第二章 植物细胞工程的理论基础
教学植物细胞工程的理论基础
4.温度 ▪ 愈伤组织诱导培养时，温度可以适当提高，
而分化温度比诱导温度要低。
▪ 与光周期相似，某些需要通过低温春化的
植物，在离体培养中器官形成有时也需要 低温处理
精选ppt
第三节 离体培养下的遗传与变异 第二章植物细胞工程的理论基础 第三节 离体培养下的遗传与变异
一、培养细胞变异的类型 二、变异原因 三、影响培养细胞遗传变异的因子 四、体细胞无性系变异的诱导 五、优良变异的筛选方法 六、体细胞无性系变异的利用 七、变异的抑制
2％
第二章植物细胞工程的理论基础
第一节 细胞分化与细胞全能性
2.5～3.5% 4％
数量很 少的木 质部
木质部 形成， 韧皮部 不能形 成
木质部 和韧皮 部都能 形成
韧皮部 形成， 木质部 不能形 成
精选ppt
三、细胞分化
2.影响细胞分化 的因素：
c.光照 光照对于维
管组织的分化具 有促进作用 d.温度
精选ppt
二、器官分化的过程
第二章植物细胞工程的理论基础 第二节 器官发生
一般认为，芽和茎原基通常起源 于培养组织中比较表层的细胞，即外 起源，而根原基则发生在组织较深处， 是内起源。
精选ppt
三、影响器官分化的因素
第二章植物细胞工程的理论基础 第二节 器官发生
1.外植体—— 位置、状态及组织类型
接种外植体数量 产生不定芽数
9
0
9
0
9
26
9
52
9
18
9
0
9
0
精选ppt
茎盘平均产芽数 0 0
2.89 5.78 2.00
0 0
三、影响器官分化的因素
新教材高中生物第2章细胞工程第1节植物细胞工程教师用书苏教版选择性必修3
第一节植物细胞工程课标内容要求核心素养对接1.阐明植物组织培养技术是利用细胞全能性,在无菌条件下,将离体的植物器官、组织、细胞或原生质体等,在培养基上培养,使其发育成部分或完整植株的技术。
2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成为杂种细胞,继而培育成新植物体的技术。
生命观念：通过植物组织培养技术理解细胞的全能性及原因。
科学思维：理解植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理,以流程图形式表示植物组织培养和植物细胞杂交的过程。
科学探究：尝试探究植物生长素和细胞分裂素的使用顺序及比例对植物组织培养的影响。
一、植物组织培养技术1．概念：利用细胞全能性,在无菌条件下,将离体的植物器官、组织、细胞或原生质体等,在培养基上培养,使其发育成部分或完整植株的技术。
2．具体步骤选材：外植体：用于植物组织培养的材料如离体的植物器官、组织、细胞或原生质体。
植物的茎尖、根尖、幼嫩的叶片、花药是植物组织培养中常用的外植体。
↓消毒：用消毒剂除去外植体表面的微生物,消毒后的外植体需要用无菌水充分冲洗,以避免消毒剂对外植体的生长、分化过程产生不良影响。
↓接种：无菌条件下,将外植体置于适宜的培养基上的操作。
接种用的培养基一般都要含有适量的水分、无机盐、碳源、氮源、维生素以及植物激素等。
↓诱导脱分化：将已有特定结构和功能的植物组织,在一定条件下,诱导其细胞改变发育途径,逐步失去原有的分化状态,转变为具有分生能力的细胞的过程。
脱分化后形成愈伤组织。
↓诱导再分化：愈伤组织生长一段时间后,将其转移到新的培养基上继续培养,经诱导分化,形成芽和根等器官,或进一步发育成完整植株,也可以诱导形成胚状体。
↓炼苗移植：使分化形成的幼小植株逐渐适应自然环境,保证幼苗移植到大田能顺利成活。
二、植物体细胞杂交技术1．概念：将自发或人工融合的杂种细胞培育成新品种植物体的技术。
2．环节原生质体的制备：酶解法(纤维素酶和果胶酶)去除细胞壁→低速离心分离提纯↓原生质体融合的诱导：化学融合法[聚乙二醇法(PEG)]和物理融合法(电融合法) ↓杂种细胞筛选和培养：两两融合有AA、BB、AB三种类型；融合成功的标志：再生出细胞壁↓杂种细胞脱分化和再分化：技术是植物组织培养,原理是植物细胞的全能性↓杂种植株的再生和鉴定3．应用实例白菜—甘蓝、萝卜和甘蓝、烟草和番茄、马铃薯和番茄、水稻和稻稗。
2019新人教版高中生物选择性必修三第二章重点知识点归纳总结(细胞工程)
第二章细胞工程第一节植物细胞工程细胞工程：细胞工程是指应用细胞生物学、分子生和生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性生物工程。
1.原理和方法：细胞生物学和分子生物学。
2.操作水平：细水平或细胞器水平。
3.目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品一、植物细胞工程的基本技术1.细胞的全能性：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的_ 潜能，即细胞具有全能性。
2.细胞具有全能性的原因(物质基础)生物体的细胞中都含有该物种的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所需的全部遗传信息1.生物体生长发育过程中细胞不表现全能性的原因(不离体的细胞无法表现出全能性的原因) 在特定的时间时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达2.全能性大小比较(1)受精卵、体细胞、生殖细胞受精卵〉生殖细胞＞体细胞(2)分化程度高的细胞、分化程度低的细胞分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞(3)分裂能力强的细胞、分裂能力弱的细胞分裂能力强的细胞〉分裂能力弱的细胞(4)植物细胞、动物细胞植物细胞＞动物细胞(5)幼嫩的细胞、衰老的细胞幼嫩的细胞〉衰老的细胞(一)植物组织培养技术1.概念：植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞(称为外植体)等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成整植株的技术。
2,原理：植物细胞的全能性3.生殖方式：无性生殖4.分裂方式：有丝分裂5.过程：|外植体|―—化|愈伤组织|—2|胚状体或丛芽|—育-［植株脱分化：在一定的—激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过程。
再分化：愈彳^组织能重新分化成芽、根等器官的过程。
探究.实践：菊花的组织培养(1)原理口植物细胞一般具有全能性；口在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化和再分化,形成胚状体长出—芽和根_,进而发育成_完整的植株_；口植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，它们的浓度_、比等都会影响植物细胞的发育方向。
植物细胞工程的理论基础
三.影响器官分化的因素
1.外植体位置、状态及组织类型（芦荟、小麦）
外植体的状态和组织类型影响诱导和分化的难易； 外植体的部位直接影响器官分化的类型。 例如：芦荟
植物细胞工程的理论基础
植物细胞工程的理论基础
植物细胞工程的理论基础
具有变态器官（如鳞茎、球茎、块茎等）的植物， 在培养中往往也容易形成相应的变态器官，如百 合、水仙等鳞茎类植物培养中往往易形成小鳞茎； 草石蚕、马铃薯等块茎植物培养中则可观察到块 茎的形成。这一特性也使以变态器官为繁殖体的 植物实现实验室工厂化生产种子提供了可能。
植物细胞工程的理论基础
天竺葵
植物细胞工程的理论基础
4.温度
愈伤组织诱导培养时，温度可以适当提高，而分 化温度比诱导温度要低。
例如烟草，愈伤组织生长时33℃仍可良好生长，而分化则 必需在18℃条件下才适宜。
与光周期相似，某些需要通过低温春化的植物，在离体培 养中器官形成有时也需要低温处理，特别是对于某些特 殊目的的培养，例如菊苣根培养产生的愈伤组织，诱导 分化时经低温处理可形成花芽，而在25℃下培养只能形 成营养芽。
植物细胞工程的理论基础
菊苣根
植物细胞工程的理论基础
§3.离体培养下的遗传与变异
一、培养细胞变异的类型 二、变异原因 三.影响离体培养细胞遗传变异的因子 四.体细胞无性系变异的诱导 五、优良变异的筛选方法 六.体细胞无性系变异的利用 七、变异的抑制
植物细胞工程的理论基础
一、培养细胞变异的类型
植物细胞工程的理论基础
不定根：从茎、叶上生出的根叫做不定根 不定芽：不是从叶腋或枝顶发出，而是从叶子、 根上或从树干上发出的芽
植物细胞工程的理论基础
植物细胞工程Plant Cell Engineering
植物细胞工程Plant Cell Engineering 绪论植物细胞工程的概念与内容植物细胞工程的理论基础植物细胞工程的发展历史植物细胞工程的应用教学重点：植物细胞工程的理论基础植物细胞工程的概念与内容概念：应用植物细胞生物学和分子生物学的理论和技术，在细胞水平上离体培养或遗传操作，以达到快速繁殖、改良品种或生产更多更好的植物产品的工程学科。
内容：组织培养tissue culture；器官培养organ culture 细胞培养cell culture胚胎培养embryo culture 原生质体培养protoplast culture细胞融合cell fusion染色体工程chromosome engineering ……请问：19世纪的三大发现是什么？能量守恒和转化定律；生物进化论；细胞学说提问：细胞学说的基本论点是什么？细胞是生物结构、功能和发育的基本单位。
植物细胞工程的理论基础细胞全能性；细胞分化、脱分化和再分化；植物胚状体植物细胞全能性：每个植物细胞都具有该植物的全部遗传信息，在合适的培养条件下有发育成完整的植物个体的能力。
P.R.White（1943）正式提出植物细胞具全能性学说（plant cell totipotency theory）。
F.C.Steward（1958）悬浮培养胡萝卜细胞并成功再生成植株，首次证实植物细胞全能性。
图绪-1 植物细胞全能性的实现什么叫分化？什么叫脱分化，植物细胞脱分化后形成什么组织？什么叫再分化，发生再分化需要什么条件？合子经分裂产生的细胞群形成各种植物组织、器官的过程称为分化（differentiation）。
合子的分化过程同时出现极性变化，形成胚。
尽管植株的每个细胞具全能性，但受所在环境的约束而相对稳定，执行各自的功能。
各种植物组织、器官的细胞失去原有的形态结构和功能,重新具有分裂和高度分化能力的过程称为脱分化（dedifferentiation）。
植物细胞工程(1)
细胞工程的概念
细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的 原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操 作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或 获得细胞产品的一门综合科学技术。
细胞工程
植物细胞工程 动物细胞工程
植物细胞工程
植物组织培养
植物体细胞杂交
植物组织培养 植物细胞工程常用的技术 植物体细胞杂交
生 出 细 胞 壁
分 化
愈 伤 组 织
再 分 化
杂 种 植 株
植物细胞B
促进融合 的方法？
A
(1)
(2) (1) (3)
标志
(4)
B
(5)
问题：为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植 株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄 地下结马铃薯？ 主要原因：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，所以杂 交植株不能地上长番茄地下结马铃薯。
3.影响植物组织培养的因素有哪些？
营养成分：大量元素、微量元素、有机物 （氨基酸、维生素、蔗糖等）、水
激素：细胞分裂素和生长素。两者用量的比例影响
植物细胞的发育方向。
生长素/细胞分裂素:比值高时，有利于根的分化； 生长素/细胞分裂素:比值低时，有利于芽的分化； 生长素/细胞分裂素:比值适中，促进愈伤组织的形成。
光照：脱分化无光、再分化需光
二、植物体细胞杂交
概念：将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成
杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。
1、要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起， 遇到的第一个障碍是什么？ 如何温和的消除这一 障碍？ 细胞壁
植物细胞工程
• 优点： • 明显缩短了育种年限 • 后裔稳定遗传
突变体旳利用
• 利用组织培养时，分裂状态旳细胞易受 培养条件和外界压力（如射线，化学物 质等）旳影响而产生突变旳原理，诱导 并筛选出对人类有用旳突变体。
细胞产物旳工厂化生产
问题
• 自然界中有一种具有叶绿体旳原生动物──眼 虫，阐明植物旳细胞器一样能够在某些动物细 胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间 能够实现杂交吗？假如理论上可行，请设计出 详细试验方案。
异想天开
植物细胞工程旳实际应用
• 繁殖植物旳新途径
• 微型育种 • 作物脱毒 • 人工种子
• 育种新措施
植物体细胞杂交过程
植物细胞A
去掉细胞壁
原生质体A
植物细胞B
去掉细胞壁
原生质体B
原生质体融合
杂合旳原生质体
再生出细胞壁
杂种细胞
细胞分裂
愈伤组织
分化发育
杂种植株
植物体细胞杂交过程
原生质体制备（酶解法去细胞壁）
原生质体融合（人工诱导纤）维素酶、果胶酶等
杂种细胞旳筛选和培养（形成愈伤组织）
物理法：离心、振动、电刺激等 杂种植株旳化再学生与法鉴：定聚乙二醇等试剂
在生物旳个体发育中，因为基因在特定时间和空间 下选择性地体现而形成不同器官，所以，要实现细胞旳 全能性，首先必须使生物体旳细胞处于离体状态。
当植物细胞脱离了原来所在植物体旳器官或组织而处 于离体状态时，在一定旳营养物质、激素和其他外界条件 旳作用下，就可能体现出全能性，发育成完整旳植株。
植物组织培养旳概念
有关问题
（1）要想让两个来自不同植物旳体细胞融合 在一起，遇到旳第一种障碍是什么？
高中生物植物细胞工程-PPT精选文档
4、潜在全能性的原因： 基因表达的选择性
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。
植物组织培养的过程
4、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。
5、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养 技术的流程图，并与同学交流。
切取 形成层 移栽
无菌 接种
脱分化
诱导愈伤组织 的形成 再分化
培养室
试管苗的形成
植物体细胞杂交的概念
将不同种植物的体细胞， 在一定条件下融合成杂种细胞， 并把杂种细胞培育成新的植物 体的技术。 （不同种生物之间 存在着生殖隔离，所以用传统 的有性杂交方法是不可能做到 这一点的）
问题
自然界中有一种含有叶绿体的原生动物──眼 虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细 胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间 可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出 具体实验方案。
异想天开
植物细胞工程的实际应用
繁殖植物的新途径
微型育种 作物脱毒 人工种子
育种新方法
单倍体育种 诱导突变体
细胞产物的工厂化生产
专题2
细胞工程
细胞工程的概念
细胞工程是指应用细胞生物 学和分子生物学的原理和方法， 通过细胞水平或细胞器水平上的 操作，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 的一门综合科学技术。
细胞工程
植物细胞工程 动物细胞工程
植物细胞工程的基本技术和理论基础
第2章 细胞工程 期末复习知识点总结【新教材】人教版高中生物选择性必修三
第2章细胞工程植物细胞工程1、植物细胞工程的理论基础（原理）：细胞的全能性，即，具有某种生命全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。
这也是为什么植物的一瓣花瓣就可培育出完整的植株的原因。
理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力。
但是，在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。
这是因为，在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。
全能性表达的难易程度：受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞2、植物细胞工程的基本技术：植物组织培养技术3、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）过程：离体的植物器官、组织或细胞―――→愈伤组织―――→试管苗――→植物体（3）用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。
A、植物繁殖的新途径：◆微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖◆作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有）◆人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。
优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输B、作物新品种培育◆单倍体育种：●a过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四种类型）；对花粉进行花药离体培养（技术是植物组织培养）；得到单倍体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型）。
●b优点：明显缩短育种年限◆突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体）◆细胞产物的生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的细胞产物。
植物细胞工程常用的技术和理论基础
澳洲朱焦
租摆效果
澳洲朱焦穴盘苗
细胞工程
指应用细胞生物学和分子生物学的原理和
方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平 或细胞器水平上，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的一门综合科学 技术。
细胞生物学和分
应用的原理和方法 子生物学
研究的水平 研究的目的
细胞整体水平 或细胞器水平
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、
适宜的温度、湿度、光照等 • 2）培养基（一定的营养物质，激素）
植物组织培养
植物组织培养的培养基
无机营养成分：无机盐离子 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
(2)脱分化培养愈伤组织时要避光(如果此时进 行光照，容易分化产生维管等组织，不利于 产生大量的愈伤组织)，但再分化过程要有光 照，这样有利于诱导形成叶绿素。
植物组织培养（试管苗的形成）
试管苗大规模培养
经过炼 苗的小 苗，可 以和一 般植物 一样进 行大规 模栽培
移栽
植物组织培养的概念：
• 在无菌和人工控制的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，给予一定的培养条件，诱导产生 愈伤组织和胚状体，最终形成完整的植株。
能力训练：
植物细胞工程 常用 的技术和理论基础
植物组织培养 植物体细胞杂交
• 植物细胞工程的理论基础是：植物细胞的 全能性。
• 全能性：是指具有某种生物全部遗传信息 的任何一个细胞，都具有发育成完整个体 的潜能。
2 植物细胞工程的理论基础
①先形成芽，后在芽基部长根； ②先形成根，后在根基部生芽； ③分别形成芽和根，然后产生输导组织连接； ④仅形成根或芽。
再分化的影响因素
理论上所有的细胞都可再生植株，但目前 还做不到，主要原因： ①不同植物种类再分化的能力差异很大； ②对某些植物的植株再生条件还没有完 全掌握。
四.愈伤组织培养
定义：脱分化后的细胞，经过细胞分裂，产生无
三、培养基
1.植物营养
铵态氮、钾离子和高糖原利于胚状体形成； 无机磷促进器官发生； 不加还原态氮利于生根； 碳水化合物的种类及浓度对体胚发育有重
要作用；
其他如AA、天然复合物
2.植物生长调节剂（最关键）
生长素类：促进生长、生根；与CTK搭配诱导不
定芽及侧芽萌发。2，4-D
2.体细胞胚胎的发生方式
直接发生途径：
不经过愈伤组织 间接发生途径： 经过愈伤组织
3.体细胞胚胎的发生过程
一般体细胞胚的发生需经5个阶段：
胚性愈伤组织的诱导、 体细胞胚胎诱导、 体细胞胚胎早期分化发育、 体细胞胚胎成熟、 体细胞胚胎萌发和成苗
4.体细胞胚胎的起源
• 绝大多数体细胞胚胎起源于单
外植体的部位（形态结构）
近轴面﹥远轴面
不同季节来源的外植体
外植体的生长环境也影响外植体的生理状态
3.培养时间和细胞倍性 • 培养时间过长、继代次数过多，会降低
形态发生能力 • 细胞倍性也影响形态发生能力。 • 花粉单倍体培养和花药壁二倍体培养对 渗透压要求不同。 单倍体 高渗透压 二倍体细胞
植物细胞全能性表现：
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。
植物细胞工程
植物细胞＞动物细胞
具有持续分裂能力的细胞＞不分裂的细胞 分化程度低得细胞＞分化程度高的细胞
思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成
为不同的组织、器官？
基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的 不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白 质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。
讨论：
1、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要 求无菌操作？ 细菌繁殖快，会和培养物争夺营养，并产生有害物质
2、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？
形成层分裂能力强，容易诱导形成愈伤组织。也能 3、培养基的成分有哪些？ 植物生长发育所需的营养成分、比例合适的激素 4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？ 避光利于愈伤组织的形成，再分化则要光照 5、为什么培养一段时间又要移到有光的地方培养？ 试管苗叶子叶绿素的合成需要光，光合作用需要光。 6、植物组织培养的条件是什么？ 细胞离体、 适宜的养料和激素（生长素、细胞分裂素），适宜的 温度、PH、空气、适时光照和无菌条件
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。
植物组织培养的过程
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
脱分化（又叫去分化） 构和功能而转化成未分化的细胞的过程
结构：
人工薄膜+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）
优点：
不受气候、季节、地域的限制 保留优良性状 时间短，占地少
技术：
组织培养
原理：
细胞全能性
养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌 生长调节剂
植物细胞工程基本原理
胚性愈伤组织 悬浮培养的
愈
胚性细胞团
伤
组
织
成
熟
子
叶
胚
球形胚形成
影响体细胞胚发生的因素
1.生长调节物质
(1)生长素类: (例）在离体条件下胡萝卜体细胞胚的发育是 一个包括两个步骤的过程,每个步骤需要一种 不同的培养基。
愈伤组织的建立和增殖所需要的是一种含有生长素的培养 基，通常所用的生长素是2,4-D,浓度范围0.5～1mg/L。 在这样一种培养上,愈伤组织的若干部位分化形成分生细 胞团,称作“胚性细胞团”。
石刁柏
颠茄
2.氮源
氮源有还原态氮(NH4+)和氧化态氮(NO3-)两 种
在以KNO3为唯一氮源(如White培养基)的培 养上建立起来的愈伤组织,去掉生长素以后不
能形成胚。
德国Reinert等在栽培胡萝卜愈伤组织培养中
( 培[N养H基4+均] 为Whit[eN培O3养-]基)得到体以胚下发结生果数:
分工，使之回复到分生组织状态，或胚性细胞 状态。 Flash • 细胞脱分化阶段 启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞 中央伸出细胞质丝，液泡蛋白体出现； 演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体 演变成原质体； 脱分化终结期，细胞回复到分生细胞状态，细 胞分裂即将开始。 • 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的位置和生 理状态。
另外有研究表明,不同的外植体对于细胞分裂素的需
要可能具有不同的专一性,如在胡萝卜的研究中发
现,虽然激动素对胚胎发生过程表现抑制作用,但浓 度为0.1μM的玉米素却能促进这个过程,而6-BA 对胡萝卜则是促进其愈伤组织的增殖,但不形成胚 性愈伤组织。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.细胞分化与极性建立
极性是指植物的器官、组织、甚至单个细胞 在不同的轴向上存在的某种形态结构以及生理生 化上的梯度差异。 在很多情况下，细胞的不均等分裂是是细胞
极性建立的标志。
无论是在活体还是在离体条件下，目前一般
认为，极性的建立和维管成分的产生，是植物细 胞分化的基本特征。
3.细胞分化的过程
温度对于维管组织的分化是必需的。
§2.器官发生
一．离体培养中器官发生的方式
二. 器官分化的过程
三. 影响器官分化的因素
植物的离体器官的发生：培养条件下的组织或细胞 团（愈伤组织）分化形成不定根（adventitious roots）、不定芽（ adventitious shoots）等器官的 过程。 不定根：从茎、叶上生出的根叫做不定根 不定芽：不是从叶腋或枝顶发出，而是从叶子、 根上或从树干上发出的芽
生 长 中 心 （ 拟 分 生 组 织 ）
器 官 原 基
芽 形 成
在有些情况下，外植体不经过典型的愈伤组织
即可形成器官原基，这一途径有两种情况，一
是外植体中已存在器官原基，进一步培养即形
成相应组织器官进而再生植株，另一种情况是
注意：
1、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。 2、多数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之间其状态存在一 定的差异。
三.细胞分化
所谓细胞分化，是指导致细胞形成不同结构，引起功 能改变或潜在发育方式改变的过程。分化也可以说是 相同基因型的细胞所具有的各个不同的表现型。 时间上的分化：一个细胞在不同的发育阶段上可以有
不同的形态结构和功能；
空间上的分化：对于多细胞生物来讲，同一细胞后代，
由于所处的环境不同而可以有相异的形态结构和功能。
1．细胞分化与基因组变化 细胞分化过程中，可以观察到的最常见的变化是染 色体的反复复制，而并不进行细胞分裂。核内染色体的 复制过程可以区分出两种主要类型，一是核内有丝分裂， 导致核内多倍体，二是大量复制染色丝，导致形成多线 染色体。 在植物的分化发育中，另一类基因组的变化是基因 重排。例如，在玉米、金鱼草等植物中，转座子的移动 能引起很多发育性状的改变，
脱分化后的细胞，经过细胞分裂，产生无组织结构、 无明显极性的、松散的细胞团称为愈伤组织。
愈伤组织的种类 1、胚性愈伤组织 （Embryonenic callus）：表面 光滑、组织结构紧凑、细胞小、再生力强。 胚性愈伤组织容易形成胚状体，所以被称为胚 性愈伤组织。 2、非胚性愈伤组织：表面粗糙、组织结构疏松、 细胞大。
b、蔗糖浓度
Wetmore 和 Sorokin 的洋丁香组织培养中试验
蔗糖浓度对于维管组织发生的影响
蔗糖浓度 (％ ) 1％ 2％ 2.5～ 3.5% 4％ 维管组织类型 数量很少的木质部 木质部形成，韧皮部不能形成 木质部和韧皮部都能形成 韧皮部形成，木质部不能形成
C、光照与温度
光照对于维管组织的分化具有促进作用，适宜的
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 > 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。
细胞分化可分为两个阶段： 决定：早期在动物发育研究中使用这一概念，它 通常是指胚胎细胞在发育过程中发生的不可 逆的特化现象。因此，决定就是细胞发育途 径的确定，它是细胞分化的早期过程； 分化细胞特征逐渐表现：在大多数情况下，细胞 从决定到表现特定细胞特征通常需要经过几 代细胞的传递（细胞分裂）。
4.影响细胞分化的因素 a.激素
第二章
植物细胞工程的理论基础
§1. 细胞分化与细胞全能性
§2. 器官发生
§3. 离体培养下的遗传与变异
§1.细胞全能性
一. 细胞全能性的一般概念 二.细胞分化 三.离体培养中细胞的脱分化、再化
一.细胞全能性的一般概念
一个细胞所具有的产生完整生物个体的固有能力 称之为细胞的全能性。 细胞全能性的绝对性与相对性: 不是所有基因型的所有细胞在任何条件下都具有 良好的培养反应;即使对于植物细胞而言，细胞 全能性也并不意味着任何细胞均可以直接产生植 物个体;动、植物细胞全能性的表现程度存在明 显的差异。
一.离体培养中器官发生的方式 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；如小麦，芦荟、苹果 第二种方式为先根后芽；如枸杞、苜蓿等 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。如胡萝卜、石刁 柏
二.器官分化的过程
离体条件下，经过愈伤组织再分化器官一般要经过三个生 长阶段 1.外植体经过诱导形成愈伤组织。 2.生长中心的形成。当把愈伤组织转移到有利于有序生长 的条件下以后，首先在若干部位成丛出现类似形成层的细 胞群，称之为生长中心或拟分生组织，它们是愈伤组织形 成器官的部位。 3.器官原基及器官形成。生长中心形成后，按照其已确立 的极性，某些细胞开始分化形成管状细胞，进而形成微管 组织，开始形成不同的器官原基，进而分化出相应的组织 和器官。
二.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
外植体：植物组织培养中用来进行无菌培养的离 体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。
生长素能促进维管组织形成
细胞分裂素与木质部的发生有关
激素在细胞分化中的作用，可能是通过在转录或翻译水
平上的调节作用而影响相关基因的表达从而调控细胞分
化。但应该注意到，在植物中细胞种类的不同或同一种 细胞不同的发育状态，均会影响该种细胞对激素的反应， 即靶细胞反应差异，所以试图寻找不同激素在分化中作 用的共同模式可能是很困难的。