植物组织培养细胞全能性与形态发生
植物组织培养的基本原理
细胞 再分化
形态建成 完整植细胞脱分化的影响因素
1 损伤 2 生长调节剂 3 光照 4 细胞位置 5 外植体的生理状态
1.2.3 植物细胞的再分化
再分化（redifferentiatiation）：是指离体培养的
植物细胞和组织可以由脱分化状态重新进行分化，
动、植物细胞全能性的表现程度存在明显的 差异。
1.1.2 植物细胞全能性表现
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 >
的过程。
细胞分裂
幼年细胞
细胞分化
多细胞团
形态建成
完整植株
图1-1 高等植物细胞分化示意图
细胞分化的本质是基因选择性表达的结果
细胞分化的某些规律和机理
1 植物细胞的分化：生理生化分化、形态结构分化
2 植物在发育过程中细胞一直具有潜在的全能性
3 植物细胞分化的两个阶段：决定（ determination ） 、分化特征逐渐表现 4 极性（polarity） 5 生理隔离、机械隔离在细胞分化过程中的作用 6 细胞分裂对分化的作用 7 植物生长调节剂作用 8 细胞核染色体和DNA变化对细胞分化的作用
（1）先长芽，再长根，如小麦 （2）先形成根，再形成芽，如枸杞 （3）在愈伤组织不同部位分别形成芽和根，如 胡萝卜
（4）仅形成芽或根，如茶树
1.3.1.2 器官分化
2、器官分化的过程 （1）外植体经过诱导形成愈伤组织 （2）“生长中心”的形成 （3）器官原基及器官形成
植物组织培养
名词解释：1.外植体：离体培养的器官、组织、细胞、细胞器称外植体。
2.细胞全能性：植物体的每一个细胞都携带有一套完整的基因组，并具有发育成为完整植株的潜在能力。
3.脱分化：将已分化的不分裂的静止细胞，放在培养基上培养后，细胞重新进入分裂状态。
一个成熟的细胞转变为分生状态的过程叫脱分化。
4.再分化:经脱分化的组织或细胞在一定的培养条件下可有转变为各种不同细胞类型的能力。
5.继代培养：将初代培养得到的培养体移植于新鲜培养基中这种反复多次移植的培养，称为继代培养。
6.植物组织培养：是指用无菌方法使植物体的离体器官、组织和细胞在人为提供的条件下生长和发育的所有培养技术的总称，也称之为离体培养或试管培养。
7.MS培养基：它是1962年由Murashige和Skoog为培养烟草细胞而设计的。
特点是无机盐和离子浓度较高，为较稳定的平衡溶液。
其养分的数量和比例较合适，可满足植物的营养和生理需要。
它的硝酸盐含量较其他培养基为高，广泛地用于植物的器官、花药、细胞和原生质体培养，效果良好。
有些培养基是由它演变而来的。
8.胚培养：植物在受精后，受精卵形成合子，随即进行第一次分裂，进而形成分生组织和幼胚，再发育成成熟胚。
在这个过程，胚靠消耗胚乳的营养而发育，同时胚处在胚囊环境中，可吸收氨基酸、维生素等营养。
9.花粉培养：花粉培养是指把花粉从花药中分离出来，以单个花粉粒作为外植体进行离体培养的技术。
由于花粉已是单倍体细胞，诱发它经愈伤组织或胚状体发育成的植株都是单倍体植株。
10. 细胞胚的发生：指在组织培养中，由一个非合子细胞(体细胞)，经过胚胎发生和胚胎发育过程（经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚5个时期），形成的具有双极性的胚状结构。
胚状体途径：非合子细胞通过与合子胚相似的胚胎发生过程形成的胚状结构，经过球型期、鱼雷期、心型期、子叶期发育过程的成熟胚状体可以萌发成为植株。
11.器官发生途径：外植体先脱分化形成愈伤组织，再由愈伤组织分化成不定芽，最后不定芽伸长、生根培养形成小植株（间接途径）或者外植体不经过愈伤组织直接形成不定芽，再经伸长、生根培养形成植株（直接途径）。
植物组织培养
植物组织培养的含义：将植物的离体材料（器官、组织、细胞、原生质体等）无菌培养，使其生长、分化、繁殖，再生出完整植株或生产次生代谢物质的技术。
植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性：指一个完整的植物细胞拥有形成一个完整植株所必需的全部遗传信息，在适宜条件下具有发育成完整植株的能力。
外植体：在植物组织培养中，在活体植物上提取下来的，接种在培养基上的无菌细胞、组织、器官等均称为外植体。
外植体选择的原则：①、再生能力强；②、遗传稳定性好；③、来源丰富；④、灭菌容易。
植物组织培养的类型：根据培养材料（即外植体）的不同，可将植物组织培养划分为植株、胚胎、器官、组织、细胞和原生质体五个水平上的培养类型。
愈伤组织：原指植物在受伤后于伤口表面形成的一团薄壁细胞，在组织培养中，则指在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞。
植物组织培养的特点：①、培养材料经济；②、培养条件可以人为控制；③、生长周期短，繁殖率高；④、管理方便，利于工厂化生产和自动化控制。
White（1943）撰写的《植物组织培养》是第一部有关植物组织培养的专著。
PH值最适5.6，高温、高压灭菌后PH值会降低，配制时一般为5.7~5.8，若PH值偏高，培养基会偏硬，会不利于植物材料吸取营养；PH值偏低，培养基凝固不好，不利于植物材料的固定。
MS培养基特点：①、无机盐成分很高，硝酸盐、NH+、K+含量高；②、元素平衡较好；③、缓冲性能也比较好；④、微量元素、有机成分丰富、齐全。
无机盐母液适度冷藏保存。
维生素等有机营养元素在—20℃保存，使用前用温水溶解。
MS培养基母液的成分：大量元素母液、微量元素母液、铁盐母液、有机物母液。
CuSO4、CuCl2取25mg溶于10mL，制成2.5mg/mL溶液，配制50mL微量元素母液，吸取该溶液0.05mL。
灭菌的条件：培养基的成分：1、水分2、无机盐①、大量元素：指植物生长发育所需浓度大于0.5mmol/L的营养元素。
细胞分化和植物细胞的全能性
化学组成：合成各自特有的专一性蛋白质
2、定义
同一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源的细胞逐渐发生形态结构、生理功能和蛋白质 合成上的差异，这个过程称为细胞分化。
3、特点 稳定的，不可逆的
红细胞：
有利于携带氧气，作变形运动 细长形或呈梭形 有利于附着和伸缩 肌细胞： 表面有许多突起 有利于接受和传递信息 神经细胞 ： 双凹圆盘状
二、植物细胞的全能性 斯蒂瓦特的实验
胡萝卜根韧皮部细胞 （高度分化的细胞）
悬浮法培养 愈伤组织 继续培养
脱分化 （失去分化 再分化 的细胞团）
整株植株幼苗
花药离体培 养实验
植物细胞的全能性、植物组织培养的过程和条件
4.组织培养的过程一般可以归结为
√A.离体组织细胞—脱—分—化→愈伤组织—再—分—化→组织器官或胚状体—发—育→植物体
B.愈伤组织—再—分—化→组织器官或胚状体—脱—分—化→植物体 C.离体组织细胞—脱—分—化→组织器官或胚状体—再—分—化→愈伤组织—发—育→植物体 D.组织器官或胚状体—脱—分—化→愈伤组织—再—分—化→植物体
√A.①②过程中均发生了细胞分化
B.①②过程中均发生了细胞分裂 C.温度会影响①②过程进行的速度 D.图示过程体现了植物的体细胞具有全能性
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
解析 ①过程为脱分化，②过程为再分化，故只有②过程发生了细胞分 化，A错误； 脱分化和再分化过程中均发生了细胞分裂，B正确； 温度会影响相关酶的活性，进而影响①②过程进行的速度，C正确； 离体的植物组织、器官或细胞通过植物组织培养得到植物个体，体现了 植物细胞的全能性，D正确。
二、离体培养的条件
教材梳理
预习新知 夯实基础
1.无菌条件 (1)外植体表面需经 消毒 处理。常用的消毒剂是 次氯酸钠 或 次氯酸钠钙 、 氯化汞和酒精。 (2)接种器具和培养基一般用 高压蒸汽灭菌。 (3)接种室和操作台常用 紫外灯 照射灭菌。 (4)操作者要按照规范的 无菌操作 流程，在超净工作台中进行外植体的消 毒、切割和接种。
解析 该愈伤组织的细胞经诱导培养可以发育为完整植株，可以体现细 胞的全能性，B错误。
2.下列现象属于植物细胞脱分化的是
√A.将胡萝卜根薄片放在培养基上培养成愈伤组织
B.由愈伤组织形成芽的过程 C.受精卵形成种子的过程 D.由种子发育成植株
植物生理学 植物的生长生理
植物生理学植物的生长生理植物的生长生理一、植物生长和形态发生的细胞基础1.细胞的生长分化规律细胞周期:从亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束的时期称为细胞周期。
细胞生长的控制细胞生长受多种因素的影响：受核质遗传基因的控制，因为细胞核与细胞质的数量比只能维持在一定的范围内；受细胞壁以及周围细胞作用力的影响；受环境因素的制约。
2.细胞分化的控制因素细胞分化的分子机理细胞分化的分子基础是细胞基因表达的差别。
同一植物体中的细胞都具有相同的基因，因为它们都是由同一受精卵分裂而来的，而且其中的每一个细胞在适宜的条件下有可能发育成与母体相似的植株。
在个体的发育过程中，细胞内的基因不是同时表达的，而往往只表达基因库中的极小部分。
这就是个体发育过程中基因在时间和空间上的顺序表达。
细胞的基因是如何有选择性地进行表达，合成特定蛋白质的，即基因是如何调控的，这是细胞分化的关键。
从某种意义上讲，具有相同基因的细胞而有着不同蛋白质产物的表达，即为细胞分化。
细胞分化的控制因素：（1）极性是细胞分化的前提极性是指细胞（也可指器官和植株）内的一端与另一端在形态结构和生理生化上的差异。
主要表现在: 细胞质浓度的不一，细胞器数量的多少，核位置的偏向等方面。
极性的建立会引发不均等分裂，使两个子细胞的大小和内含物不等，由此引起分裂细胞的分化。
(2)植物激素在细胞分化中的作用；植物激素可以诱导细胞分化。
3.细胞全能性与组织培养技术植物细胞的全能性是指植物的每个细胞都携带一个完整的基因组，具有发育成完整植物的潜力。
组织培养:指在无菌条件下，在培养基中离体分离培养植物组织(器官或细胞)的技术。
其理论基础是植物细胞的全能性。
（1）组织培养的概念与分类植物组织培养是指植物的离体器官、组织或细胞在人工控制的环境下培养发育再生成完整植株的技术。
用于离体培养的各种植物材料称为外植体。
根据外植体的类型，又可将组织培养分为：器官培养、组织培养、胚胎培养、细胞培养以及原生质体培养等。
植物细胞工程理论1
第一章 植物细胞全能性与形态发生教学目标 (1)掌握细胞离体培养的基本理论；(2)掌握培养条件下组织细胞脱分化和再分化的调控原理；(3)掌握植物的离体器官发生；(4)掌握体细胞胚胎发生与人工种子；(5)了解“挑战杯”获奖作品“红掌气生根再生快繁体系建立”研究的全过程培养学生的创新精神；(6)介绍相关科研论文的研究结果培养学生的科研意识。
引言 植物细胞工程的理论基础是植物细胞全能性，所以深入理解植物细胞全能性及其表达与调控对学习理解后几章内容非常重要，本章作为重点章节介绍。
一、植物细胞全能性（totipotency）的概念植物体每个正常细胞都含有该植物的全部遗传信息，在适宜的条件下能发育成完整的植株。
把这种生活的植物细胞所具有的产生完整植株的潜在能力称为植物细胞全能性。
植物细胞按分裂能力分为3类（参照动物细胞分类类型）：①周期细胞：始终保持分裂能力，从一个周期进入另一个周期，包括茎尖、根尖及形成层细胞。
②终端分化细胞：永久失去分裂能力的细胞，包括筛管导管、气孔保卫细胞等特化细胞。
③Go细胞：一般不分裂，但当受到外界刺激时可重新启动分裂，包括表皮细胞及薄壁细胞。
一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它的分化程度。
差异：1、受精卵的全能性最高 2、受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。
植物细胞只要有一个完整的膜系统和一个有生命力的核，即使是已经高度成熟和分化的细胞，也还保持着回复到分生状态的能力，其回复过程取决于该细胞原来所处的自然部位、生理状态和外部环境条件。
营养生长中心 形成层细胞 伴胞及分泌细胞 薄壁细胞 厚壁细胞 纤维细胞 筛管不同类型细胞脱分化可能达到的程度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〉输导组织〉厚壁组织。
植物组织培养
植物组织培养植物组织培养：在无菌的条件下，将离体的植物材料包括器官，组织，细胞以及原生质体在人工培养基上进行培养，使其再生发育成完整植株的过程，又称植物离体培养。
细胞全能性：植物体的任何一个细胞都携带该物种的全部遗传信息，离体细胞在一定的条件下具有发育成完整植株的潜在能力。
外植体：植物组织培养中离体的植物材料，包括植物器官，胚胎、组织、细胞和原生质体。
细胞分化：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。
脱分化：已分化成熟的植物组织或器官回复到分生状态，细胞开始分裂形成无组织结构的细胞团或愈伤组织的过程。
再分化：是指在一定条件下，脱分化形成的愈伤组织转变成为具有一定结构、执行一定生理功能的细胞团和组织、并进一步形成完整植株的过程，即从愈伤组织再生形成完整植株的过程。
愈伤组织：植物体受伤后的伤口处或在植物组织培养中外植体切口处产生的一团不定型的薄壁组织。
离体无性繁殖：根据植物细胞全能性原理，在无菌条件先短时间内形成大量植株。
玻璃化苗：在植物组培中，茎叶形成透明矮小肿胀的形态，生根能力差。
问答题：1、无菌操作是贯穿于整个组织培养过程的一门关键技术，请根据自己的体会论述如何在植物组织培养过程中做到无菌？1〕取少菌的材料〔春夏，中午的幼芽〕 2〕严格灭菌3〕合理安排操作程序 4〕无菌保存 5〕操作标准2、组培在生产上的应用有哪些？学好植物组培的意义？1〕植物快速繁殖：增殖速度快，本钱低，易于批量生成和管理。
比方利用一小块叶片或一个茎尖，一年内可繁殖出1000-100000株幼苗2〕脱除病毒：植物在生长过程中几乎都要蒙受到病毒的危害，采用茎尖培养方法可以除去植物体内的病毒。
脱毒苗恢复了原有的优良种性，生长势明显增强，整齐一致。
3〕培养新品种：克服远缘杂交不亲合性；克服远缘杂交的不孕性；选择细胞突变体；单倍体育种；转基因育种。
4〕植物次生代谢产物生产：利用植物组织后细胞的大规模培养，可以生产一些天然有机化合物，这些次生代谢产物，往往具有一些特定的功能，对人类有重要的影响和作用。
植物组织培养第二章
（三）Байду номын сангаас细胞胚胎发生的基因表达机理（略）
二、植物体细胞胚胎发生途径
（一）体细胞胚胎发生的方式 由外植体诱导体细胞胚胎发生的途径有两种： 直接途径和间接途径。 直接途径：从外植体某些部位的胚性细胞直接 诱导分化出体细胞胚胎。这种“胚性细胞”是在胚 胎发生之前就已决定了的。 间接途径：外植体先脱分化形成愈伤组织， 在从愈伤组织的某些细胞，即重新决定为胚性细胞 的细胞分化出体细胞胚胎，多数体细胞胚胎的形成 是通过间接途径产生的。
植物愈伤组织的培养
愈伤组织培养是指将母体植株上的各个部分切下，形成 外植体，接种到无菌的培养基上，进行愈伤组织诱导、生长 和发育的一门技术。 一般情况下，植物组织均能诱发形成愈伤组织，由外植 体形成愈伤组织，标志着植物离体培养的开始。
差异：（1） 受精卵的全能性最高 （2） 受精卵分化 后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。 潜在全能性的原因：基因表达的选择性
科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，在一 定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就 可能表现出全能性，发育成完整的植株。 人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。
三、植物体细胞胚胎发生的极性和生理隔离
体细胞胚胎具有两个明显特点： 1、双极性 2、与母体组织或外植体的维管束系统无直接联系，处于较为 孤立的状态，即存在生理隔离。
（一）体细胞胚胎发生的极性
单个胚性细胞与合子胚一样，具有明显的极性，第一次 分裂多为不均等分裂，顶细胞继续分裂形成多细胞原胚，基 细胞进行少数几次分裂形成胚柄。 （二）体细胞胚胎发生的生理隔离
第二章
植物组织培养的基本原理
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 胞经历脱分化和再分化过程
植物组织培养
植物组织培养的理论基础：植物细胞全能性细胞全能性：植物体的每一个具有完整细胞核的细胞都具有该物种全部遗传的物质，在一定条件下具有发育成完整植物体的潜在能力。
外植体：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。
包括器官、组织、细胞或原生质体等。
愈伤组织：植物外植体脱分化后形成的无组织结构，无明显极性的无定型薄壁细胞，具有再度分化的能力。
脱分化：离体培养条件下细胞，组织，器官经过细胞分裂或不分裂逐渐失去结构和功能而恢复分生状态，形成无组织结构的细胞团和愈伤组织或成为未分化细胞特性的细胞过程。
再分化：离体培养的细胞和组织由脱分化状态重新进行分化，形成另一种或几种类型细胞，组织，器官和完整植株的过程。
植物细胞全能性实现的条件：1.离体条件：任一分化细胞从植物体其余部分的抑制性影响下解脱出来，消除抑制作用就可以使细胞恢复分化。
2.切割损伤刺激：是细胞分化的重要条件之一，它会使细胞呼吸速度增大，酶活性增加，代谢含量变化。
3.营养物质及激素的刺激：离体细胞需要适当营养和外源激素刺激，以打破抑制力恢复细胞分裂，外源激素对脱分化和再分化起重要作用4.光照和温度等条件：温度，空气，无菌条件，合适的PH，适时光照等培养条件。
红花，乌饭树需要再黑暗条件下诱导愈伤组织。
植物离体培养中植株再生的途径：器官发生途径体胚发生途径体细胞胚：由体细胞产生的的类似于合子胚结构胚状体：在离体培养过程中产生的具有明显的根端和芽端，一种形似胚且功能与胚相同。
植物体细胞胚胎发生的途径有：1.器官外植体直接发生途径2.悬浮培养细胞发生途径3.愈伤组织发生途径 : 幼胚、和子叶4.单细胞发生途径：花药培养中的小孢子发育成5.原生质体发生途径影响植物离体形态发生的因素：1.植物种类和基因型2.材料的生理状态3.培养条件培养基：是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。
灭菌：指用化学方法和物理方法杀死物体表面和空隙内的一切微生物或生物体，即把所以生命的物质全部杀死。
《植物组织培养技术》文字素材3(苏教版选修1)
植物组织培养技术一、植物细胞的全能性植物组织培养的理论依据是细胞全能性。
所谓细胞全能性就是指植物体的任何一个有完整细胞核的活细胞都具有该种植物的全套遗传信息和发育成完整植株的潜在能力。
例如，一个受精卵通过细胞分裂和分化产生具有完整形态和结构机能的植株，这是受精卵具有该物种全部遗传信息的表现。
同样，由合子分裂产生的体细胞也具备全能性。
但在自然状态下完整植株不同部位的特化细胞只表现出一定的形态与生理功能，构成植物体的组织或器官的一部分，是因为细胞在植物体内所处的位置及生理条件不同，其分化受到各方面的调控，某些基因受到控制或阻遏，致使其所具有的遗传信息得不到全部表达的缘故。
植物细胞的全能性是潜在的，要实现植物细胞的全能性，必须具备一定的条件：①体细胞与完整植株分离，脱离完整植株的控制；②创造理想的适于细胞生长和分化的环境，包括营养、激素、光、温、气、湿等因子。
只有这样，细胞的全能性才能由潜在的变为现实的。
植物的离体组织、器官、细胞或原生质体在无菌、适宜的人工培养基和培养条件下培养，就满足了细胞全能性表达的条件，因而能使离体培养材料发育成完整植株。
二、植物的再生性(一)植物再生性的含义在植物分化根、茎、叶等器官的过程中，某处组织受到一定的损伤，则在受伤部位往往会产生新的器官，长出不定芽和不定根，从而形成新的完整植株。
人们利用这种植物的再生作用进行无性繁殖，并结合应用生根激素，使原来扦插不易成活的种类也可达到成苗的目的。
植物之所以会产生器官，是由于受伤组织产生了创伤激素，由此促进愈伤组织的形成，并凭借内源激素和贮藏营养的作用又产生了新的器官。
植物组织培养技术的成功，使植物的再生作用在更大的范围内表现出来。
其中，不但表现为植物种类大大的增加，再生的部位不断扩大，甚至小到肉眼无法辨别、在解剖镜下操作的材料也可培养再生。
在自然情况下，有些植物的营养器官和细胞再生比较困难，主要是由于内源激素调整缓慢或不完全，以及外界条件不易控制等因素所致。
植物生理学答案
植物生理学实验思考题考试要求：1.口答部分，30分，主要包括课后思考题、实验原理、实验结果。
2.实验部分，50分，主要是仪器的操作，有分光光度计、CO2气体分析仪、电导仪、阿贝折射仪。
实验到达30分以上才能及格。
考试不会太难，但也希望大家能够好好复习。
实验一、植物组织培养技术及烟草叶组织培养中形态发生和器官形成烟草叶组织培养中的形态发生和器官形成1.植物组织培养的原理、培养基的种类、现象原理：（1）植物细胞具有全能性，即每个植物细胞包含着能产生完整植株的全部遗传基因。
（2）只要条件合适，包含着全部遗传基因的细胞都能分裂分化，产生完整的植株。
培养基成分中生长素和细胞分裂素的比例决定了根或芽的分化。
培养基的种类及现象：（1）MS（不加激素）无生长现象（2）MS+BA1mg/L+NAA2mg/L 生长出愈伤组织2.外植体为什么不能切太小？不易成活3.植物组织组织中卫生么出现发霉？在操作过程中出现了污染。
4.植物激素对愈伤组织形成及器官分化有何影响？生长素/细胞分裂素：（1）高不定根（2）中愈伤组织（3）低不定芽5.在组织培养过程中应注意什么？灭菌无菌操作实验二、叶绿体色素的提取、分离及其理化性质色素含量的测定（分光光度计）1.实验原理及现象（1）色素提取植物叶绿体色素一般由叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素等组成。
利用叶绿体色素不易溶于水而溶于有机溶剂的特性，可用80%丙酮、95%乙醇等有机溶剂提取。
（2）色素分离可用纸层析来分离叶绿体色素，当溶剂不断地从纸上流过时，由于混合物中各成分在两相（即流动相和固定相）间具有不同的分配系数，所以她们的移动速度不同，因而使样品混合物分离。
色素带分布:从上至下橙黄色（胡萝卜素）、鲜黄色（叶黄素）、蓝绿色（叶绿素a）、黄绿色（叶绿色b）。
（3）荧光现象叶绿素分子吸收光量子。
由基态上升到激发态，激发态不稳定，有回到基态的趋向，当由第一单线态回到基态时发射出的光称为荧光。
植物组织培养
植物组织培养名词解释1.细胞的全能性：指植物体的任何一个有完整细胞核的活细胞都具有该植物的全套遗传基因和产生完整植株的潜在能力。
2.分化：指细胞、组织、器官或整株植物从分生组织或幼小状态发育为成熟状态的过程，并在生理、形态上发生的变化。
其最大的特征是失去分裂能力。
3.脱分化：植物离休的器官、组织、细胞在人工培养基上，经过多次细胞分裂而失去原来的分化状态，形成无结构的愈伤组织或细胞团的过程，使其回复到胚性细胞的状态。
其特征是已失去分裂能力的细胞重新获得了分裂能力。
4.再分化：指由脱分化的细胞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的植株的过程。
5.试管苗：指在无菌离体条件下，对植物组织、细胞、器官进行组培所获得的的再生植株。
6.根芽激素理论：根和芽的分化由生长素和细胞分裂素的比率所决定，这一比率高时促进生根，比率低时促进茎芽的分化，比率适中时，组织则倾向于以一种无结构的方式生长。
通过改变培养基中这两类生长调节物质的相对浓度可以控制器官的分化。
7.污染：批在组培过程中，由于真菌、幼苗等微生物的侵染，在培养容器内滋生大量的菌斑，使试管苗不能生长和发育的现象。
8.褐变：指在组培过程中，培养材料向培养基中释放褐色物质，致使培养基逐渐变成褐色，培养材料也随之慢慢变褐而死亡的现象。
9.玻璃化现象：指试管苗因生理失调而引起的嫩茎、叶片出现半透明状和水渍状的现象。
10.无菌操作：亦称接种。
指将经过表面灭菌后的植物材料在无菌环境中切碎或分离出器官、组织或细胞转移到无菌培养基上的过程。
由于整个过程均在无菌条件下进行，所以将这个过程称为无菌操作。
11.植物组织培养：指在无菌条件下，将离体的植物器官(如叶、花、未成熟的果实、种子)、组织(如形成层、花药组织、胚乳)、胚胎(如成熟和未成熟的胚)、细胞或原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，使其长成完整的植株或生产具有经济价值的其他产品。
第一章植物组织培养的基本知识及操作技术
第三节 植物组织培养的一般技术
一、外植体的选择和处理 二、培养基及制备 三、无菌技术 四、培养环境
一、外植体的选择和处理
1. 外植体的类型 分生组织 带芽外植体 胚 雌雄配子体
2. 外植体的选择和处理 取材植株预栽培 取材植株的预处理 培养材料的贮藏 外植体的预处理 外植体的消毒、灭菌 外植体的切离和接种
搁 4.0m 架
实 验 台 准备室 4.5m
无菌台
培养架
无菌室 缓冲室 3.0m
架 培养室
培 养 架 培 养 架
电 炉
门
3.5m
组织培养准备实验室
缓冲室
培养室
无菌室（一）
无菌室（二）
二、主要单元功能介绍： 1. 准备室：
洗涤区：排水良好、地板耐湿 灭菌区：地面、墙面防潮、耐高温；绝缘 化学实验区：器皿洗涤、干燥、保存；药品称量、 溶解；培养基配制；材料预处理；培养材料观察 分析等。主要设备包括：工作台、药品柜、冰箱、 烘箱、天平、蒸馏水器等。
2. 无菌操作室： 要求：无菌；光照好；墙面尽可能光滑、易消毒； 防止空气对流；具有消毒措施（甲醛熏蒸、紫外 灯照射） 设备：超净工作台；接种箱
3. 培养室：满足植物材料的生长 要求：采光；保温；隔热；控温；控光；暗室 设备：培养架；控温设备 4. 细胞学实验室：培养材料的分析、照相 设备：显微镜、解剖镜、染色设备
2、有机化合物(organic compound)
（1）碳水化合物 最常用的碳源是蔗糖，葡萄糖和果糖也是较好的 碳源。 使用浓度在1%-7%，常用3% 作用：碳源；维持培养基渗透压。
（2）维生素(vitamin)
植物组织培养的基本原理
脱分化（Dedifferentiation）：已分化的植物细胞 要表达全能性,必需先脱分化,使细胞恢复到胚性阶段。 生长素尤其是2,4-Ｄ对脱分化具有重要作用。
2,4-Ｄ浓度高时,诱发不均等分裂；而浓度低时,只 诱发均等分裂。一旦发生不均等分裂,细胞就对生长素 失去敏感性,在无生长素的条件下能自发形成体细胞胚。
全能相对性的启发在离体培养的选材上，尽可能
选取分生组织的部位。
将实验目的与外植体生长发育状态(“决定”状态)
相结合，创造良好的离体条件。
合理使用生长调节物质。
二 、细胞分化（Cell differentiation）
1、概念
（1） 分化：是指植物体各个部分出现异质性的现象，
包括细胞分化、组织分化和器官分化。 （2）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。 细胞分化是组织分化和器官分化的基础，是植株离 体再生的基础。
（3）器官水平再分化 ： 依起源不同，分器官型（Organ ）和器官发生型 （Organogenesis ）。
– 器官型：直接由外植体细胞形成器官原基，继而发育成
器官；
– 器官发生型：外植体先形成愈伤组织，再由愈伤组织产
生不同的器官原基。
（4） 植株再生：根和茎（包括其变态器官）或芽器官 的发生可使植株重建。
器官发生再生植株的方式大致有：
A 先形成芽，芽的基部后产生根； B 先形成根，根上再出芽；
C 愈伤组织的不同部位形成芽和根，然后形成微管束 组织把两者结合起来.
一些变态茎、叶器官，离体培养易于形成相应的变
态器官。
2、影响细胞再分化因素：
从理论上讲，在离体培养条件下经过再分化可获 得各种类型的细胞、组织、器官以及再生植株。但是 目前，还不能使所有植物的活细胞都再生植株。主要 原因是： （1）不同植物种类再分化的能力差异较大；
《植物细胞的全能性》课件
03
植物细胞全能性的应用
植物繁殖与育种
繁殖新品种
利用植物细胞的全能性，通过组织培 养技术可以快速繁殖出大量具有优良 性状的植物新品种。
拯救濒危植物
复壮老品种
对于一些老品种的植物，由于种种原 因导致其繁殖力下降，也可以利用植 物细胞的全能性，通过离体培养来提 高其繁殖力。
对于濒临灭绝的植物，可以通过植物 细胞的全能性，进行离体培养，从而 获得大量的植株，进行种群恢复。
挑战。
细胞培养条件
植物细胞在离体培养中需要特定的 营养、激素和生长条件，如何优化 这些条件以提高细胞的生长和分化 效率是一个技术难题。
基因表达调控
植物细胞全能性的实现涉及复杂的 基因表达调控，如何精确调控相关 基因的表达是技术上的一个难点。
伦理问题
基因编辑技术的伦理问题
在植物细胞全能性研究中，基因编辑技术如CRISPR-Cas9被广泛应用。关于基因编辑技术的伦理争议一直存在， 如关于人类胚胎基因编辑的争议。
02
植物细胞全能性的实验 证明
植物组织培养技术
植物组织培养技术是证明植物细胞具有全能性的重要实验手段之一。通过将植物 组织或细胞分离出来，在人工控制的条件下进行培养，可以诱导它们发育成完整 的植株。这一技术的成功应用，证明了植物细胞具有发育成完整个体的潜在能力 。
植物组织培养技术不仅在科学研究方面发挥了重要作用，还具有广泛的应用价值 。例如，通过组织培养技术可以快速繁殖优质苗木，提高植物的抗性，以及在细 胞工程和基因工程等领域进行应用研究。
02
植物细胞全能性的实现需要满足 一定的条件，如离体培养、适宜 的营养和激素环境等。
特点
植物细胞全能性的特点包括细胞分裂和分化能力的保持、基因表达的调控以及形态 发生和器官形成的实现。
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二、培养条件下的细胞脱分化
脱分化的概念： 通常认为，培养条件下，使一个已分化的细胞恢
复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程就是 细胞的脱分化。 脱分化与细胞分裂： 现在一般认为，脱分化发生在静止细胞第一次有 丝分裂之前，即G0期静止细胞接受外界信号刺激 后，由于细胞基因选择性表达，使细胞发生一系 列生理生化变化，脱离G0期重新进入细胞周期。 静止细胞启动分裂是分化细胞成功脱分化的重要 标志。
一、学习目的与要求 掌握植物细胞离体培养的基本理论基础及植物细胞全能性的特点，从而深入理解培养条件下植物
细胞（组织）生长与分化的调控原理。 二、考核知识点与考核目标 （一）细胞全能性及其表达（重点） 识记：细胞学说的含义，细胞全能性的概念及其发展，植物细胞全能性的基本内容，G0细胞的概
念，根据分裂能力对植物细胞的分类，根据细胞全能性强弱对植物细胞及组织进行排序，细胞脱 分化与细胞再分化的概念，细胞脱分化的标志，愈伤组织的概念及形成过程，极性的概念 理解：细胞全能性与细胞分化程度之间的关系，细胞全能性表达与细胞脱分化及细胞再分化之间 的联系，细胞脱分化的三阶段以及在此过程中细胞的生理活动与结构变化，细胞脱分化调控的实 质，细胞周期蛋白和周期蛋白依赖激酶在细胞脱分化过程中的调控作用，相关基因表达与细胞脱 分化的关系，细胞分化过程中基因组的变化，细胞分化过程极性的产生，TE细胞分化过程及其调 控 应用：从基因型、植物种类及动植物细胞的差异等不同角度正确分析细胞全能性实现的绝对性与 相对性，根据不同激素的协同作用及对细胞分化的调控作用来指导实践 （二）器官发生（次重点） 识记：体细胞形态发生、器官发生的概念，不定根、不定芽、生长中心及器官原基的含义 理解：离体培养中通过器官发生形成再生植株的三种方式，经过愈伤组织再分化器官的过程，外 植体不经过愈伤组织直接形成器官原基的情况，光照对器官分化的影响，器官发生的基因调控原 理 应用：以母体植株的遗传基础与与外植体的类型对器官分化的影响为依据，选择适宜的离体培养 材料；离体条件下外源激素的调控总原则及其合理运用对器官分化的调节作用 （三）体细胞胚胎发生（次重点） 识记：体细胞胚胎的定义及界定，生理隔离的概念 理解：体细胞胚胎的形成途径，体细胞胚直接形成的两个阶段，经过愈伤组织的体细胞胚发生的 三个培养阶段，悬浮培养与体细胞胚发生的关系，体细胞胚胎的发育与结构特点，体细胞胚发育 再生植株与器官发生形成植物个体的区别，体细胞胚胎在形态结构和生理特性上与合子胚的区别， 体细胞胚胎形成过程中内源生长素的变化，特异蛋白质在体细胞胚发生过程中的作用，体细胞胚 形成的基因表达调控机制 应用：外源激素、培养基及培养条件、基因型等因素对体细胞胚发生的影响
1. 细胞脱分化过程中的生理活动 与结构变化
已分化细胞脱分化过程中结构变化：
植物体中分化细胞中薄壁细胞含量最多， 在形态学上，细胞核较小并位于细胞边缘， 细胞中央有大液泡，胞内核糖体浓度低， 质体为分化程度较高的叶绿体等。
胞质浓缩，出现液泡蛋白体，大液泡消失， 质体转变为原质体，核体积增大并逐步移 位至细胞中央，细胞器增多。
②
③ ①
植物细胞按其分裂能力分为三类：
周期性细胞: 始终保持分裂能力，如茎尖、根尖分生区及
形成层的细胞； 终端分化细胞:
永久失去分裂能力，如筛管、导管、气孔保 卫细胞等特化细胞； G0期细胞:
在通常情况下不分裂，但受到外界刺激后可 重新启动分裂，如表皮细胞及各种薄壁细胞。
2.结论：全能性表达的难易度主要取决于该细胞
的生理状态及结构特征。通常细胞分化程度越高、 结构越特化，其脱分化的难度就越大。
2、细胞全能性表达的前提
离体：正常生物体组织中的细胞是已经分 化后的成熟细胞，处在具有高度组织结构 分工的细胞整体中，其全能性受到限制。
激素：激素作用于离体组织细胞，通过细 胞信号转导，刺激细胞核，使基因重新编 程并表达，诱导细胞分裂与分化。
细胞说学： 1838年，德国科学家施莱登（J.Schleiden）、施旺
（T.Shwann）提出：一切生命有机体都是由细胞构成 的，细胞是生物体结构与功能的基本组成单位。
细胞全能性学说： 1902年，德国植物学家Hab每个生活细胞有可能在离体 培养时发育成完整植株。
Chapter 3.细胞全能性与形态发生
细胞全能性及其表达 细胞全能性的概念 细胞脱分化 细胞再分化
器官发生 器官发生方式 器官分化过程 器官分化的影响因素 器官分化的基因调控
体细胞胚发生 体细胞胚发生方式 体细胞胚结构与发育特点 体细胞胚发生的影响因素 体细胞胚发生的生化与分子基础
细胞学说与细胞全能性学说
一、植物细胞全能性
1、植物细胞全能性的相对性
植物细胞全能性是一个活细胞所具有的发育成 完整植株的潜在能力。
细胞全能性的证据：
1958 Steward 组织 1965 Vasil 单细胞 获得再生植株 1964 Guha 花药 1971 Takebe 原生质体
但是,细胞的再生潜力与其分化程度呈负相关， 即一个细胞的生理状态和形态决定它回复到分生态 的难易程度。极少数完全丧失分裂能力的细胞，不 能恢复其细胞全能性。
细胞脱分化过程的三个阶段：
（1）启动阶段：胞质增生，细胞质丝产生， 液泡蛋白体开始出现。
（2）演变阶段：核开始向向细胞中央移位， 质体演变为原质体。
（3）脱分化终结期：蛋白质合成达到高峰， 回复到分生状态，准备进入细胞周期启动 分裂。
2.细胞脱分化的调控机理
本质是G0期细胞回复到分列周期的过程。 细胞周期中的限制点（R point）：如Rb蛋白 细胞周期蛋白（cyclin） 细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）：cdc基因
的表达产物。 周期蛋白依赖性激酶抑制物（CKI）
Cyclin是调节亚单位（“油门”），CDK是 催化亚单位（“引擎”），CKI是“刹车”。