植物组织培养

植物组织培养：是指在无菌和人工控制的环境条件下，利用人工培养基，对离体的植物胚胎、器官、组织、细胞及原生质体进行培养，使其再生细胞或完整植株的技术。又称为植物离体培养

离体生态学：是指研究离体培养环境条件控制的科学，其研究对象是培养基、植物材料和人工环境条件

外植体：用于离体培养的那部分植物器官、组织或细胞

愈伤组织（callus）：是指外植体因受伤或在离体培养时，其细胞进行活跃的分裂增殖而形成的一种无特定结构和功能的组织

植物组织培养的特点

1.组培技术是无菌操作技术。

2.组培材料处于完全的异养状态。

3.组培材料可以是离体状态的器官、组织、细胞或原生质体。

4.组织培养物可以形成克隆（clone，无性繁殖系），也可以进行茎芽增殖或生根

5.组培容器内的气体和环境气体可通过封口材料进行交换，相对湿度通常是几乎100％，因此，组培苗叶片表面一般都无角质层或蜡质层，且气孔保卫细胞功能缺乏，气孔始终都是张开的。

6.组培的环境温度、光照强度和时间都是人为设定的，其参数可调

植物组织培养的研究类型

组织培养

器官培养

胚胎培养

细胞培养

原生质体培养

植物组织培养的研究任务

研究离体培养条件下，细胞、组织或器官所需营养条件和环境条件，细胞、组织或器官的形态发生和代谢规律，植物脱毒方法和机理，植物特别是一些难繁植物的大量快速繁殖方法，细胞融合方法和机理，再生个体的遗传和变异，种质资源的离体保存机理和方法等

德国植物学家Schleiden和动物学家Schwann于1838-1839年提出的细胞学说

德国植物学家Haberlandt于1902年提出了植物细胞具有全能性

李继侗和沈同1933年成功培养了银杏的胚。

1952年， Morel和Martin提出了植物脱毒（virus free）技术

Guha和Maheshwari等——花药培养

Cocking等-原生质体培养

Carlson等——原生质体融合

植物组织培养的应用

快繁和脱毒

育种

次生代谢物生产

种质保存

在遗传、生理、生化、病理等研究上的应用

离体快繁（试管苗和人工种子）

试管苗特点

繁殖系数大、速度快，苗木整齐一致，周年生产

人工种子

指植物离体培养中产生的胚状体或不定芽，被包裹在含有养分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。

具有试管苗的优点外，还具有以下优点：

1）便于贮藏和运输、可直接播种和机械化操作；

2）可在人工种子中加入抗生素、菌肥、农药等成分，提高种子活力和品质

培育新品种或创制新物种

单倍体育种

离体选择突变体

培育远源杂种

基因工程育种

单倍体育种

手段：花药和花粉培养

优点：所有基因均能表现，基因型可快速纯合

成果：已育成大面积种植的品种

离体选择突变体

手段：愈伤组织、悬浮培养细胞易变异、细胞数量大，有利于突变体筛选

优点：多用于抗性筛选

成果：已选出一些抗病、抗盐、高赖氨酸、高蛋白的突变体，有些已用于生产

培育远源杂种

胚培养可克服受精后障碍导致的远源杂交不孕，产生远源杂交后代，育成新物种.苹果,梨,大白菜和甘蓝、栽培棉和野生棉

原生质体融合可克服有性杂交不亲和性，获得体细胞杂种.马铃薯和番茄、烟草和龙葵

基因工程育种

农杆菌介导法、基因枪法均基于植物组织培养技术。

抗除草剂、抗虫、抗病、抗逆性、品质改良

次生代谢物生产:利用组织和细胞的大规模培养，可以生产人类需要的一些天然有机化合物

植物种质资源的离体保存

优点：节约人力、物力和土地，防止有害病虫的传播，便于种质资源的交换和转移

培养基的成分

水

矿质元素

碳水化合物

生理活性物质

生长调节剂

附加物

天然添加物

水

水质软化装置

离子交换

反向渗透蒸馏

矿质元素

大量--氮、磷、钾、钙、镁、硫

微量--铁、锰、硼、锌、铜、钼

碳水化合物

作用：提供碳源、维持渗透压

通常碳源用蔗糖

低浓度（1.5～2.5％）的糖有利于木质部的生长；

高浓度（3～4％）有利于韧皮部

生理活性物质

维生素-----作用：辅酶

肌醇-----作用：帮助活性物质发挥作用，使培养物快速生长，促进胚状体及芽的形成氨基酸及其酰胺类-----有机氮源、缓冲作用、调节体内平衡

单核苷酸

植物生长调节剂

六大类植物激素

生长素

细胞分裂素

赤霉素

脱落酸

乙烯

油菜素内酯

生长素/细胞分裂素相互作用

生长素－细胞分裂素比率关系，用于组培中决定芽和/或根的形成细胞分裂素对生长素的浓度比值高时，倾向于形成芽

生长素细胞分裂素的浓度比值高时，倾向于形成根

两种激素的比值处于中间水平时增强愈伤组织的形成

附加物:

胶凝剂

螯合剂

渗透剂

活性炭

其他

天然添加物

椰乳,水解酪蛋白,酵母提取液

作用：提供天然微量营养成分、生理活性物质和生长调节剂等

缺点：成分不确定，影响实验重复性