植物组织培养复习大纲

绪论

（一）植物组织培养的基本概念

植物组织培养（plant tissue culture）：在无菌条件下，利用人工培养基，对植物材料（器官、组织、细胞或原生质体等）的离体培养。

外植体（explant）：接入培养基，以进行离体培养的植物材料。

接种（inoculate）：在无菌条件下，将外植体接入培养基，以进行培养的操作。

初代培养：对从植物体上分离下来的外植体，进行的最初培养，其目的是建立无菌培养系。

继代培养：将初代培养诱导产生的培养物，重新分割，转到新鲜培养基上，继续进行的培养。

脱分化（dedifferentiation）：细胞由成熟状态转变为分生状态的过程。

愈伤组织（callus）：无定形、具有分生能力而无特定功能的一团无序生长的薄壁细胞。

植物细胞全能性（plant cell totipotency）：任何具有完整细胞核的植物细胞，都拥有形成一个完整植株所必须的全部遗传信息，和发育成完整植株的潜在能力。

（二）植物组织培养的发展简史

1、探索阶段（20世纪初~20世纪30年代中）

20世纪初，德国植物生理学家Haberlandt：

小野芝麻和凤眼兰栅栏组织的单个细胞／虎眼万年青属的表皮细胞的单个细胞；

Knop＋蔗糖；

→细胞生长、胞壁加厚、淀粉形成；

≯细胞分裂：

？①高度分化的细胞；②未加植物生长物质的简单培养基。

＝植物组织培养的先驱者

植物组织培养的先驱者

2、奠基阶段（20世纪30年代中~50年代末）

20世纪30年代中，对植物生长的两个重要发现：①B族维生素；②生长素。

1934年，美国科学家White：

番茄根尖；培养基（原来）：无机盐＋酵母浸出液＋蔗糖；（后来）：无机盐＋B族维生素（吡哆醇、硫胺素、烟酸）＋蔗糖；

→建立了第一个活跃生长的无性系；White培养基。

1934年，法国科学家Gautheret：山毛柳和黑杨等的形成层组织；

Knop ＋盐酸半胱氨酸＋葡萄糖；（胡萝卜根形成层）＋B族维生素＋生长素；首次获得连续生长的组织培养物。

1934年，Nobecourt ：

胡萝卜；也建立了类似的连续生长的组织培养物。

Gautheret、White和Nobecourt：植物组织培养的奠基人

20世纪40年代~50年代初，Skoog（1944）；Skoog和崔徵（1951）：

腺嘌呤不但可以促进愈伤组织的生长，而且还能解除培养基中生长素的对芽形成的抑制作用，诱导芽的形成。

确立了：腺嘌呤与生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件之一。

导致了激动素的发现以及利用激动素和生长素在植物组织培养中控制器官分化研究工作的开展。

1941年，Overbeek et al：将椰子汁加入培养基：

曼陀罗的心型期幼胚离体培养成熟。

1952年，Morel和Martin：对已被病毒侵染的大丽花茎尖分生组织进行离体培养：获得脱毒植株.

1953年，Muir：

将万寿菊和烟草的愈伤组织转移到液体培养基中，于摇床上振荡，使组织散碎，形成由单细胞和细胞聚集体组成的细胞悬浮液，再经继代培养：→获得了单细胞培养的初步成功；

还用机械方法由细胞悬浮液和易散碎的愈伤组织中分离得到单细胞，将其置于铺在愈伤组织上面的滤纸上培养：→细胞发生了分裂。此即“看护培养”技术。>

1955年，Miller et al：

从鲱鱼中分离出一种首次为人所知的细胞分裂素，并将其定名为激动素（kinetin）。

现将具与激动素类似活性的天然的或合成的一类化合物统称为细胞分裂素。>

1957年，Skoog和Miller：

提出了有关植物生长物质控制器官形成的概念，指出在烟草髓组织培养中，

根和茎的分化是生长素对细胞分裂素比率的函数，通过改变培养基中这两类植物生长物质的相对浓度可以控制器官的分化：

这一比率高时促进生根；这一比率低时促进茎芽的分化；二者浓度相等时，组织则倾向于以一种无结构的方式生长。>

后来证明：

植物生长物质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植物生长物质的内生水平不同。

因而，对于某一具体的形态发生过程来说，它们所要求的外源植物生长物质的水平也会有所不同。> 1958年，Steward et al：

以胡萝卜为材料，首次通过实验证实了先驱者Haberlandt关于细胞全能性的设想，成为植物组织培养研究历史中的一个里程碑。

1958年，Reinert和Steward分别报道：在胡萝卜愈伤组织培养中形成了体细胞胚。

这是一种不同于通过芽和根的分化而形成植株的再生方式。

现在知道，很多物种都能形成体细胞胚。>

3、迅速发展阶段（20世纪60年代~现在）

（1）原生质体培养取得重大突破：

1960年，Cocking et al用真菌纤维素酶分离植物原生质体获得成功；

1971年，Takebe et al在烟草上首次由原生质体获得了再生植株，这不但在理论上证明了除生殖细胞和有壁体细胞以外，体细胞的原生质体同样具有全能性，而且在实践上可为基因工程外源基因的导入提供理想的受体材料；

1972年，Carlson et al通过两个烟草物种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。

（2）花药培养取得显著成绩：

1964 年，Guha and Maheshwari 报道，在毛曼陀罗中通过花药离体培养由小孢子直接发育成胚；

1967年，Bourgin and Nitsch通过花药培养获得了完整的烟草植株。

（3）微繁技术得到广泛应用：

1960年，Morel建立了一个离体营养繁殖兰花的方法，繁殖系数极高。

由于这一方法具巨大的实用价值，很快被兰花生产者所采用，迅速建立起“兰花工业”。

在其它许多观赏植物和经济植物中，微繁也达到了工厂化的生产规模。

1962年，Murashinge和Skoog在烟草培养中筛选出至今仍被广泛使用的MS培养基。

（三）植物组织培养与其它生命科学的关系

1、植物组织培养是植物基因工程不可或缺的组成部分。

无论是转基因受体的提供，还是转化细胞的筛选和再生，都需组织培养技术作为支撑。>

2、植物组织培养是生物制品的有效生产途径。

有些极其昂贵的生物制品，例如抗癌首选药物——紫杉醇等，可以用大规模培养植物细胞来直接生产。国内在红豆杉组织培养中获得高产细胞系，每L细胞培养物中紫杉醇的产量可达0.25 mg。

3、在植物杂交育种中，采用花药培养技术不但可以缩短杂合体纯合化所需的时间，而且还可节省土地面积。>

4、在远缘杂交中，

通过原生质体融合可克服受精前障碍；

通过幼龄合子胚培养可克服受精后障碍；

通过原生质体融合可获得细胞质杂种。>

5、对于无药可治的病毒病，可通过茎尖培养消除病毒。

已经取得成功的有马铃薯、草莓、香蕉、葡萄等。>

6、通过离体诱导不定芽或促进腋芽生枝，可进行很多名贵花卉等重要园艺植物的快速繁殖。

一个单株一年可以繁殖几万到几百万个植株。例如：一株葡萄一年繁殖到3万多株，一株兰花一年繁殖到400万株。>

7、应用在细胞水平上进行突变体选择的技术，可在一定程度上使高等植物的育种程序微生物化，从而大大