植物生物技术

绪论

一、植物生物技术的概念

广义植物生物技术：提高和改良植物产量和品质的所有技术。它主要包括植物组织培养（植物细胞工程）、植物基因工程和分子标记及其辅助育种三大部分。

狭义的植物生物技术：利用植物器官、组织、细胞以及分子水平上的操作，促进植物繁殖、有用物质生产和品种遗传改良的技术。

3、基因工程改良的目标

投入特征

主要是指帮助植物降低成本、提高产量或减少使用防治病虫害以及杂草的各种费用。

研究内容：抗各种虫害的危害；抗各种除草剂；抗病毒、细菌、真菌等各种病害；

忍耐高温、低温、涝害以及高盐胁迫等各种环境胁迫。

产出特征主要是指帮助植物提高品质和增加产量。

附加特征

五、细胞工程的应用

细胞工程的应用（1）——快速繁殖

细胞工程的应用(2) ——脱毒苗的生产

细胞工程的应用（3）——胚培养

细胞工程的应用（4）——单倍体和多倍体的培养

细胞工程在育种上的应用（5）——原生质体培养与体细胞杂交

细胞工程的应用（6）——种质资源的离体保存

细胞工程的应用（7）——次生代谢物的生产

细胞工程的应用（8）——人工种子的生产

第一章植物组织培养实验室的建设和离体操作技术

一．植物组织培养的概述

（一）植物组织培养的几个基本概念

植物组织培养（Plant tissue culture）

通过无菌操作，把植物体的器官、组织、细胞甚至原生质体，接种于人工配制的培养基上，在人工控制的环境条件下进行培养，使之生长、繁殖或长出完整植株的技术和方法。用来培养的材料即外植体通常是离体的，所以又叫植物离体培养(plant in vitro culture)。

外植体 ( Explant )

从活体上切取下来用于培养的那部分组织、器官或细胞。

植物细胞全能性(totipotency)：一个生活细胞具有的产生完整生物个体的潜在能力称之为细胞的全能性（植物组织培养的理论基础）

脱分化(dedifferentiation) ：一个成熟细胞转变为分生状态的过程。

去分化(redifferentiation) ：离体培养的植物组织和细胞形成的处于脱分化状态的细胞（愈伤组织），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植株的过程。

（二）植物组织培养的分类

培养方式

1 . 根据培养方式

固体培养（Solid culture ）

液体培养（Liquid culture ）

液体培养又有液体悬浮培养与静置培养之分。

固液培养（Solid- liquid culture ）

看护培养（ Nurse culture ）

饲喂层培养 (Feeder layer culture)

微室培养 (Microchamber culture)

最常用的是固体培养和液体培养，它们相比，各自的优缺点表现为：

固体培养

优点：通气性较好，若有污染，只污染局部

缺点：使培养材料与培养基接触不充分，有毒物质易积累。

液体培养

优点：有利于培养材料与培养基充分接触且有毒物质不易积累。

缺点：一旦污染，则材料全部污染，且通气性不好。

2 根据培养过程

初代培养(Primary culture)

从活体植株上切取下来进行的第一次培养。

继代培养（Subculture）

经过初代培养的材料，转移到新鲜培养基上进行培养的过程。

3. 根据培养材料(外植体)

组织培养

器官培养

胚胎培养

细胞培养

原生质体培养

二、植物组织培养的培养基

1. 无机营养(Inorganic element)

根据国际植物生理协会的建议：将植物所需元素的浓度以 mmol/L为标准分为大量元素与微量元素。

2.有机化合物

糖是组培材料必不可少的碳源和能源，此外糖类的添加还有调节培养基的渗透压的功能。最常用的碳源是蔗糖，葡萄糖、果糖也是较好的碳源。

3。植物生长调节剂

生长素与细胞分裂素的比例决定着形态分化的方向。

4. 凝固剂、pH和其他成分

第二章植物细胞形态建成

一、愈伤组织的诱导

1、概念

愈伤组织:原指植物组织受到伤害后表面形成的保护组织。

愈伤组织:在组织培养中,是指在培养基上由外植体长出来的一团活跃生长的薄壁细胞。

用途：愈伤组织可以通过液体悬浮培养产生单细胞，也可以在适当的培养条件下再生出完整的植株。

2、诱导

1）. 外植体的选择

①大小要适宜,不宜太小。外植体的组织块要达到2万个细胞（5-10mg）以上才容易成活；

②同一植物不同部位的外植体，其细胞的分化能力、分化条件及分化类型有相当大的差别；通常植物胚与幼龄组织器官比老化组织、器官更容易去分化，产生大量的愈伤组织；

③不同物种相同部位的外植体其分化能力可能大不一样。

理论上讲用于培养的外植体包括根、茎、叶、果实、子房、花粉、花瓣等各种器官或组织。但外植体的选择一般以幼嫩的组织或器官为宜。

2）. 外植体的消毒

3）. 愈伤组织诱导过程

起动期又称为诱导期，是愈伤组织形成的起点。这时在外观上虽然未见明显变化，但实际上细胞内一些大分子代谢动态已发生明显的改变，细胞正积极为下一步分裂进行准备。

分裂期外植体切口边缘开始膨大，外层细胞通过一分为二的方式进行分裂，从而形成一团具有分生组织状态细胞的过程。这时组织细胞代谢十分活跃，发生了一系列生理生化及形态的变化。

形成期是指外植体的细胞经过诱导、分裂形成了具有无序结构的愈伤组织时期。

这个时期特征是细胞大小不再发生变化，愈伤组织表层的分裂逐渐减慢和停止，接着内部组织细胞开始分裂，细胞数目进一步增加。

4）. 愈伤组织的形态特征

质地不同的愈伤组织之间有时是可以互换的，有时则是不可逆的。

不同类型之间的愈伤组织互换主要通过改变激素浓度的方法来实现。培养基中加入高浓度的生长物质，可使坚实的愈伤组织变为松脆；反之，减少或去除生长物质，则使松脆的愈