植物组织培养原理(PPT)

细胞按照分裂能力分为三类:
➢ 第一类是始终保持分裂能力,如茎尖、根尖及形 成层细胞；
➢ 第二类是永久失去分裂能力的终端分化细胞， 如筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞；
➢ 第三类是在通常情况下不分裂，但在受到外界 刺激后可重新启动分裂的细胞。如表皮细胞及 各种薄壁细胞。
一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度， 取决于它在自然部位上所处位置和生理状态。
具有再生能力 的愈伤组织或 悬浮培养细胞
变异
植物干细胞
拟南芥顶端分生 组织中的干细胞
拟南芥根尖分生 组织中的干细胞
植物干细胞
自我 更新
再生 能力
遗传 稳定
干细胞能够很好的展现植物细胞的全能性，因此植 物干细胞的选择和诱导是植物离体培养再生技术体系的 关键环节。
二、植物细胞分化
1、定义：
分化（differentiation）：是指植物体各个部分出现异质性 的现象，体现在细胞分化、组织分化、器官分化三个水平 上。
脱分化诱导期间会导致细胞膜透性改变， 细胞核增大，内质网范围扩大，多核糖体形成， 过氧化物酶增加，蛋白质和酚类物质合成活跃 等。但目前对于脱分化的机理尚未完全阐明。
3、影响脱分化的主要因素
（1）损伤。切割损伤的刺激，促使细胞增殖。 （2）在诱导愈伤组织时常加入生长素类，但同时配合细
胞分裂素的效果可能更好。 （3）弱光或黑暗条件有利于脱分化中的细胞分裂。 （4）细胞位置。外植体本身的各类细胞可能对培养条件
（5）植物生长调节剂有明显调节作用。如生长素与 分裂素比值，高，促进生根；低，促进长芽。
（6）染色体和DNA的变化对细胞分化影响比较大。 如核内多倍体的形成。
（7）生理隔离现象
第二节 离体条件下植物器官发生
➢ 植物的离体器官发生是指培养条件下的组织或
细胞团（愈伤组织）分化形成根、芽、茎等器官的 过程。不定根、不定芽是指在一些非正常发生部位 形成的根或芽，离体培养中通常是指从愈伤组织上 发生的根或芽。
第一节 植物细胞全能性和细胞分化
植物组织培养的核心理论： 植物细胞全能性理论
（Ha能性概述
细胞脱分化
细胞再分化
一、植物细胞的全能性（Totipotency）
➢ 定义：1902年由Haberlandt提出，即植物体细胞在适 当的条件下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整植株 的能力。 20世纪80年代，每一个植物细胞具有该植物的全部遗 传信息，在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传信 息，分化出植物有机体所有不同类型细胞，形成不同 类型的器官甚至胚状体，直至形成完整再生植株。
细胞水平的再分化：愈伤组织生长、不 断分裂，分化出不同的细胞类群。主要 有薄壁细胞、分生细胞、色素细胞、石 细胞、纤维细胞等。
组织水平的再分化：在高水平生长素条件 下，最常见的是微管束（Vascular tissue） 的分化。松散的愈伤组织内含大量拟分生 组织或瘤状结构；致密的愈伤组织内组织 分化很少，大多由高度液泡化的细胞组成。
从 一 个 细 胞 发 育 成 一 个 植 株
➢ 植物细胞全能性的证明是通过1958年 Steward等胡萝卜根段细胞体胚发生试 验及1964年Guha等进行的曼陀罗花药培 养。
➢ 细胞全能性的相对性:
细胞全能性并不意味着任何细胞均可以 直接产生植物;
动植细胞全能性的表现程度存在明显的 差异.
一、脱分化
1、脱分化（Dedifferentiation）：也称去分化，指离 体条件下生长的细胞、组织或器官经过细胞分裂或 不分裂逐渐失去原来的结构和功能而恢复分生状态， 形成无组织结构的细胞团或愈伤组织或不分化细胞 的过程。
如叶柄基部的薄壁细胞成为离层细胞；伤害导致局 部细胞形成愈伤组织。
2、脱分化的机理
细胞分化：指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜 在的发育方式改变的过程。是基因选择性活化或阻遏的结 果。
细胞分化是组织分化和器官分化的基础，是离体培养再分 化和植株再生得以实现的基础。
2、植物细胞分化的某些规律和机理
（1） 细胞分化分为形态结构分化和生理生化分化两类， 生理生化分化在形态结构分化之前。
（2）植物中细胞发育的途径一旦被“决定” （determination），通常不易改变。而离体培养可以通过 脱分化而丧失这种“决定”。
（3）分化与极性（Polarity）关系密切。
（4） 细胞分裂对细胞分化具有重要作用。特定环境 条件下进行的细胞分裂可以导致特定的细胞分化， 由不等分裂形成的分化细胞说明了细胞质在细胞分 化中的作用。
细胞全能性
脱分化
细胞分裂
再分化
个体再生
细胞全能性的表达是通过细胞脱分化和再分化实现的， 在大多数情况下，脱分化是细胞全能性表达的前提， 再分化是细胞全能性表达的最终体现。
植物干细胞：存在于植物顶端分生组织（茎尖和根尖分 生组织）的原始细胞团，也存在于形成层等各种次生分生 组织中；植物离体胚性细胞定义为植物全能性干细胞。
植物组织培养原理
细胞全能性和细胞分化 离体条件下器官发生 体细胞胚胎发生
影响植物离体形态发生的因素
知识点:
➢ 基本概念：植物细胞全能性、细胞分化、 脱分化、再分化
➢ 植物离体培养中再生植株有哪些途径？ ➢ 愈伤组织是如何形成与生长的？ ➢ 植物体细胞胚胎发生有哪些途径？ ➢ 影响植物离体形态发生的因素有哪些？
的刺激有不同的敏感性。 （5）外植体的生理状态。不同生理年龄和不同季节都会
有不同的培养反应。 （6）植物种类的差异。 一般双子叶植物比单子叶植物
及裸子植物容易。
二、再分化 组织培养中的再分化包括下面4个水平：
细胞水平的再分化 组织水平的再分化 器官水平的再分化（器官发生） 植株水平的分化（植株再生）
➢ 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>厚壁细胞（木 质化细胞）>特化细胞（筛管、导管细胞）
➢ 根据细胞所处的组织不同从强到弱：
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>辅导组织>厚壁 组织
植物细胞全能性理论是植物组织培养的核 心理论。离体细胞具有生命的特征属性，在全 能性的基础上，提供合适的营养和环境条件， 离体细胞经历脱分化（dedifferentiation）和再 分化（redifferentiation）过程，可形成再生植 物。