植物组织培养

1979年，Marton提出了利用植物原生质体和土壤农杆菌共培养的方 法进行转化。 1981年，Larkin和Scowcroft引入“体细胞无性系变异（Somaclonal variation）”这一术语。 1982年，Krens等的工作证明，原生质体可以摄入裸露的DNA，表明 可以用外源DNA对原生质体进行遗传转化。 1982年，Zimmermann利用电刺激进行原生质体融合。 1985年，Horsch等用土壤农杆菌对叶盘进行感染和转化，并得到再 生的转化植株。
（2）半液半固体培养(Semisolid Culture)：固液双 层。 （3）液体培养(Liquid Culture)：震荡、旋转或静置 培养。
固体培养：
液体培养
三、植物组织培养技术的理论基础
植物细胞的全能性(Plant cellular totipotency） 从理论上讲，植物体的每个生活细胞都具有 该植物体的全部遗传信息，在特定的离体培养条 件下，具有发育成完整植株的潜在能力。
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。
植物胚胎发生理论研究
生长发育特性研究
1893年，Schwann和Scheiden提出细胞学说及植物细胞全能性理论。 • 1902年，德国植物生理学家Haberlandt第一次尝试采用植物组织培养 技术对小野芝麻、风眼兰叶肉组织及万年青属植物的表皮细胞进行培养， 但未能培养成活。 • 1904年，Hanning首次对十字花科的萝卜和辣根的胚培养成功。 • 1922年，Knudson将兰花种子在离体的条件下非共生萌发。同年， Knotte和Robbins对离体根尖进行了培养。Robbins还对豌豆、玉米及棉花 的茎尖进行了培养，只形成一些缺绿的叶和根。 • 1925年，Laibach利用胚培养技术对亚麻的种间杂种胚进行了培养， 并于1929年利用亚麻的胚培养来克服杂交不亲和性。
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、
3、植物组织培养技术的发展（1960年以后）
1960年，Morel利用兰花茎尖培养对兰花进行营养繁殖； 1962年，Murashige和Skoog开发出最著名的Murashige和Skoog培养 基（MS基本培养基），并被后来广泛采用的基本培养基。 1964年，印度人Guha和Maheshwari利用曼陀罗花粉培养获得第一例 单倍体植株。从而开辟了单倍体育种技术。 1971年，Takebe等获得第一例原生质体培养的再生植株。
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、植物组织培养技术的初步形成（1930-1960年）
1933年，我国植物生理学家李继侗培养银杏胚胎，并发现银杏胚乳提取 液可促进离体胚的生长。 1937年，White发现B族维生素对离体根培养的重要性。并指出IAA对植 物生长发育的控制起重要作用。 1937,1938年，Gantheret在培养基中加入上述生长因子，使得柳树形成层 诱导形成的愈伤组织连续生长。Nobecomt对烟草种间杂种茎段的形成层细 胞培养也得到了类似的结果。 1948年，Skoog等通过对烟草茎段和髓培养发现，不定芽和不定根的发生 由生长素/腺嘌呤的比例决定。 1950年，Ball从红杉愈伤组织培养中再生获得器官。
1952年，Morel和Martin通过分生组织培养获得大丽花的脱毒植株，同 年，首次应用微型嫁接技术。
1953年，Tuleche首次从花粉培养中获得银杏的单倍体愈伤组织。 1955年，Miller等发现了一种促进细胞分裂的植物激素—激动素，后来 发现激动素可用来代替腺嘌呤促进芽的形成，而且其效力比后者高3万 倍。 1957年，Skoog和Miller发现改变细胞分裂素/生长素比例，可以控制根 和芽的发生。 1958年，Maheshwari和Rangaswamy从柑橘胚珠的珠心组织培养中再生 获得体细胞胚；同年，Reinert 和Steward分别从胡萝卜的愈伤组织和细 胞培养中再生得到原胚，为以后的组织培养中器官发生和体细胞胚胎发 生奠定了基础，也为植物细胞全能性理论提供了证据。
人工种子（Artificial seed，Synthetic
Seed）：是指植物离体培养产生的胚状体或不 定芽被包裹在含有营养和保护功能的人工胚乳 和人工种皮中，从而形成能发芽出苗的颗粒体。 作为繁殖材料。
3、根据培养基的类型分为:
（1）固体培养（Solid culture）: 琼脂、卡拉胶等 固化。
甘蔗、马铃薯、大蒜等。
virusfree tissue
茎尖培养脱毒
脱毒马铃薯种薯生物反应器液体培养
2、用于植物遗传育种 包括种质资源离体保存；花粉花药培养产 生单倍体；胚乳培养产生三倍体；胚培养拯救 杂种胚克服远缘杂交障碍；原生质体培养进行 体细胞杂交；植物体细胞无性系变异诱导和筛 选；用于植物基因转移操作等。
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。
植物组织培养
——得到完整植株的途径
一、植物组织培养的概念
• 植物组织培养：
是指在无菌条件下利用人工培养基对离体的植物器官、 组织、细胞、原生质体等进行的培养。
外植体（explant）：由活体植物体上切取下来的，用于
组织培养的各种接种材料。包括各种器官、组织、细胞或 原生质体等。
愈伤组织（callus）：原指植物受伤后在伤口表面形成
的一团薄壁细胞；在组织培养中，是指在人工培养基上由 外植体形成的一团无序生长的具有旺盛分裂能力的薄壁细 胞。
二、植物组织培养的类型 按培养材料分为：
愈伤组织培养 器 官 培 养
最为常见的组织培养 胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、叶 花和幼果的部分组织的培养 游离单细胞培养
悬浮细胞培养
细胞团培养
茎尖分生组织培养 原生质体培养
器官发生途径
外植体
脱分化 愈伤组织 再分化
不定芽
不定根 再生植株
直接器官发生
间接器官发生
通过器官发生形成再生植株大体上有三种方式:
• 第一种方式是先芽后根; • 第二种方式为先根后芽; • 第三种方式是在愈伤组织的不同部位形成 芽和根，再通过维管组织的联系形成完整 植株。
2.体细胞胚胎发生途径（胚状体发生途径）：
是指在愈伤组织中产生出一些与种子中的胚相似的结 构，即同时形成一个有苗端和根端的双极性结构，而发育 成再生植株的途径。
魔芋胚状体
胚状体发生途径
脱分化
外植体
愈伤组织
再分化
胚状体
再生植株
愈伤组织器官发生途径
小 麦
植物组织培养再生植株的途径
四、植物组织培养技术的发展历史
• • • 1、 早期探索阶段 （1930年以前）