第11章组织培养
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第三篇 植物细胞工程
植物组织培养 植物的快速繁殖 单倍体诱导与单倍体育种 植物胚胎培养 体细胞胚胎发生和人工种子 植物原生质体融合技术 植物染色体工程 植物转基因技术
第11章 植物组织培养
• 植物组织培养概念 • 发展历史 • 组织培养的理论基础 • 植物组织培养培养基
植物组织培养概念
植物细胞全能性的表达
脱分化（dedifferentiation)：分化的细胞在一定条 件下，转变为胚性状态，重新获得分裂能力。
愈伤组织：脱分化细胞经过细胞分裂，产生无组 织结构、无明显极性、松散的细胞团。
细胞由静止状态被诱导激活，蛋白质合成旺盛， RNA含量迅速增加。细胞进入分裂期，形成愈伤 组织。
1904年，Hanning 最先成功地培养了萝卜和辣根 菜的胚。
1922年，Knudson 采用胚培养法获得大量兰花幼 苗。
1934年，White 用番茄根尖建立起第一个活跃生 长的无性繁殖系，从而使非胚器官的培养首先获 得成功。
1948年，斯科克发现腺嘌呤／生长素的比例是控 制芽和根形成的重要条件。
细胞培养：指动植物细胞在体外条件下的存活或 生长，此时细胞不再形成组织。
植物组织培养：主要指用于植物快速繁殖的组培 技术。
植物细胞培养：指以生产次生代谢产物（色素、固 醇、生物碱、植物杀虫剂等）为目的的大规模细胞培 养技术。
发展历史
1902年，德国植物学家Haberlandt 根据细胞学说， 提出单个细胞的植物细胞全能性理论。并首次尝 试分离植物组织并培养叶片细胞，但未成 功。他被称为“植物组织培养之父”。
优点：是繁殖数量大，根系完整，生长健壮。 缺点：是一些通过异花授粉的花卉容易发生变
异，不易保持原品种的优良特征。
➢ 无性繁殖：
是利用母体营养器官的一部分作为繁殖材料， 进行分生、扦插、压条、嫁接繁殖和组织培养快 速繁殖及植物的无融合生殖等，使之形成一个新 的个体，所以又称营养繁殖。
优点：是能保持品种的优良特性、生长快、短期内
获得大量后代。
缺点：是繁殖方法不如有性繁殖简便。
植物细胞的全能性
植物细胞全能性：植物细胞具有该植物体全部遗 传的可能性，在一定条件下具有发育成完整植物 体的潜在能力。是植物细胞工程的理论基础。
实验表明，处于离体状态的植物活细胞，在一定 的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就 可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条 件下实现的这一过程，就是植物组织培养。
不经生殖细胞结合的受精过程，由母体的一 部分直接产生子代的繁殖方法。后代与亲代在遗 传性上完全一致。 林业上常用树木营养器官的一部分和花芽、花 药、雌配子体等材料进行无性繁殖。花药、花 芽、雌配子体常用组织培养法离体繁殖。生根后 的植物与母株的基因是完全相同的。
无性繁殖的意义：
有性繁殖： 是用种子进行播种繁殖，故又称种子繁殖。
植物细胞全能性表现根据细胞类型不同从强到弱: 营养生长中心 > 形成层 > 薄壁细胞 > 特化细胞 (筛管、导管细胞) > 厚壁细胞(木质化细胞) ；
根据细胞所处的组织不同从强到弱为： 顶端分生组织 > 居间分生组织 > 侧生分生组织 > 薄壁组织(基本组织) > 厚角组织 > 输导组织 > 厚壁组织。
定义：在含有营养物质及植物生长物质的培养基 中，培养离体植物组织，并诱导使其长成完整植 株的技术。
植物组织培养是二十世纪发展起来的新技术，近 三十年来由于组织培养基础理论研究的深入，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织培养。
植物组织培养与细胞培养的区别
组织培养：指从机体内取出组织或细胞，模拟机 体内生理条件，在体外进行培养，使之生存或生 长成组织。
1964-1966年，印度科学家Guha 和Maheswari 在曼陀罗花药培养中首次由花粉诱导得到了单倍 体植株。
1972年，Carlson 通过两个种的烟草原生质体融 合培养，获得了第一个体细胞杂交的杂种植 株。……
20世纪60年代，植物组织培养开始大规模应 用。
1960年，莫雷尔用兰属的茎尖培wk.baidu.com，实现了去病
愈伤组织的诱导是植物细胞体外再生的第一步。
愈伤组织的种类
1、胚性愈伤组织：
表面光滑、组织结构紧凑、细胞小、再生力强。 在适宜的培养条件下能分化出再生植株的离体培 养物。胚性愈伤组织容易形成胚状体。
2、非胚性愈伤组织：
表面粗糙、组织结构疏松、细胞大，呈淡黄色 。 不具备产生再生植株潜力的离体培养物。
毒和快速繁殖。这一技术导致欧美“兰花工业”的 兴起。
20世纪中期，美国应用组培技术获得的芹菜苗已
经成功地取代了种子繁殖的传统方法。
我国目前在番茄、辣椒、马铃薯、人参、花卉、
果品生产中广泛投入应用。
组织培养技术被誉为农业发展史上第四次绿色革 命。
植物组织培养的理论基础
无性繁殖（asexual reproduction）
白体
液泡和蛋白体
形态区别 有特征，排列规则，有 没 有 特 征 ， 排 列 不规 极性，如髓分生组织等 则，没有极性
生理区别 有专一的功能
没有专一的功能
生化区别 有不同的化学组成和代 化 学 组 成与 代 谢 方式
谢方式
基本相同
再分化（redifferentiation): 经脱分化的组织或细 胞在一定的培养条件下，重新分化为各种类型细 胞，并进一步发育为完整植株。
1954年，Skoog发现一种叫激动素的细胞分裂素 它与生长素的比例可控制器官分化。
1958年，英国科学家Steward 等用胡萝卜根的愈 伤组织细胞进行悬浮培养，成功诱导出胚状体并 分化为完整的小植株，不但使细胞全能性理论得 到证实，而且为组织培养的技术程序奠定了基础。
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。
注意：
并不是所有的细胞脱分化的结果都必然形成愈伤 组织。有些植物体的细胞脱分化以后直接形成胚 性细胞，进而形成体细胞胚。
愈伤组织内的细胞并不都是未分化的细胞，即同 一愈伤组织内的细胞的分化状态存在一定的差异。
细胞和组织分化与脱分化的区别
分化
脱分化
细胞区别 有丝分裂，无液泡及蛋 无 丝 分 裂为 主 ， 出 现
植物组织培养 植物的快速繁殖 单倍体诱导与单倍体育种 植物胚胎培养 体细胞胚胎发生和人工种子 植物原生质体融合技术 植物染色体工程 植物转基因技术
第11章 植物组织培养
• 植物组织培养概念 • 发展历史 • 组织培养的理论基础 • 植物组织培养培养基
植物组织培养概念
植物细胞全能性的表达
脱分化（dedifferentiation)：分化的细胞在一定条 件下，转变为胚性状态，重新获得分裂能力。
愈伤组织：脱分化细胞经过细胞分裂，产生无组 织结构、无明显极性、松散的细胞团。
细胞由静止状态被诱导激活，蛋白质合成旺盛， RNA含量迅速增加。细胞进入分裂期，形成愈伤 组织。
1904年，Hanning 最先成功地培养了萝卜和辣根 菜的胚。
1922年，Knudson 采用胚培养法获得大量兰花幼 苗。
1934年，White 用番茄根尖建立起第一个活跃生 长的无性繁殖系，从而使非胚器官的培养首先获 得成功。
1948年，斯科克发现腺嘌呤／生长素的比例是控 制芽和根形成的重要条件。
细胞培养：指动植物细胞在体外条件下的存活或 生长，此时细胞不再形成组织。
植物组织培养：主要指用于植物快速繁殖的组培 技术。
植物细胞培养：指以生产次生代谢产物（色素、固 醇、生物碱、植物杀虫剂等）为目的的大规模细胞培 养技术。
发展历史
1902年，德国植物学家Haberlandt 根据细胞学说， 提出单个细胞的植物细胞全能性理论。并首次尝 试分离植物组织并培养叶片细胞，但未成 功。他被称为“植物组织培养之父”。
优点：是繁殖数量大，根系完整，生长健壮。 缺点：是一些通过异花授粉的花卉容易发生变
异，不易保持原品种的优良特征。
➢ 无性繁殖：
是利用母体营养器官的一部分作为繁殖材料， 进行分生、扦插、压条、嫁接繁殖和组织培养快 速繁殖及植物的无融合生殖等，使之形成一个新 的个体，所以又称营养繁殖。
优点：是能保持品种的优良特性、生长快、短期内
获得大量后代。
缺点：是繁殖方法不如有性繁殖简便。
植物细胞的全能性
植物细胞全能性：植物细胞具有该植物体全部遗 传的可能性，在一定条件下具有发育成完整植物 体的潜在能力。是植物细胞工程的理论基础。
实验表明，处于离体状态的植物活细胞，在一定 的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就 可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条 件下实现的这一过程，就是植物组织培养。
不经生殖细胞结合的受精过程，由母体的一 部分直接产生子代的繁殖方法。后代与亲代在遗 传性上完全一致。 林业上常用树木营养器官的一部分和花芽、花 药、雌配子体等材料进行无性繁殖。花药、花 芽、雌配子体常用组织培养法离体繁殖。生根后 的植物与母株的基因是完全相同的。
无性繁殖的意义：
有性繁殖： 是用种子进行播种繁殖，故又称种子繁殖。
植物细胞全能性表现根据细胞类型不同从强到弱: 营养生长中心 > 形成层 > 薄壁细胞 > 特化细胞 (筛管、导管细胞) > 厚壁细胞(木质化细胞) ；
根据细胞所处的组织不同从强到弱为： 顶端分生组织 > 居间分生组织 > 侧生分生组织 > 薄壁组织(基本组织) > 厚角组织 > 输导组织 > 厚壁组织。
定义：在含有营养物质及植物生长物质的培养基 中，培养离体植物组织，并诱导使其长成完整植 株的技术。
植物组织培养是二十世纪发展起来的新技术，近 三十年来由于组织培养基础理论研究的深入，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织培养。
植物组织培养与细胞培养的区别
组织培养：指从机体内取出组织或细胞，模拟机 体内生理条件，在体外进行培养，使之生存或生 长成组织。
1964-1966年，印度科学家Guha 和Maheswari 在曼陀罗花药培养中首次由花粉诱导得到了单倍 体植株。
1972年，Carlson 通过两个种的烟草原生质体融 合培养，获得了第一个体细胞杂交的杂种植 株。……
20世纪60年代，植物组织培养开始大规模应 用。
1960年，莫雷尔用兰属的茎尖培wk.baidu.com，实现了去病
愈伤组织的诱导是植物细胞体外再生的第一步。
愈伤组织的种类
1、胚性愈伤组织：
表面光滑、组织结构紧凑、细胞小、再生力强。 在适宜的培养条件下能分化出再生植株的离体培 养物。胚性愈伤组织容易形成胚状体。
2、非胚性愈伤组织：
表面粗糙、组织结构疏松、细胞大，呈淡黄色 。 不具备产生再生植株潜力的离体培养物。
毒和快速繁殖。这一技术导致欧美“兰花工业”的 兴起。
20世纪中期，美国应用组培技术获得的芹菜苗已
经成功地取代了种子繁殖的传统方法。
我国目前在番茄、辣椒、马铃薯、人参、花卉、
果品生产中广泛投入应用。
组织培养技术被誉为农业发展史上第四次绿色革 命。
植物组织培养的理论基础
无性繁殖（asexual reproduction）
白体
液泡和蛋白体
形态区别 有特征，排列规则，有 没 有 特 征 ， 排 列 不规 极性，如髓分生组织等 则，没有极性
生理区别 有专一的功能
没有专一的功能
生化区别 有不同的化学组成和代 化 学 组 成与 代 谢 方式
谢方式
基本相同
再分化（redifferentiation): 经脱分化的组织或细 胞在一定的培养条件下，重新分化为各种类型细 胞，并进一步发育为完整植株。
1954年，Skoog发现一种叫激动素的细胞分裂素 它与生长素的比例可控制器官分化。
1958年，英国科学家Steward 等用胡萝卜根的愈 伤组织细胞进行悬浮培养，成功诱导出胚状体并 分化为完整的小植株，不但使细胞全能性理论得 到证实，而且为组织培养的技术程序奠定了基础。
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。
注意：
并不是所有的细胞脱分化的结果都必然形成愈伤 组织。有些植物体的细胞脱分化以后直接形成胚 性细胞，进而形成体细胞胚。
愈伤组织内的细胞并不都是未分化的细胞，即同 一愈伤组织内的细胞的分化状态存在一定的差异。
细胞和组织分化与脱分化的区别
分化
脱分化
细胞区别 有丝分裂，无液泡及蛋 无 丝 分 裂为 主 ， 出 现