第4章 植物细胞工程的基本原理和技术基础资料
植物细胞工程- PPT课件
植物细胞工程 热点
• 1.在无菌和人工控制的条件下，采用植物细胞 和组织培养技术培养植物的细胞，组织，器 官以获得有药用价值的次生代谢产物。 2.采用植物的遗传操作技术改变植物或植物细 胞的原有性状和功能，获得具有优良性状的 植株或植物细胞，生产有药用价值的次生代 谢产物。
第二节 植物细胞培养特性 及主要培养技术
三、植物细胞的培养特点
（1）植物细胞有独特的培养时间及特征：重量的 增加在对数期，次生代谢产物积累在稳定期 （2）植物细胞很少单一细胞生长，对数生长后期分 泌量蛋白和粘多糖，以非均相集合的细胞团悬浮 生长。
（3）植物细胞好气，培养过程需供气及搅拌，
（4）植物细胞较微生物细胞大得多，纤维素细胞壁， 细胞壁脆弱，抗剪切能力小，传统的搅拌式反应 器极易损伤细胞壁
（2）无机氮源，硝酸盐，铵盐为主。
（3）碳源，蔗糖 （4）需多种维生素烟酸，B1，B6和植物生长激素 生
长素，细胞分裂素，赤霉素，脱落酸，乙烯。
（5）需有机物：甘氨酸或水解络酪蛋白，酵母提取液
等。
A
B
A：BA(0mg/L) ，芽（减少），根（增多）愈伤组织（一定量） B：BA(0.1mg/L)，芽（适量），根（适量）愈伤组织（一定量）
二、培养植物细胞 四个生长时期
延迟期：细胞数恒定，高RNA含量，高蛋白质合 成能力； 加速期：细胞快速生长期。细胞数、DNA和蛋白 质浓度增加，有丝分裂活性、RNA含量和蛋白质 合成能力减少； 对数期：介于最大生长率和蛋白质合成完全停止 期之间。增加细胞鲜重、干重及RNA酶活性，蛋 白质合成能力完全减退； 稳定期：细胞数稳定。细胞高液泡化，极度脆弱， 高度分化及高浓度有机化合物。
第四章 植物细胞工程 Plant Cell Engineering
植物细胞工程的基本技术
第十三页，共30页。
• 2.在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含 有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤 组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、 叶、花），是否也能培养成小植株(zhízhū)，你 能用实验的方法进行验证吗？
• • 提示：胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能
培养再生形成小植株(zhízhū)，只是诱导愈伤组 织比较困难。
第六页，件：
细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界(wàijiè)条件
根
离体的植物器 官、组织或细
脱分化 愈 伤
再分化
胚 状 体
胞
组
或
织
丛
植 物 体
芽
关键词：
外植体、脱分化(fēnhuà)、再分化 (fēnhuà)、愈伤组第七页，织共30页。
分化： 个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，
有机营养成分：
① 含N物质：包括维生素和氨基酸
② 碳源：2%—5%的蔗糖
③ 琼脂：起支持作用
④ 植物激素：生长素，细胞分裂素（启动细胞分裂、脱分 化和再分化的关键性激素）
PH值：5.0－6.0
第十六页，共30页。
培养基中必须含有植物生长发育 所需要的全部营养物质，其中 (qízhōng)生长素和细胞分裂素用量的 比例对器官的发生起决定作用。
结马铃薯，主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它 们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄杂交 植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传 物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中 的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地 下结马铃薯就是很自然的了。
第二十一页，共30页。
再 分
第四章 植物细胞工程的基本原理和技术基础
Auxins——生长素
溶于95%乙醇 诱导(启动)细胞的分裂,促进根的形成 其中2，4-D对胚性细胞团的形成尤其 有效
培养基对非洲紫罗兰组织培养的影响
No NAA
NAA reduced to 0.1 mg. l-1
NAA increased to 5.0 mg. l-1
培养基对非洲紫罗兰组织培养的影响
No sucrose (0%) Sucrose reduced to 1%
Sucrose increased to 5%
Control
维 生
种类：主要使用B族维生素
素
VB1（盐酸硫胺素）、 VB6（盐酸吡哆 醇）、 VB3（烟酸） 、 Vc、生物素 、叶酸 浓度：0.1－10.0mg/L 作用： VB1 全面促进生长，提高活力
(≤ 0.5mmol/L)
Murashige and Skoog stock solutions (MS Medium )
Macro elements (>0.5mmol/L) Micro elements (<0.5mmol/L)
MgSO4.7H2O NH4NO3 KNO3 CaCl2 KH2PO4
Control
Cytokinins——细胞分裂素
促进细胞分裂和芽的 分化形成 溶于1mol/L的HCl
细胞分裂素类 ( cytokinin ) • （1）种类：6－BA KT ZT • （2）作用：诱导不定芽分化和茎、苗增殖。 • （3）浓度：0.05－10. 0mg/L
①诱导芽的分化、促进侧芽萌发生长 ②促进细胞分裂与扩大。 ③抑制根的分化。 细胞分裂素多用于诱导不定芽的分化、茎、苗 的增殖，而避免在生根培养时使用。
《植物细胞工程基本技术》课件PPT课件
诱变育种的方法与流程
诱变育种概述
诱变育种是通过人工诱变手段，使植物细胞发生突变，再从中选择具有优良性状的个体 进行繁殖和培育的方法。
诱变育种方法
常见的诱变育种方法包括化学诱变、物理诱变和太空诱变等。其中，化学诱变使用化学 诱变剂处理植物材料，物理诱变使用物理手段如射线、激光等处理植物材料。
诱变育种流程
克隆技术的流程
选择适宜的植物材料、进行无菌操作、细胞培养、愈伤组织诱导、 胚状体诱导、植株再生、遗传转化等步骤。
克隆技术的应用实例
1 2
克隆植物
通过克隆技术可以快速繁殖珍稀濒危植物，保护 物种资源；同时也可以生产转基因植物，改良植 物性状。
克隆动物
克隆技术在动物领域的应用主要包括动物模型的 建立、濒危动物的繁殖和优良品种的保存等方面。
利用植物细胞培养技术生产天然药物、生 物制品和疫苗等，具有生产成本低、周期 短、易于控制等优点。
环境保护
能源生产
利用植物细胞培养技术进行生态修复和环 境污染治理，如重金属污染土壤的修复、 水体净化等。
通过转基因技术将植物细胞培养成能源植 物，如生产生物柴油的油菜、藻类等，为 可再生能源的发展提供技术支持。
植物细胞工程的基本原理
植物细胞具有全能性，即任何一个细胞都包含该物种的全套 遗传信息，在适宜的条件下可以发育成一个完整的个体。通 过离体培养，可以大量繁殖植物，并实现植物的遗传改良。
植物细胞工程的发展历程
1902年
德国植物学家哈伯兰特提出植 物细胞具有全能性的假设。
1958年
斯图尔德成功进行烟草离体培 养，获得完整植株，标志着植 物组织培养技术的诞生。
观察与记录
定期观察植物细胞的生长状况， 记录数据，以便进行后续分析 和研究。
植物细胞工程的基本技术 课件
和
等。
(2)②过程的发生需要进行
,通常利用离心、振动、电激等
法,而化学法一般用
作诱导剂。
(3)原生质体融合的关键是
的融合,利用的原理是
。
(4)融合后的原生质体会生出细胞壁,新细胞壁的产生与细胞内的
(细胞器)有关。
解析:植物体细胞融合前,首先要利用纤维素酶和果胶酶去掉细胞壁,形 成原生质体,即过程①。②过程为原生质体融合,需要进行人工诱导,人工诱 导有两种方法:物理法和化学法。在化学法中常用聚乙二醇作为诱导剂。细 胞原生质体融合的关键是细胞膜的融合,利用的原理是细胞膜的流动性。植 物细胞壁的形成与高尔基体有关。
二、植物组织培养技术
1.概念 植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下,将离体的植物器官、组织、 细胞,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其产生愈伤组 织、丛芽,最终形成完整的植株。 2.原理 细胞的全能性。 3.过程 高度分化的植物器官、组织、细胞,在一定的营养和激素等条件下,经 过脱分化形成愈伤组织,将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上, 就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽,进而发育成完整植株。
●名师精讲●
1.原理:细胞膜的流动性(植物原生质体细胞融合)、植物细胞的全能性 (植物组织培养)。
2.操作过程
步骤 原生质体的获得 杂种细胞的形成 杂种植株的产生
方法 酶解法(纤维素酶、果胶酶)去除细胞壁,得到原生质体 通过一定的技术手段(电激、聚乙二醇诱导等)进行人工诱 导实现原生质体的融合 对杂种细胞用植物组织培养的方法进行培育
提示:(1)受精卵和叶肉细胞具有满足本物种发育所需的全套基因(遗传 信息)。(2)受精卵的全能性比叶肉细胞高。(3)“人工条件”包括离体、激素 诱导、无菌操作、提供营养等。
植物细胞工程的基本技术 课件
由外植体发育到试管苗，脱分化阶段细胞进行分裂，
再分化阶段愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗，
此阶段需要光照，原因是叶中叶绿素的合成需要光照条
(1)①过程需要__________________________酶处理 植物细胞 A 和 B，分离出有活力的原生质体，酶解成功 后在显微镜下观察到原生质体的形态为________形。
(2)步骤②一般常用的化学试剂是______________， 目的是_____________________________________。 原生质体 A 和 B 通过过程②两两融合形成的融合细 胞有________种。
2．脱分化：让已分化的细胞，经过诱导后，失去其 特有的结构和功能而转变成未分化细胞，进而形成愈伤 组织。
3．再分化：愈伤组织在一定的培养条件下，分化出 根和芽，进而形成完整小植株。
三、植物组织培养技术
1．理论基础：植物细胞的全能性。 2．实验：胡萝卜的组织培养。 (1)原理。
(2)过程。
3．概念：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物 器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予 适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形 成完整的植株。
B 阶段除了细胞分裂外，还进行细胞________等。
(3)此过程要无菌操作，主要是指对________进行灭 菌消毒。B 阶段需要光照，原因是_____________________
____________________________________________。
植物细胞工程常用技术与理论基础
(4)适宜物质的诱导和调节(激素主要是生长 素、细胞分裂素等)。 (5)温度、酸碱度、光照的控制等。 特别提醒 细胞全能性是指细胞具有发育 成完整个体的潜能，只有形成了完整个体 才是细胞全能性的表现。细胞全能性的表 现或证明，必须同时具备“高度分化”、 “离体”和“完整个体”三个条件。
① 含N物质：包括维生素和氨基酸 ② 碳源：2%—5%的蔗糖溶液，调节渗透压 ③ 琼脂：起支持作用 ④ 激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PH值：5.0－6.0
植物细胞工程常用的技术和理论基础
植物组织培养
• （三)、 植物组织培养的基本过程
分化程度降低，分 裂能力增强
重新分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ出组织器 官的过程（细胞分 裂素、生长素）
植物细胞工程常用的技术和理论基础
【探规寻律】 (1)全能性一定是在一个细胞 (或细胞核)发育成完整个体中体现出来，反 之，不能称为全能性。如用干细胞培育成某 一器官，其过程不属于细胞的全能性。 (2)全能性的原理是细胞具有发育成完整个体 所必需的“全套”基因而不是“全部”基因, 因此生物的配子中有全套基因，同样具有全 能性。
细胞生物学和分
应用的原理和方法 子生物学
研究的水平
细胞整体水平 或细胞器水平
研究的目的
按照人们的意愿来改变 细胞内的遗传物质或获
得细胞产品(定向改造）
植物细胞工程常用的技术和理论基础
细胞工程
植物细胞工程
动物细胞工程
植物组织培养
植物体细胞杂交
植物细胞工程常用的技术和理论基础
植物细胞工程常用的技术和理论基础
植物细胞工程常用的技术和理论基础
植物组织培养
• （二）、植物组织培养的条件 • 内因：离体细胞、组织或器官 • 外因：1）适宜的外界环境条件，例如无菌、
《植物细胞工程的基本技术》
农杆菌介导法
利用农杆菌感染植物细胞时，将其T-DNA转移至植物基因组中，实现外源基因 的导入。该方法具有转化效率高、基因整合稳定等优点，广泛应用于植物基因 工程研究。
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针对某些特殊培养需求，如植物病毒 检测、次生代谢产物生产等，需设计 特定的培养基。
选择培养基
根据培养目的和植物种类，添加特定 成分以筛选或促进特定细胞的生长， 如愈伤组织诱导培养基、胚状体发室准备
确保无菌室内清洁、干 燥，定期进行紫外线消 毒，准备好所需的无菌
作物育种中的应用（如抗虫、抗病品种选育）
作物抗虫育种
通过植物细胞工程技术，将抗虫基因 导入作物细胞，培育出具有抗虫性状 的新品种，减少农药使用，提高农产 品质量。
作物抗病育种
利用植物细胞工程的手段，将抗病基 因或抗病相关基因导入作物，获得抗 病性增强的新品种，降低病害对作物 产量的影响。
农产品加工中的应用（如功能性食品开发）
器材和试剂。
无菌操作
穿戴无菌服、口罩和手 套，在酒精灯火焰附近 进行各项操作，避免交
叉污染。
培养物处理
对培养物进行表面消毒 处理，去除污染微生物 ，确保培养物的无菌状
态。
定期检查
定期检查培养物的生长 情况，及时发现并处理
污染问题。
细胞生长过程观察与记录
观察内容
观察细胞的生长状态、形态变 化、分裂增殖情况以及有无污
生物农药研制
利用植物细胞工程手段，培育能够产生天然杀虫物质或抗病物质的植物细胞系或 组织，用于生物农药的研制和生产，减少化学农药的使用量，降低对环境的污染 。
《植物细胞工程》植物细胞技术
《植物细胞工程》植物细胞技术在现代生物技术的领域中，植物细胞工程是一项极具创新性和应用潜力的技术。
它就像是一把神奇的钥匙，为解决农业、医药、环保等众多领域的问题打开了一扇扇新的大门。
那么，什么是植物细胞工程呢？简单来说，植物细胞工程是指以植物细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖和改造，以获得人们所需要的植物产品或创造新的植物品种的技术。
植物细胞工程的基础是植物细胞的全能性。
这意味着每一个植物细胞都具有发育成完整植株的潜在能力。
就像一颗小小的种子，蕴含着成长为参天大树的全部信息。
在适宜的条件下，单个植物细胞可以经过脱分化形成愈伤组织，愈伤组织再经过再分化，就能够重新形成完整的植株。
植物组织培养是植物细胞工程中最为常用的技术之一。
通过无菌操作，将植物的器官、组织或细胞接种到培养基上，在人工控制的环境条件下进行培养。
比如，我们可以从一棵优良品种的植物上取下一小段茎尖，经过组织培养，就能培育出大量具有相同优良性状的新植株。
这不仅可以快速繁殖珍稀植物，还能保持亲本的优良特性。
细胞融合技术在植物细胞工程中也有着重要的地位。
它可以将不同种植物的细胞融合在一起，形成杂种细胞，进而培育出具有双亲优良性状的新植物。
想象一下，将一种抗病虫害能力强的植物细胞与另一种果实品质优良的植物细胞融合，是不是有可能创造出一种既抗病又好吃的新型植物呢？植物细胞工程在农业生产中的应用十分广泛。
通过培育优良品种，能够提高农作物的产量和品质。
比如，选育出抗病虫害、抗逆性强的作物品种，减少农药的使用，降低农业生产成本，同时也减少了对环境的污染。
此外，利用植物细胞工程还可以生产无病毒种苗，有效解决农作物因病毒感染而导致的产量下降和品质降低的问题。
在医药领域，植物细胞工程也发挥着重要作用。
许多珍贵的药用植物，由于生长环境特殊、生长周期长等原因，资源十分稀缺。
通过植物细胞培养技术，可以大规模生产药用成分，满足医药市场的需求。
例如，人参皂苷、紫杉醇等药用成分都可以通过植物细胞培养来获取。
第四章植物细胞工程的基本原理和技术基础
③中等无机盐含量培养基 大量元素约为MS培养基得一半,微量元素种
类减少,但含量较MS得高,维生素种类比MS多,如 增加了生物素、叶酸等。适合于花药培养,主要 有Nitch,NT、H、Miller培养基。
生长素得生理作用 1、促进细胞生长与细胞分裂。 2、诱导受伤组织表面细胞恢复分裂能力。 3、形成愈伤组织,促进生根。 4、与一定量得细胞分裂素配合共同诱导不定芽得 分化、侧芽得萌发与生长、胚状体得诱导。
细胞分裂素 就是一类腺嘌呤衍生物。主要有激动素
( 6-糠基氨基嘌呤KT)、6-苄基氨基嘌呤(6-BA) 与玉米素(ZT)等。其中最常用得就是6—苄基氨 基嘌呤。 功能: 1、促进细胞得分裂与分化 2、诱导芽得分化 3、促进侧芽得萌发与生长 4、抑制衰老
(2)培养基得配制 配制培养基前,为了使用方便与用量准确,常
将大量元素、微量元素、铁盐、有机物类与激素 类分别配制成比培养基浓度大若干倍得母液。当 配制培养基时,只需按预先计算好得量吸取母液 稀释即可。
母液应保存在冰箱中备用,保存时间不可过 长,当母液出现沉淀或霉菌团时,则不能使用。
贮备液(母液)得配制: a、方便 b、准确(有些成分量太小)
胞(木质化细胞) > 特化细胞(筛管、导管细胞); 根据细胞所处得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。
脱分化:具有特异结构与功能得细胞转化成没 有特异结构与功能得细胞得过程称为脱分化。(如 根、茎、叶)
再分化:就是指离体培养物可以由脱分化状态 再度分化。包括细胞分化、组织分化与器官分化递 进地进行,最后再生完整植株。
第4章植物细胞工程的基本原理和技术基础
• 定义：植物组织在离体（in vitro)条件下和无菌 条件下利用人工培养条件培养、生长、发育再生 出完整植株的过程。 • 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，发表的文献浩如烟海，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。
4.有机附加物（如椰乳、酵母提取物、番茄汁、香蕉泥等）， 其作用是提供一些必要的微量营养成分、生理活性物质和 生长激素等。
5.琼脂（是从海藻中提取的一种高分子碳水化合物），其主 要作用是使培养基在常温下凝固，同时不参与代谢。
6.活性炭 加入培养基中的目的主要是利用其吸附能力，减 少一些有害物质的影响，如可以防止酚类物质污染而引起 组织褐化死亡。
MS培养基
组成成分 NH4NO3 KNO3 CaCl2· 2H2O MgSO4· 7H2O KH2PO4 KI H3BO3 MnSO4· 4H2O ZnSO4· 7H2O Na2MoO4· 2H2O CoCl2· 6H2O 数量(mg/l) 1650 1900 440 370 170 0.83 6.2 22.3 8.6 0.25 0.025 组成成分 Na2-EDTA FeSO4· 7H2O CuSO4· 5H2O 蔗糖 pH 肌醇 烟酸 盐酸吡哆醇 甘氨酸 盐酸硫铵等 数量(mg/l) 37.3 27.8 0.025 30 5.8 100.0 0.5 0.5 2.0 0.4
• (2)微量元素混合母液:指小于0.5mmol／L的元素即含除Fe以 外的B、Mn、Cu、Zn、Mo、Cl等盐类的混合溶液，因含量低， 一般配成100倍甚至1000倍，用时每配1000ml取10ml或1ml。 • 配时也要注意顺次溶解后再混合，以免沉淀。 • (3)铁盐母液:铁盐必须单独配制，若同其他无机元素混合配 成母液，易造成沉淀。配成200倍母液，配制1000ml培养基就 取5ml母液。
植物细胞工程原理
植物细胞工程原理植物细胞工程呀，就像是在微观世界里玩一场超级有趣的魔法游戏呢！咱先说说植物细胞工程的基础，那就是植物细胞的全能性。
啥是全能性呢？简单来讲，植物的每个细胞就像是一个潜力无限的小宇宙。
你看啊，一个小小的细胞，它里面藏着能变成一整株植物的所有信息呢，就像一个超级小的魔法盒，里面装着成为一棵大树或者一朵美丽花朵的全部秘密。
比如说，一片叶子上的细胞，理论上它就有本事重新长成一棵完整的植株，这多神奇呀。
就好像每个细胞都在说：“别看我小，我可是有大能耐的哦。
”植物细胞工程里有个很重要的技术叫植物组织培养。
这就像是在细胞的魔法学校里培养小细胞们长大呢。
我们把植物的一部分组织，像茎尖呀、叶片呀或者根尖之类的，切下来放到一个特殊的环境里。
这个环境就像是细胞们的小摇篮，里面有它们需要的营养物质，像糖呀、各种矿物质呀，还有一些特殊的激素。
这些激素就像是魔法药水，能指挥细胞们开始变身。
有时候让细胞不停地分裂，就像一群小细胞在欢快地做乘法，一个变两个，两个变四个，越来越多。
然后呢，这些细胞又会在激素的魔法指挥下开始分化，有的变成根细胞，有的变成叶细胞，慢慢地就长成了一棵小植株。
这整个过程就像是看着一群小小的魔法精灵在一点点地构建出一个美丽的微观花园。
还有植物体细胞杂交技术呢。
这就更有趣啦，就像是给植物细胞们举办一场超级大的联谊派对。
比如说，我们想把一种植物的优良特性和另一种植物的优良特性结合起来。
我们就把这两种植物的体细胞拿出来，让它们靠得很近很近。
然后呢，用一些特殊的方法，就像给它们施了一个融合魔法一样，让这两个来自不同植物的细胞融合成一个新的细胞。
这个新细胞可不得了，它既有这边植物的优点，又有那边植物的长处。
就像创造出了一个植物界的超级英雄细胞。
这个新细胞再经过组织培养的魔法，就有可能长成一个全新的植物，这个植物可能既有A植物的抗病能力，又有B植物的高产特性，简直就是植物界的新希望呢。
植物细胞工程在我们的生活里也有着超级重要的作用哦。
植物细胞工程的基本技术(4)
2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是 什么？
植物激素的种类和比例
2021/2/3
18
3、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光 培养？
在有光时，往往容易形成维管组织，而 不易形成愈伤组织。（但再分化时需要 光，光能使细胞内形成叶绿体、叶绿素， 进行光合作用）
2021/2/3
7
以下不能说明细胞全能性的实验是 C
A.玉米花粉粒培育出植株 B. 转入贮存蛋白基因的向日葵细胞培育出植株 C. 紫色糯性玉米种子培育出植株 D. 核移植获得的组装细胞培育出鲤鲫移核鱼
2021/2/3
8
植物细胞工程的基本技术
2021/2/3
9
1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？ 2、植物组织培养技术的理论基础是什么？
异想天开
2021/2/3
31
小结
植 所采用技术 物 的理论基础 细 胞 工 通常采用的 程 技术手段
植物细胞的全能性 植物组织培养 植物体细胞杂交
2021/2/3
32
专题2 细胞工程
2021/2/3
1
2021/2/3
2
概念：
应用的原理和方法 研究的水平 研究的目的
细胞生物学和 分子生物学
细胞水平或细 胞器水平
按照人们的意愿来改 变细胞内的遗传物质 或获得细胞产品
2021/2/3
3
细胞工程与基因工程相比：
前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术 , 后者是分子水平上的生物技术。
21
2021/2/3
22
二、植物体细胞杂交技术：
这幅番茄—马铃薯图利用传统 有性杂交方法能实现吗？为什 么？
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第四章植物细胞工程的基本原理和
技术基础
§1.植物细胞工程的基本原理
§2.植物细胞和组织培养所需要的营养和环境条件
§3.外植体的选择和消毒
§4.外植体的切取和培养
§4.1植物细胞工程的基本原理
一.植物细胞的全能性
二.植物激素的调控作用
4.1.1植物细胞的全能性
植物组织培养
植物细胞工程常用的技术是
植物体细胞杂交
植物细胞工程的理论基础是：
套遗传物质及发育为完整个体所必需的全部基因。
细胞的全能性
体细胞的全能性比生殖细胞低得多。
选择性地表达而形成不同器官，因此，要实现细胞的全能性，首先必须使生物体的细胞处于离体状态。
于离体状态时，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。
植物组织培养的概念
植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制伤组织、丛生芽，最终形成完整的植株。
植物体植物组织培养的条件：
植物组织培养的过程
离体的植物器官、组织或细胞
脱分化（又叫去分化）
愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡
化的呈无定形状态的薄壁细胞）
再分化
根或芽等器官
适宜的养料和激素，适宜的
温度和无菌条件
胡萝卜愈伤组织诱导结果
胡萝卜愈伤组织诱导结果
厚壁组织。
脱分化：一个已经停止分裂繁荣成熟细胞转变为分生状态，并形成未分化的细胞团或愈伤组织的现象。
再分化：原以分化的细胞经过脱分化后再次分化的现象，最终可进一步形成完整的小植株。
离体培养中细胞的脱分化（Dedifferentiation）脱分化
外植体―→愈伤组织或↗体细胞胚↘完整植株
脱分化细胞↘不定器官↗
直接伸长
茎尖培养（较大时）――→完整植株
发育
幼胚培养（较大时）――→完整植株
4.1.2植物激素的调控作用
生长素：启动细胞的分裂，在细胞的脱分化、形成愈伤组织的过程中必不可少。
如IAA、NAA、IBA、2,4-D。
细胞分裂素：促进细胞分裂和芽的形成，如KT、6-BA、Zt。
4.2植物细胞和组织培养所需的营养和
环境条件
一、培养基的组成和配制
二、影响植物组织培养的环境条件
4.2.1培养基的组成和配制
●培养基的基本成分
●培养基的种类和配制
●培养基的基本成分
⑴无机成分：大量元素和微量元素
⑵碳源：如蔗糖
⑶维生素：如肌醇
⑷植物生长物质：生长素和细胞分裂素
⑸有机附加物
一、培养基的成分及其作用
（一）无机营养物质
培养的植物组织、器官、细胞或者原生质体需要连续的供给某些无机化学物质，除了C、H、O之外，需要量比较多的元素叫大量元素，需要量比较少的元素叫微量元素。
大量元素培养基的大量元素使用量一般在每
升几十至几千毫克。
大量元素包括
N,P,K,Ca,
Mg,S。
培养基中加入量最多的是N，N一般以硝酸盐或氨盐，或者两者结合的盐提供。
微量元素微量元素的用量一般每升不高于几十毫克。
植物所需的微量元素有Fe、Cu、Zn、B、Mo、Mn、Co、Cl
化学药品常带有微量元素杂质，因此要注意微量元
素的用量不能过多，多会引起生长抑制等毒害现象。
（二）有机化合物
有机物质包括维生素类物质、氨基酸类物质、糖类物质和一些其它的有机添加物。
1、维生素类物质
维生素类物质在酶系统中有催化功能。
硫胺素（VB1）与愈伤组织的产生和生活力有
关，可能是所有植物组织培养初期需要的维生素，而盐酸吡哆醇（VB6）促进根的生长，烟酸（VB3，又称维生素PP）促进胚的发育。
有的配
方中还使用了泛酸钙（VB5）、生物素（VH）、钴胺素（VB12）、叶酸（VBc），Vc等。
2、AA类物质
绝大多数AA适量时对培养效果都有正象效应。
常用的有Gly（甘氨酸）、Asn（天冬酰胺）、Gln （谷氨酰胺）。
在植物组织培养中，有时也用水解乳蛋白和水解酪蛋白。
3、糖类
糖在培养基的作用：
1）、为细胞提供合成新物质的碳骨架
2）、为细胞的呼吸代谢提供底物和能量
3）、维持渗透压
蔗糖是广泛应用的一种碳源。
葡萄糖和麦芽糖也是常用的碳源。
4、其它有机物质
1）肌醇（环己六醇）
肌醇可以形成果胶物质，是细胞壁的构建物质另外还可以形成植酸，与阳离子结合或形成磷脂，参与细胞膜的组成，利于胚和芽的形成。
2）天然有机物
一些天然的有机物如椰乳、番茄提取物、酵母提取物、马铃薯煮汁也常用于植物组织培养，并表现出了良好的促进作用。
（三）植物生长调节物质
植物激素是在植物体内合成的，对植物生长发育有显著调节作用的微量有机物，而植物生长调节剂是外源的调节植物生长发育的物质。
无机元素和有机营养构成的培养基仅保证培养物的生存与最低生理活动，只有加入植物生长调节物质，才能诱导细胞分裂、脱分化和再分化。
1、生长素类：
1）吲哚类：IAA（吲哚乙酸）、IBA（吲哚丁酸）、IPA（吲哚丙酸）
2）萘酸类：NAA（萘乙酸）
3）苯氧羧酸类：2,4-D（2,4-二氯苯氧乙酸）、
2,4,5-T（2,4,5-三氯苯氧乙酸）、2,4,5-T P （2,4,5-三氯苯氧丙酸）等。
其中吲哚乙酸在植物体内普遍存在，是生理活性最
强的生长素。
生长素的生理作用
1、促进细胞生长和细胞分裂；
2、诱导受伤组织表面细胞恢复分裂能力；
3、形成愈伤组织，促进生根；
4、与一定量的细胞分裂素配合共同诱导不定芽的分化、侧芽的萌发与生长、胚状体的诱导。
A B C
A：NAA0mg/L，芽（少），根（无）
B：NAA0.1mg/L，芽（少），根（无），愈伤组织（少量）C：NAA 5.0mg/L，芽（少），根（多），愈伤组织（一定量）
2、细胞分裂素
是一类腺嘌呤衍生物。
主要有激动素（6-糖基氨基嘌呤，KT）、6-苄基氨基嘌呤（6-BA）和玉
米素（ZT）等。
其中最常用的是6-苄基氨基嘌呤。
功能：
1、促进细胞的分裂和分化；
2、诱导芽的分化；
3、促进侧芽的萌发和生长；
4、抑制衰老。
A B
A：BA(0mg/L)，芽（减少），根（增多）愈伤组织（一定量）B：BA(0.1mg/L)，芽（适量），根（适量）愈伤组织（一定量）
控制植物细胞分化
分裂素/生长素的比例是控制芽和根形成的一个重要条件
比例高时——产生芽,比例低时——产生根
3、赤霉素（GA3）
生理作用：
1、诱导茎的细胞伸长，对矮生型植物恢复成高生型特别有效，对根无效；
2、对形成层的细胞分化有影响，往往同生长素有协同作用。
IAA/GA比值高有利于木质部的分化，比
值低有利于韧皮部的分化；
3、破除种子、鳞茎、块茎休眠，使之提前萌发；
4、对生长素和细胞分裂素的活性有增效作用。
注：不耐热，应采用过滤灭菌加入
4、脱落酸（ABA）
生理作用：
1、抑制蛋白质的合成；
2、抵消和抑制生长素、细胞分裂素、GA的作用；
3、诱导休眠、促进衰老和脱落。
以上四种生长调节物质，前两类用的多，后两类只是补充，对某些植物有利、对某些植物不仅没有利，还有害，实际工作中要具体分析。
生长调节物质在生物体内存在甚微，浓度很低，一般用ppm表示
1ppm=1mg/L
●培养基的种类和配制
⑴培养基的种类：见表4-1（MS、B
5、N
6
）。
⑵培养基的配制
培养基的配方及培养基的选择
一、培养基的种类（根据无机盐的浓度）：
1、高无机盐含量培养基
钾盐、铵盐及硝酸盐含量较高，微量元素种类齐全，比例适当，离子平衡性好，具有较强的缓冲性，养分数量及比例比较合适，广泛用于植物的器官、花药、细胞及原生质体的培养。
主要有MS、LS、BL、BM、ER培养基。
2、高硝态氮培养基
硝酸钾含量高，氨态氮的含量低，含有较
高的VB1。
主要适合与木本植物、十字花科植物
和单子叶植物的组织和花药培养。
主要有B5、N6、SH培养基。
3、中等无机盐含量培养基
大量元素约为MS培养基的一半，微量元素种类减少，但含量较MS的高，维生素种类比MS多，如增加了生物素、叶酸等。
适合于花药培养，主要有Nitch，NT、H、Miller培养基。
4、低无机盐含量培养基
大量元素含量大幅度降低而且种类减少，有机含量相对也很低。
多数用于生根培养基，主要有White、Heller、WS、HE、HB。
二、根据培养物的培养过程，培养基分为初代培养基和继代培养基。
初代培养基是指用来第一次接种外植体的培养基。
继代培养基是指用来接种继初代培养物的培养基。