植物组织培养 (2)
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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
外植体
脱分化
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）
• 1893年，Schwann和Scheiden提出细胞学说及植物细胞全能性理论。
脱分化
器官发生途径
外植体
愈伤组织 不定芽 不定根
再分化
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
1978年，Melchers等进行了番茄和马铃薯的体细胞杂交。
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。
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
E
花烛属植物
B C
（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。
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。
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
悬浮细胞培养
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
细胞团培养
茎尖分生组织培养 原生质体培养
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。
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
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。
源自文库
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。
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。
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、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。
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。
F G
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、
甘蔗、马铃薯、大蒜等。
茎尖培养脱毒
virusfree
tissue
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
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
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
• 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。
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。
魔芋胚状体
胚状体发生途径
外植体
脱分化
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）
• 1893年，Schwann和Scheiden提出细胞学说及植物细胞全能性理论。
脱分化
器官发生途径
外植体
愈伤组织 不定芽 不定根
再分化
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
1978年，Melchers等进行了番茄和马铃薯的体细胞杂交。
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。
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
E
花烛属植物
B C
（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。
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。
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
悬浮细胞培养
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
细胞团培养
茎尖分生组织培养 原生质体培养
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。
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
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。
源自文库
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。
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。
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、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。
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。
F G
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、
甘蔗、马铃薯、大蒜等。
茎尖培养脱毒
virusfree
tissue
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
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
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
• 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。
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。