状态，而且，能够从顶端优势下解脱出来的不只是那些既存于原来茎尖上的腋芽，此外，还有由原来的茎尖在培养中长成的侧枝上的腋芽，结果就会形成一个郁郁葱葱的结构，里面包含了数目很多的小枝条，其中每个小枝条又可取出来重复上述过程，于是在相当短的时间内，就可以得到成千上万的小枝条。当把这些小枝条转够到另外一种培养基上诱导生根以后，即可移植于土壤中。
奠基阶段（从20世纪30年代中至20世纪50年代末）
30年代中期，植物组织培养领域两个重要的发现，其一是认识了B族维生素对植物生长的重要意义；二是发现了生长素--一种天然的生长调节物质。
植物组织培养技术
初代培养（ culture） 初代培养（primary culture）：指在组织 培养过程中，最初建立的外植体无菌培 养阶段。由于首批外植体来源复杂，携 带较多细菌，要对培养条件进行适应， 因此，初代培养一般比较困难。 继代培养（ subculture） 继代培养 （ subculture ） ： 在组织培养过 程中，当外植体被接种一段时间后，将 已经形成愈伤组织或已经分化根、茎、 叶、花等的培养物重新切割，转接到其 它培养基上以进一步扩大培养的过程称 为继代培养。
另一为药物和生物制品的工业生产，探索 天然药物生产工业化的途径是当前药物生产 的一个新方向，有可能用组织培养法来代替 全植物提取有效成分。组织培养应用在药学 方面的工作虽然历史不长，但发展很迅速， 它具有如下一些优点： 1．利用组织培养代替原植物的栽培以获得 所需的有效成分，达到产量高，成本低的目 的，还可节约土地。 2．除了应用于产生次生物质外，还可应用 于生物转化。例如烟草组织培养中蒂巴因去 甲基后可能生成吗啡。
目前中国已成功地将麦角菌、灵芝、猴 头菇等真菌进行工业化生产，高等植物组织 培养在工业化中的应用也正在研究。 总之，植物组织培养这一新技术在中草药 方面应用的前途是无限广阔的，它不仅有利 于探讨和阐明药用植物生理、遗传和成分生 物合成等一系列理论问题，而且一旦工业化 生产问题得到解决，将可以为防病治病做出 很大的贡献。
2 培养基的种类 MS培养基、B5培养基、White培养基、N6培养基等等。 3 培养基的配制 （1）混和培养基中的各成分 （2）融化琼脂 （3）调整pH为5.8 （4）分装 （5）灭菌 （6）放置备用
二组织培养操作的一般流程
1 2 3 4 5 6 器皿的洗涤 培养基的配制和灭菌 接种室及用具消毒 材料灭菌：70％酒精、氯化汞 接种 无菌培养
植物组织培养
植物组织培养植物组织培养：在无菌的条件下，将离体的植物材料包括器官，组织，细胞以及原生质体在人工培养基上进行培养，使其再生发育成完整植株的过程，又称植物离体培养。
细胞全能性：植物体的任何一个细胞都携带该物种的全部遗传信息，离体细胞在一定的条件下具有发育成完整植株的潜在能力。
外植体：植物组织培养中离体的植物材料，包括植物器官，胚胎、组织、细胞和原生质体。
细胞分化：导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。
脱分化：已分化成熟的植物组织或器官回复到分生状态，细胞开始分裂形成无组织结构的细胞团或愈伤组织的过程。
再分化：是指在一定条件下，脱分化形成的愈伤组织转变成为具有一定结构、执行一定生理功能的细胞团和组织、并进一步形成完整植株的过程，即从愈伤组织再生形成完整植株的过程。
愈伤组织：植物体受伤后的伤口处或在植物组织培养中外植体切口处产生的一团不定型的薄壁组织。
离体无性繁殖：根据植物细胞全能性原理，在无菌条件先短时间内形成大量植株。
玻璃化苗：在植物组培中，茎叶形成透明矮小肿胀的形态，生根能力差。
问答题：1、无菌操作是贯穿于整个组织培养过程的一门关键技术，请根据自己的体会论述如何在植物组织培养过程中做到无菌？1）取少菌的材料（春夏，中午的幼芽）2）严格灭菌3）合理安排操作程序4）无菌保存5）操作规范2、组培在生产上的应用有哪些？学好植物组培的意义？1）植物快速繁殖：增殖速度快，成本低，易于批量生成和管理。
比如利用一小块叶片或一个茎尖，一年内可繁殖出1000-100000株幼苗2）脱除病毒：植物在生长过程中几乎都要蒙受到病毒的危害，采用茎尖培养方法可以除去植物体内的病毒。
脱毒苗恢复了原有的优良种性，生长势明显增强，整齐一致。
3）培养新品种：克服远缘杂交不亲合性；克服远缘杂交的不孕性；选择细胞突变体；单倍体育种；转基因育种。
4）植物次生代谢产物生产：利用植物组织后细胞的大规模培养，可以生产一些天然有机化合物，这些次生代谢产物，往往具有一些特定的功能，对人类有重要的影响和作用。
第一章植物组织培养的基础理论与基本知识
第一章植物组织培养的基础理论与基本知识目的要求：(1) 掌握组织培养的概念和类型；(2) 掌握组织培养的特点；(3) 了解组织培养发展史；(4) 初步掌握组织培养在农业实践上的应用。
第一节植物组织培养的基本概念及类型一、植物组织培养的概念植物组织培养（tissue culture）指在无菌条件下，将离体的植物器官（如根、茎、叶、花、果、茎尖等）、组织（如形成层、表皮、皮层、髓部细胞、胚乳等）、细胞（如大孢子、小孢子及体细胞）以及原生质体，培养在人工控制的环境里使其再生形成完整的植株。
亦可称为无菌培养、离体培养、试管培养。
根据培养基的形态可分为固体培养和液体培养；液体培养又可分为悬浮培养、振荡培养、旋转培养等。
外植体（explant）：在植物组织培养过程中，有植物体上切取的根、茎、叶、花、果实、种子等器官以及各种组织和细胞统称为外植体。
愈伤组织：植物局部创伤后或在组织培养中，当已分化的细胞恢复了细胞分裂能力，而增殖形成的无组织结构、无器官分化的薄壁细胞团。
在组织培养中，先由外植体增殖产生，在一定条件下，对它经过一段时间培养，可能从其再分化出具一定结构及功能的器官，如根、茎、胚状体或重新形成完整的植株。
二、植物组织培养的类型1.植物培养植物培养是指幼小植株的培养。
例如兰花，兰花及兰科植物种子的发育特殊，种子成熟之后没有胚乳，需要与某些真菌共生，由真菌提供营养才能萌发，在自然条件下，萌发率很低。
早期通过人工接种真菌可使兰花种子萌发，但技术繁琐，难度较大，后来发现在人工培养基上，只要营养成分合适不需要真菌共生，兰花种子也能萌发。
以蝴蝶兰为例，由一个好的荚果播种后两个月左右可产生数万个小圆球茎，经过一个月分瓶后，就可以进行育苗，大约3个月后即可得到大量可移栽的试管苗。
无菌播种已是各个大型蝴蝶兰生产企业主要的种苗繁育技术。
2.器官培养将植物的器官如胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、叶、花和幼果的部分组织接种在无菌培养基上进行培养，也称为植物离体培养。
植物组织培养概念
植物组织培养概念植物组织培养是一种以细胞、组织或器官为原料用营养培养基培养的方法，用于研究生长特性以及遗传、营养代谢和形态等不同方面的外源因素的影响。
它涉及到植物细胞、组织或器官、细胞质和细胞壁等植物器官的培养。
1908年，匈牙利科学家拉贡·劳姆·麦金尼尔发现，用培养基培养的细胞可以分泌生长激素，使用这种技术可以将植物细胞、组织或器官维持在可生长的状态。
从那以后，植物组织培养就被用于研究许多各种植物育种、突变学、植物分子生物学、病毒学、生物化学、基因工程、细胞形态学等领域。
植物组织培养主要包括四个步骤：细胞收集、细胞处理、细胞获得状态和细胞培养步骤。
细胞收集是指将植物体切割成较小的片段，提取其中的细胞或组织，它的目的是将细胞、组织或器官脱离原有的环境使其保持原有的活性状态。
植物细胞收集的一般方法是锤式剪或磨碎镊，有时会采用复杂的技术，如流式细胞术和激光切割。
细胞处理是指用各种实验技术优化细胞或组织的特性，它的作用是在细胞脱离原位后，能够使细胞保持其最初的动态状态，以及促进细胞增殖和分化。
常用的细胞处理技术有：分散、抗原分离、抑制剂处理、激活剂处理和氧化剂处理等。
细胞获得状态是指使细胞发生分化，并能与培养基联合活性状态的一种技术，它可以让生物细胞具有可识别细胞活性的有机溶剂属性的自身信息，响应自身的环境信号，导致细胞有别于原来的基因状态，并实现分子和活性的突变。
这种技术主要集中在调控细胞活力状态，如：催乳剂、多肽、荷爾蒙等，以及胁迫特征，如：光、氧气、pH值等。
细胞培养就是在合适的营养培养基中，使收集的细胞和组织保持生命活动，并可以进行繁殖的一种技术。
它不仅有利于新型培养基的建立，为细胞的连续培养提供方法，而且可以实现不同的植物细胞之间的交叉繁殖，并可以提取多种特定的生长激素，促进细胞分化、繁殖以及细胞发酵过程中的各种特性。
植物组织培养
②影响细胞再分化因素： 从理论上讲，在离体培养条件下经过再分化可获 得各种
类型的细胞、组织、器官以及再生植株。但是目前，还不 能使所有植物的活细胞都再生植株。主要原因是： （1）不同植物种类再分化的能力差异较大（遗传背景）； （2）对某些植物再生条件还没有完全掌握。
有不同的培养反应。 （6）植物种类的差异。 一般双子叶植物比单子叶植物
及裸子植物容易。
4、愈伤组织（Callus）培养
①愈伤组织生长过程
在脱分化的过程中，多形成Callus, 其细胞结构无明 显极性。
• （1）诱导期：细胞准备进行分裂， 细胞大小几乎不变，
生理生化变化大，迅速合成蛋白质和核酸。
• （2）分裂期：外层细胞分裂，中间细胞常不分裂，形成
小芯。细胞分裂快，结构疏松，颜色浅而透明。在原培养 基上，细胞会发生分化，及时转移，其可无限制地进行细 胞分裂，维持不分化状态。
• （3）分化期：细胞发生生理代谢变化，出现形态和功能
各异的细胞。
②愈伤组织的生长特性
（1）生长：诱导期后，外植体外层细胞分裂，在受伤 组织表面形成一层愈伤组织， Callus的细胞数目迅速增 多，表层细胞平均重量下降，体积变小；降低温度，可 以使细胞生长速度减慢，平均大小可增加。
1952年：Morel和Martin首次报道茎尖分生组织的离体培养，获 得无病毒大丽花植株。
1954年：Muir将烟草愈伤组织置于固体培养基上，在其上放一 片滤纸，再在滤纸片上放上一 个烟草体细胞，单细胞培养成功。
1956年：Miller分离出Kinetin，Kinetin/激动素
组织培养的奠基人
细胞分化是组织分化和器官分化的基础，是植株离 体再生的基础。
植物组织培养
植物组织培养名词解释1.细胞的全能性：指植物体的任何一个有完整细胞核的活细胞都具有该植物的全套遗传基因和产生完整植株的潜在能力。
2.分化：指细胞、组织、器官或整株植物从分生组织或幼小状态发育为成熟状态的过程，并在生理、形态上发生的变化。
其最大的特征是失去分裂能力。
3.脱分化：植物离休的器官、组织、细胞在人工培养基上，经过多次细胞分裂而失去原来的分化状态，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。
其特征是已失去分裂能力的细胞重新获得了分裂能力。
4.再分化：指由脱分化的细胞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的植株的过程。
5.试管苗：指在无菌离体条件下，对植物组织、细胞、器官进行组培所获得的的再生植株。
6.根芽激素理论：根和芽的分化由生长素和细胞分裂素的比率所决定，这一比率高时促进生根，比率低时促进茎芽的分化，比率适中时，组织则倾向于以一种无结构的方式生长。
通过改变培养基中这两类生长调节物质的相对浓度可以控制器官的分化。
7.污染：批在组培过程中，由于真菌、幼苗等微生物的侵染，在培养容器内滋生大量的菌斑，使试管苗不能生长和发育的现象。
8.褐变：指在组培过程中，培养材料向培养基中释放褐色物质，致使培养基逐渐变成褐色，培养材料也随之慢慢变褐而死亡的现象。
9.玻璃化现象：指试管苗因生理失调而引起的嫩茎、叶片出现半透明状和水渍状的现象。
10.无菌操作：亦称接种。
指将经过表面灭菌后的植物材料在无菌环境中切碎或分离出器官、组织或细胞转移到无菌培养基上的过程。
由于整个过程均在无菌条件下进行，所以将这个过程称为无菌操作。
11.植物组织培养：指在无菌条件下，将离体的植物器官(如叶、花、未成熟的果实、种子)、组织(如形成层、花药组织、胚乳)、胚胎(如成熟和未成熟的胚)、细胞或原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，使其长成完整的植株或生产具有经济价值的其他产品。
植物组织培养
植物组织培养重点名词解释：1、植物组织培养：是指在无菌和人工控制的环境条件下，利用适当的培养基，对离体的植物器官、组织、细胞及原生质体进行培养，使其再生细胞或完整植株的技术。
又称为植物离体培养2、外植体（explant）：用于离体培养的那部分植物器官、组织或细胞。
3、愈伤组织（callus）：是指外植体因受伤或在离体培养时，其细胞进行活跃的分裂增殖而形成的一种无特定结构和功能的组织。
4、离体生态学（in vitro ecology）：是指研究离体培养环境条件控制的科学，其研究对象是培养基、植物材料和人工环境条件。
5、植物细胞全能性（totipotency）：是指任何携带完整遗传信息的植物活细胞都具有表达其所有遗传信息的能力，能够发育成完整的植株。
胞需经过脱分化和再分化过程才能表现其全能性。
6、脱分化（dedifferentiation）：成熟细胞或分化细胞转变为分生状态（即形成愈伤组织）的过程。
7、再分化（redifferentiation）：成熟细胞或分化细胞脱分化转变为愈伤组织后重新分化成异质细胞的过程。
8、植物茎段培养是指对植物的带有一个以上定芽或不定芽的外植体（包括块茎、球茎、鳞茎在内的幼茎切段）进行离体培养的技术。
9、茎尖培养（shoot tip culture or apical meristem culture）是指对植物顶端的原分生组织和它衍生的分生组织的培养。
10、叶培养的意义：研究叶形态建成、光合作用、叶绿体形成等；叶细胞全能性；原生质体融合；无性繁殖系；诱变育种。
11、离体叶组织发育途径：直接产生不定芽，由愈伤组织产生不定芽，胚状体和其他。
12、植物器官培养是指对植物某一器官的全部或部分或器官原基进行离体培养的技术。
13、植物胚胎培养是指对植物的胚、胚乳、胚珠和子房等进行离体培养，使其发育成完整植株的技术。
包括：胚培养、胚乳培养、胚珠培养以及子房培养。
14、胚乳培养是指将胚乳组织从母体上分离出来，通过离体培养，使其发育成完整植株的技术15、胚珠培养是将胚珠从母体分离出来，无菌条件下让其进一步生长发育，使其形成植株的技术。
植物组织培养
第八章植物组织培养技术一、基本概念植物组织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(如形成层、花药组织、胚乳、皮层等)、细胞(如体细胞、生殖细胞等)、胚胎(如成熟和未成熟的胚)、原生质体(如脱壁后仍具有生活力的原生质体)，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱发产生愈伤组织，或潜伏芽等，或长成完整的植株，统称为植物组织培养。
由于是在试管内培养，而且培养的是脱离植物母体的培养物，因此也称离体培养和试管培养，根据外植体来源和培养对象的不同，又分为植株培养、胚胎培养、器官培养、组织培养、原生质体培养等。
二、培养方式植物组织培养方式大致可分为固体培养和液体培养两类。
固体培养即将植物材料培养在加入一定量凝固剂的固体培养基上，最常用的凝固剂是琼脂，其用量为6-10g/L，以不液化为原则（半固体）。
用量太高，培养基过硬，培养材料感好，生长不好；用量太少，则培养基太软，材料在培养基中不稳定，甚至下沉，从而影响组织的呼吸。
培养基的硬度还可能受到所用琼脂的质量、培养基pH及无机盐浓度的影响。
固体培养基的优点是简便，只要具备培养室（箱）、接种室（箱）以及一般是实验室的玻璃皿就可以开展工作。
其缺点是被培养的材料只有一部分表面能与培养基接触，因此与组织接触处的营养物质很快被吸收掉，而其他区域补充又来得较慢，形成了培养基中营养物质浓度差异，影响组织的生长速率。
液体培养即植物材料被培养在不加凝固剂的液体培养基中。
液体培养基常用摇床或转床来振动培养容器，振动速度一般为50-100次／分。
液体培养基中培养物是被培养基所包围，培养基中的营养物质分布均匀，不会出现浓度差异现象，同时培养物的供氧情况也得到改善，有利于它的代谢、生长。
因此，在液体培养中，培养物的生长速度要比固体培养快得多。
三、培养基及配制（一）培养基的成分培养基是植物组织培养中离体植物材料赖以生存、生长发育的基地。
植物组织培养概念
1.植物组织培养概念：是指在无菌和人工控制的环境条件下，利用适当的培养基，对离体的植物器官、组织、细胞及原生质体进行培养，使其再生细胞或完整植株的技术，又称为植物离体培养。
2.外植体（explant）:用于离体培养的那部分植物器官、组织或细胞。
3.愈伤组织（callus）；是指外植体因受伤或在离体培养时其细胞进行活跃的分裂增值而形成的一种无特定结构和功能的组织。
4.植物组织培养的特点是采用微生物学的实验手段来操作植物离体的器官、组织和细胞。
这一特点具体表现在以下几个方面：（1）组培技术是无菌操作技术；(2)组培材料处于完全的异养状态；（3）组培材料可以是离体状态的器官、组织、细胞或原生质体；（4）组培培养物可以形成克隆(clone,无性繁殖系)，也可以进行茎芽增殖或生根；(5)组培容器内的气体和环境气体可以通过封口材料进行交换，相对湿度通常是几乎100%,因此，组培苗叶片表面一般都无角质层或蜡质层，且气孔保卫细胞功能缺乏,气孔始终都是张开的；（6）组培的环境温度，光照强度和时间都是人为设定的，其参数可调。
5.德国植物学家Haberlandt被公认为是植物组织培养之父，他与1902年发表的植物组织培养的第一篇论文：提出了植物细胞具有全能性，构思了细胞培养的概念。
6.培养基是植物组织培养的核心，它提供植物生长所需的营养物质，是决定植物组织培养成败的关键因素之一。
外植体之所以能沿着不同的组培途径生长、分化，其主要原因就在于培养基中的物质成分对细胞的生长发育起着定向操控作用。
7.在离体培养条件下，不同种植物的组织对营养有不同的要求，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，在建立一项新的培养系统时，首先必须找到一种合适的培养基，培养才有可能成功。
8.培养的构成：（1）水分；（2）无机盐类：a大量元素b微量元素;（3）有机营养成分：a糖类物质：蔗糖葡萄糖果糖麦芽糖b维生素类c氨基酸类；(4)植物生长调节剂：a生长素:IAA NAA 2,4-D IBA抑制芽b细胞分裂素：6-BA ZT KT促进芽分化；（5）天然有机添加物：椰子汁香蕉泥番茄汁胶木提取液等；（6）pH值：常用5.8 过高培养基变硬，过低培养基不凝固；（7）凝固剂：常用琼脂(粉) 7-10g\L;(8)其他添加物：活性炭。
植物的组织培养
植物的组织培养【基础回顾】考点一、植物组织培养的过程1．组织培养过程外植体――→脱分化愈伤组织――→再分化幼苗―→移栽2．培养基(1)成分：大量元素、微量元素、有机物、植物激素和琼脂。
(2)类型：MS培养基、发芽培养基和生根培养基。
(3)作用：植物组织或器官生长和发育的营养条件。
(4)配制：称量、溶解、调pH、分装(三角瓶)、灭菌。
考点二、植物组织培养的实验操作(1)菊花的组织培养过程制备MS培养基(配制母液、配制培养基、灭菌)→外植体消毒→接种→培养→移栽→栽培。
(2)月季的花药培养过程①过程：材料的选取→材料的消毒→接种和培养→鉴定和筛选。
②影响花药培养的因素主要有材料的选择和培养基的组成。
③要挑选完全未开放的花蕾，确定花粉发育时期最常用的方法是醋酸洋红法。
【技能方法】1．植物组织培养技术和花药离体培养技术的异同2．植物激素与组织培养(1)生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，其作用及特点：①在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。
②使用顺序不同，结果不同，具体如下：③用量比例不同，结果也不同3．影响植物组织培养的因素(1)材料：植物的种类、材料的年龄和保存时间的长短等都会影响实验结果。
一般来说，容易进行无性繁殖的植物容易进行组织培养。
嫩枝生理状态好，容易诱导脱分化和再分化。
(2)营养：常用的培养基是MS培养基，其中含有的大量元素是N、P、S、K、Ca、Mg，微量元素是Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、I、Co，有机物有甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等。
(3)环境条件：pH、温度、光照等条件。
如菊花的组织培养所需pH为5.8左右，温度为18～22 ℃，光照条件为每日用日光灯照射12 h。
4、实验操作中注意事项(1)材料的选取：菊花的组织培养实验中，应选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝；月季的花药培养实验中，应选择花粉发育过程中的单核靠边期的花粉进行培养。
植物组织培养资料
一、名词解释。
1、植物组织培养：植物的离体器官、组织或细胞在人工制备的培养基上进行无菌培养，并在人工控制的环境条件下，使其发育成完整植株的科学技术。
2、脱分化：指失去分裂能力的细胞回复到分生性状态并进行分裂，形成无分化的细胞即愈伤组织的现象。
3、再分化：愈伤组织形成不定芽或不定根或胚状体。
4、外植体：植物组织培养过程中从活体植株上切去下来的用于离体培养的一切材料。
5、愈伤组织：原本指植物在受伤后于其伤口表面形成的一团薄壁细胞。
在组培中，则指人工培养基上由外植体形成的一团无序生长的薄壁细胞。
6、器官发生：胚胎时期由胚层器官原基发育成器官的过程。
包括细胞分化和器官形成。
7、胚状体发生：在植物细胞、组织或器官体外培养过程中，由一个或一些体细胞经过胚胎发生和发育过程，形成的与合子胚相类似的结构。
可进一步发育成植株。
8、细胞全能性：指植物的每一个细胞都携带有一完整的基因组，并具有发育成完整植株的潜在能力。
9、细胞分化：一个尚未特化的细胞发育出特征性结构和功能的过程。
10、极性：细胞内的一端与另一端在形态结构和生理生化上的差异。
11、试管苗：通过组织培养产生的植株。
12、看护培养：是指用一块活跃生长的愈伤组织来看护单个细胞，使其持续分裂和增殖的一种培养方法。
这块愈伤组织被称为看护组织。
13、固相化培养：将细胞或原生质体固着在琼脂糖、藻（月元）酸盐或多聚赖氨酸中，然后将他们放入液体培养基中震荡培养。
这种培养方法既利用了振荡培养室营养物质和气体易于交换的优点，有利用了固相化使细胞免受振荡时剪切力的作用。
14、悬浮细胞培养：将单个游离细胞或小细胞团在液体培养基中进行培养增值的技术。
适用于大规模的培养，使细胞工程的基本平台。
15、离体授粉：将未授粉的胚珠或子房从母体上分离下来,进行无菌培养,并以一定的方式授以无菌花粉,使之在试管内实现受精的技术,又称为离体受精或试管受精。
16、器官培养：指植物的根、茎、叶、花器和幼小果实的无菌培养。
植物组织培养技术
植物基因编辑：利 用组织培养技术， 可以对植物基因进 行编辑，提高植物 的抗病性、抗虫性 等特性。
植物生物反应器： 组织培养技术可以 用于生产生物药物 、生物燃料等，提 高生物产业的发展 水平。
植物修复技术：组 织培养技术可以用 于修复受损的植物 组织，提高植物的 生存能力和生长速 度。
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汇报人：
生物反应器技术：利用生物反应器技术，实现植物组织培养的规模化和自动化
生物信息学技术：利用生物信息学技术，分析植物组织培养过程中的基因表达和调控机制
合成生物学技术：利用合成生物学技术，设计和构建新型植物组织培养体系，提高植物组织 培养的效率和成功率。
应用前景
植物新品种的培育： 通过组织培养技术， 可以快速培育出新 的植物品种，提高 农业生产效率。
缺点
技术要求高：需要熟练掌握植物组织培养技术，操作难度大 成本高：培养基、培养设备、培养室等成本较高 成功率低：植物组织培养成功率较低，需要多次尝试 培养周期长：植物组织培养周期较长，需要耐心等待
05
植物组织培养技术的未 来展望
技术创新方向
基因编辑技术：通过基因编辑技术，提高植物组织培养的效率和成功率
应用：植物组织培养技术广泛应用 于植物育种、生物技术、植物保护 等领域。
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原理：利用植物细胞的全能性，使 其在适宜的条件下，经过脱分化和 再分化，形成完整的植株。
特点：快速繁殖、保持品种特性、 提高生产效率等。
原理
植物组织培养技术是指利用植物细 胞、组织或器官在无菌条件下进行 培养，使其生长、分化和再生的技 术。
植物组织培养技术在药物生 产中的应用
植物组织培养技术在药物质 量控制中的应用
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专题三植物的组织培养技术一、菊花的组织培养1．植物组织培养的原理和程序(1)原理：植物细胞的全能性(2)程序：(愈伤组织：细胞排列疏松无规则，是一种高度液泡化的薄壁细胞)2．植物组织培养的影响因素(1)选材：不同植物组织或同一植物组织的不同部分，培养的难易程度差别很大，菊花的组织培养，一般选择未开花植株的茎上部新萌生的侧枝。
(2)培养基：植物组织培养需要适宜的培养基（含大量元素、微量元素和有机物），常用的是MS培养基，在配制好的培养基中，常常需要添加细胞分裂素和生长素两种植物激素。
(3)其他条件： pH、温度和光照等条件对于植物组织的培养也很重要。
3．实验操作(1)配制好的培养基要进行高压蒸汽灭菌。
(2)外植体要先用70%酒精消毒6～7 s，取出后用无菌水清洗，再用 0.1%的氯化汞消毒，最后再用无菌水清洗。
(3)接种时要始终在酒精灯火焰旁进行，对于接种工具要用火焰灼烧灭菌。
(4)在18～22℃的无菌箱中培养，得到试管苗后进行移栽。
二、月季的花药培养1、理论基础：花粉具有全能性。
2．被子植物花粉的发育过程花粉母细胞(小孢子母细胞)→（四个小孢子）四分体时期→单核期（单核居中期、单核靠边期）→ 双核期（营养核和生殖核）→精子。
3．产生花粉植株(1)产生花粉植株的两种途径：胚状体与（合子/受精卵）发育形成的胚有类似的结构，即具有胚芽、胚轴和胚根。
(2)上述两种途径并无绝对界限，主要取决于培养基中激素的种类及其浓度配比。
4、影响花药培养的因素主要因素是材料的选择和培养基的组成。
一般月季的花药培养选在五月初到五月中旬，即月季的初花期。
5．培养过程及成功的关键(1)材料的选取：挑选完全未开放的花蕾，选择花药时，一般要通过镜检来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期。
确定花粉发育时期的最常用的方法是醋酸洋红法。
但是，某些植物的花粉细胞核不易着色，需采用焙花青-铬矾法，这种方法能将花粉细胞核染成蓝黑色(2)接种：灭菌后的花蕾，在无菌条件下除去萼片和花瓣，并立即将花药接种到培养基上。
剥离花药时尽量不要损伤花药。
(3)培养：温度控制在 25 ℃左右，幼小植株形成后才需要光照。
如果花药开裂释放出胚状体，就要在花药开裂后尽快将幼小植株分开。
6、菊花茎的组织培养与月季的花粉培养的比较三、影响植物组织培养的主要因素(1)培养材料：（内因）①不同的植物组织，培养的难易程度差别很大，容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养。
②同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短对培养也有影响。
幼龄、保存时间短的植物材料容易培养成功。
(2)无菌条件：培养基上有细菌等微生物存在时，它们比植物细胞生长、繁殖得更快，而且它们会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡，因此在培养过程中要求进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作。
(3)植物激素：在配制好的MS培养基中，常常需要添加植物激素。
其中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。
植物激素的浓度、使用的先后顺序以及用量的比例等，都会影响实验结果。
植物激素（生长素和细胞分裂素）对实验结果的影响植物组织培养技术与微生物培养技术的比较注：在这两种技术中均需要一定的营养物质，但营养物质的划分标准不同。
[关键一点](1)无菌技术是植物组织培养获得成功的关键，无菌技术包括培养基的灭菌、植物材料(外植体)的消毒和接种时的无菌操作。
(2)在生产实践中取材必须选取易表达全能性的部位，这样可加大成功的机会，降低生产成本。
对大多数植物来说，茎尖是较好的部位，由于其形态已基本建成，生长速度快，遗传性能稳定，是获得无病毒植株的良好材料。
练习1、下图是基因型为AaBb的菊花茎尖离体培养示意图，据图回答下列问题：(1)图中A是________，B是________。
菊花茎尖培养成植物体的根本原因是________。
(2)菊花的组织培养过程中，细胞增殖主要通过________分裂来完成。
在培养形成试管苗的过程中，其中应大量供给的元素是________。
试管苗形成过程中要给予一定光照，其目的是__________________________。
要促进茎尖细胞分裂和生长，培养基中应有________和________两类激素。
(3)脱分化和再分化这两个过程的进行需要一定的外界条件，一是要有适宜的________，二是要__________，否则植物组织培养就不能成功。
(4)如此培养成的试管苗的基因型是________，这种繁殖方式是________。
2、下图是花药培养产生花粉植株的两种途径，回答下列相关问题：(1)通过花药培养产生花粉植株有两种途径，一种是花粉通过A________阶段发育成植株，另一种是花粉在诱导培养基上先形成 B ，再将其诱导分化成植株。
这两种途径并没有绝对的界限，主要取决于培养基中____________________________________________。
(2)诱导花粉植株能否成功及诱导成功率的高低，受多种因素影响，其中主要的影响因素是________与________。
(3)选择花药时，一般要通过________来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期。
确定花粉发育时期的方法有醋酸洋红法和________。
(4)材料消毒过程中用到的试剂有________、0.1%的氯化汞溶液、无菌水。
(5)消毒后的花蕾，要在________条件下接种到培养基上。
培养过程中不需要光照，同时要控制好温度。
(6)在花药培养中，常常会出现________的变化，因此需要对培养出来的植株作进一步的鉴定和筛选。
3、植物的花药培养在育种上有特殊的意义。
植物组织培养可用于无病毒植株及细胞产物的工厂化生产等方面。
请回答相关问题。
(1)利用月季的花药离体培养产生单倍体时，选材非常重要。
一般来说，在__________期花药培养的成功率最高。
为了选择该期的花药，通常选择__________的花蕾。
确定花粉发育时期最常用的方法有__________法，但是对于花粉细胞核不易着色的植物，需采用__________法，该法能将花粉细胞核染成__________色。
(2)若要进行兰花无病毒植株的培育，首先选择兰花的__________作为外植体。
从外植体到无病毒植株试管苗，要人为控制细胞的__________和__________过程。
(3)进行组织培养需配制MS培养基，在该培养基中常需要添加、___等激素。
欲利于根的分化，植物激素的用量比例应为_____。
(4)不同植物的组织培养除需营养和激素外，____等外界条件也很重要。
(5)无菌技术也是成功诱导出花粉植株的重要因素，下列各项中使用化学药剂进行消毒的是____，采用灼烧方法进行灭菌的是_____。
(答序号)①培养皿②培养基③实验操作者的双手④三角锥形瓶⑤接种环⑥花蕾4、草莓生产上传统的繁殖方式易将所感染的病毒传播给后代，导致产量降低、品质变差。
运用微型繁殖技术可以培育出无病毒幼苗。
草莓微型繁殖的基本过程如下：外植株—→愈伤组织—→芽、根—→植株①②③请回答：(1)微型繁殖培育无病毒草莓苗时，一般选取__________作为外植体，其依据是____________________________。
(2)在过程①中，常用的MS培养基主要成分包括大量元素、微量元素和__________，在配制好的培养基中，常常需要添加__________，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。
接种后2～5 d，若发现外植体边缘局部污染，原因可能是__________。
(3)在过程②中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是________________。
5.(12分)人参是一种名贵中药材，其有效成分主要是人参皂苷。
利用细胞培养技术生产人参皂苷的大致流程如下：请回答：(1)配制诱导愈伤组织的固体培养基，分装后要进行_____________。
接种前，要对人参根进行_____________。
(2)用于离体培养的根切块，叫做_______________________________________。
(3)用少量_____________酶处理愈伤组织，获取单细胞或小细胞团，在液体培养基中进行悬浮培养，可有效提高人参皂苷合成量。
(4)人参皂苷易溶于水溶性(亲水性)有机溶剂，从培养物干粉中提取人参皂苷宜选用_____________方法，操作时应采用_____________加热。
6、下图是月季花药离体培养产生花粉植株的两种途径，请据图回答有关问题：（1）选用的材料合适与否是成功诱导出花粉植株的重要因素，一般来说选用期的花粉可提高成功率。
选择花粉时，一般要通过来确定花粉是否处于合适的发育期，这时需要对花粉的细胞核进行染色，常用的染色剂是。
（2）上图中花药经脱分化产生胚状体还是愈伤组织主要取决于培养基中。
（3）胚状体与愈伤组织在结构上的主要区别在于愈伤组织的细胞排列疏松无规则，是一种高度的薄壁细胞，胚状体与发育形成的胚有类似的结构，即具有胚芽、胚轴和胚根。
（4）无菌技术也是成功诱导出花粉植株的重要因素，请说明下列各项需要消毒，还是需要灭菌。
①培养基②培养皿③接种环④花蕾⑤实验操作者的双手⑥三角锥形瓶。
（填编号）需要灭菌，（填编号）需要消毒。
（5）试管苗移栽到土壤前，通常要进行壮苗处理，应如何壮苗？。
7．（2010·宁夏理综，38）请回答：（1）植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。
该技术可以保持品种的，繁殖种苗的速度。
离体的叶肉细胞在适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具有该植物的全部。
（2）把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进行，其原因是避免的污染。
（3）微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管苗，而与配比适宜时可促进芽的增殖。
若要抑制试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需尊使用的生长调节剂是（脱落酸、2，4—D）。
（4）将某植物试管苗培养在含不同浓度蔗糖的培养基上一段时间后，单株鲜重和光合作用强度的变化如图。
据图分析，随着培养基中蔗糖浓度的增加，光合作用强度的变化趋势是，单株鲜重的变化趋势是。
据图判断，培养基中不含蔗糖时，试管苗光合作用产生的有机物的量（能、不能）满足自身最佳生长的需要。
（5）据图推测，若要在诱导试管苗生根的过程中提高其光合作用能力，应（降低，增加）培养基中蔗糖浓度，以便提高试管苗的自养能力。
8．植物组织培养技术指的是在含有营养物质及植物生长物质的培养液中，培养离体植物组织（器官或细胞）并诱导使其长成完整植株的技术。
请回答下列问题：（1）植物组织培养用到的是固体培养基，原因是培养基中添加了，培养基的主要成分是和有机物、植物激素。