第3章 植物组织与细胞培养

获得无病毒植株
三种假说： 能量竞争假说：病毒核酸和植物细胞分裂时DNA合成 均需要消耗大量的能量，而分生组织细胞本身很活跃， 其DNA合成是自我提供能量自我复制，而病毒核酸的 合成要靠植物提供能量来自我复制，因而就得不到足 够的能量，从而就抑制了病毒核酸的复制。 传导抑制假说：病毒在植物体内的传播主要是通过 维管束实现的，但在分生组织中，维管组织还不健全， 从而抑制了病毒向分生组织的传导。 激素抑制假说：在分生组织中，生长素和细胞分裂 素水平均很高，因而阻滞了病毒的侵入或者抑制病毒 的合成。 还有酶缺乏假说和抑止因子假说等。
无性系快速繁殖技术

特点：不受季节限制，用材少，速度快。 应用：主要用于繁殖率低的名特优植物 品种，使其保持原来优质品种的特性， 而不发生变异。
获得无病毒植株
郁金香碎色病毒
正常郁金香
染毒郁金香
获得无病毒植株
依据： 病毒在植物体内的分布具有不均匀性。 原理： 植物生长点有三处：根尖、茎尖以及花 器。怀特（White）在1943年发现植物 生长点附近的病毒浓度很低，甚至无毒。
植物组织与细胞的培养发展历史
3. 应用研究阶段 ①组织培养领域的研究迅速在世界各国 的有关实验室广泛展开。 ②技术体系更加完善。 ③形成了较为完整的理论体系。 ④研究目的性更加明确，并已广泛应用 到生物科学研究的各个领域 。
植物组织与器官培养


定义（P33） 在无菌条件下，将离体的植物器官（如根、 茎、叶、芽等）、组织（如花药组织）、细 胞（如体细胞）、胚胎、原生质体等培养在 人工配制的培养基上，给予适当的培养条件， 诱发产生愈伤组织、潜伏芽、或者长成新的 完整植株的一种实验技术。 由于整个过程是脱离母体，在试管中进行的， 也可称为植物的离体培养。培育出的植物也 叫“试管植物”。
植物组织培养的基本步骤
（5）芽与根的诱导，形成组培苗 愈伤组织经过增殖后，一般在上面会形成不定芽和侧 芽，但是却没有根系；于是再将其转入生根培养基中 进行生根培养。一个月后就能获得健壮的根系。这样， 一株完整的组培苗就形成了。
植物组织培养的基本步骤
植物组织培养的基本步骤
（6）组培苗的练苗移栽 实验条件和自然条件不同，在试管苗移栽入自然环境前，必须 先进行练苗。目的是让它逐步适应自然环境。 练苗：先把培养容器打开，在室内自然光照下放3天（从无菌环 境到有菌环境，从人造光到自然光）； 移栽：取出小苗，用自来水冲洗根系，再栽入基质中（沙子和 腐殖土，比例为1：1）。要适当遮阴，加强水分管理，湿度， 温度也都要适宜。（从培养基到自然基质）
植物组织培养的基本步骤
（3）制备外植体 在无菌环境下，将已消毒的材料剥去外表皮。然后切成0.2 cm厚的小 片。 （4）接种及愈伤组织的培养 接种：在无菌环境下，将切好的外植体立即接种在培养基上（培养愈 伤组织一般用固体培养基，加琼脂的），每瓶可接种4－10片。 封口：瓶或管用无菌药棉或盖子封口，若是培养皿，用无菌胶带封口。 在这种环境中大概培养15天后，在外植体周围就会形成愈伤组织。 增殖：在愈伤组织等形成后，需要继代培养。这个过程也就是扩大培 养的一个过程。把愈伤组织分株或切段后转入增殖培养基中进行增殖。
细胞工程
第三章 植物组织与细胞培养
植物组织与细胞培养
（1）植物组织与器官培养 （2）植物细胞培养
植物组织与细胞培养间区别（书上P31）
体现在三个方面： （1）定义 （2）应用 （3）培养方法

定义上的区别（P31）


组织培养是指从机体内取出组织或细胞， 模拟机体内的生理条件，在体外进行培 养，使之生存或生长成组织。 细胞培养是指动植物细胞在体外条件下 的存活和生长，它们并不能再形成组织。
植物组织与细胞的培养发展历史
2．培养技术建立阶段 植物组织培养建立了两个与培养技术有关的重要模式，一是培养 基模式，二是激素调控模式。 ①1934年，荷兰植物学家温特（Went）发现了生长素，叫吲哚乙 酸。之后，又发现各种生长素。 ②1937年，法国科学家高特里特（Gautheret）培养胡萝卜小块组 织，并使细胞增殖获得成功。 ③1948年，斯科克较好的解决了如何从离体组织或器官中诱导植 物再生的问题，并确定了腺嘌呤/生长素的比例是控制芽和根形成 的重要条件。 ④1953年，缪尔（Muir）分离得到单细胞，并通过看护培养使细 胞分裂生长，开创了单细胞无性繁殖的工作，建立了培养基模式。 ⑤1956年，米勒（Miller）发现了具有高度活力、能促进细胞分裂 和芽形成的物质，叫激动素。建立了激动素（分裂素）/生长素比 例控制器官分化的激素调控模式。比例高，产生芽；比例低，产 生根；适中，则维持生长，不分化。
愈伤组织培养的基本过程
（2）愈伤组织的生长 培养基：诱导培养基 不断更换新的培养基，使愈伤组织长期生长旺盛 （3）愈伤组织的分化和形态的发生 培养基：分化培养基 当外界条件满足时，愈伤组织可以再分化成为芽和根 的分生组织，并由其发育成完整植株。
植物组织培养的应用
主要体现五个方面（P41-44） 无性系快速繁殖技术； 获得无病毒植株； 新品种选育； 在遗传、生理生化和病理等研究上的应 用； 种质资源的保存。
愈伤组织培养的基本过程
（1）愈伤组织的形成(P36) 培养基：诱导培养基 形成过程： A. 启动期（诱导期）：主要是指细胞或原生质体准 备分裂的时期，需要在培养基中加入一定的诱导剂， 如：生长素：NAA（萘乙酸），IAA（吲哚乙酸）， 2,4-D(二氯苯氧乙酸)，细胞分裂素：BA（6－苄基嘌 呤）等。 B. 分裂期：开始分裂，并不断增生子细胞的过程。 如果是外植体，其外层细胞开始分裂，并使细胞脱分 化。 C. 分化期：细胞内部开始发生一系列形态和生理上 的变化，分化出形态和功能不同的细胞。
植物组织与器官培养

几个相关概念 （P33） （1）全能细胞：能够表达生物体基因组的任 何一种基因，并能分化出该生物体内任何一 种类型的细胞，进而发育为一个完全相同的 生物体。 （2）外植体：指植物组织培养中用来进行离 体无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、 细胞和原生质体。 （3）愈伤组织：在离体培养条件下，由外植 体组织增生的细胞形成的一团不定型的疏散 排列的薄壁细胞。愈伤组织具有全能性。
应用上的区别

组织培养主要用于植株的快速繁殖； 细胞培养主要是为了得到这些细胞的代 谢产物。
组织培养应用
大规模组织培养的现代郁金香
野生郁金香
细胞培养应用
野山参
人参皂苷
植物组织与细胞的培养发展历史
1．探索阶段（理论基础） ①1830年，施旺（Schwann）和施莱登（Schleiden） 提出细胞学说（cell theory），其核心内容是，细胞 是有机体，亦是生物体的基本结构单位。 ②1902年，德国植物学家哈伯兰德（Haberlanclt） 根据细胞理论，认为高等植物的组织、器官可以不断 分割，直到单个细胞。并且首次尝试分离植物进行培 养，但条件限制，没能成功。他也被誉为“植物组织 培养之父”。 ③1943年，美国科学家怀特（White）正式提出植物 细胞具有全能性。
植物组织与器官的生物反应器培养
b. 生物反应器大规模繁殖脱毒植物 两个阶段： 第二阶段：将扩增的外植体再切成小段，均匀接种在雾化反应器的 筛网上，继续扩增培养10天后，换成分化培养基，出芽，生根， 逐渐长大。
植物组织与器官的生物反应器培养
b. 生物反应器大规模繁殖脱毒植物 几个概念：
植物组织与器官培养

几个相关概念 （7）继代培养与原代培养：愈伤组织在培养 基上生长一段时间后，由于营养物枯竭、水 分散失，并积累了一些代谢产物。这些都不 利于继续生长。因此，需要将这些组织转移 到新的培养基上进行培养。这种转移称为继 代培养或传代培养。与之相对应的，原代培 养也称为初代培养，是从机体取得组织或细 胞后在体外进行的首次培养。
继代培养 完整植株
植物组织与器官培养
培养方式： 根据外植体的不同，分为：植株培养、 器官培养（根、茎、叶等）、组织培养 （愈伤组织） 根据培养的操作方法不同，分为：固体 培养和液体培养（振荡、旋转和静止培 养）
植物组织培养的基本步骤
（1）材料的采集(P34-35) 前提条件：所培养的组织细胞要有全能性。 就植物而言，具有全能性的组织细胞有三类：受精卵、 发育中的分生组织细胞（根尖，嫩茎，幼叶，花 等）、雌雄配子及单倍体细胞。在快速繁殖中，我 们一般采用茎尖，大小＜0.5 cm。

获得无病毒植株
唐 菖 蒲
新品种选育


优势：与传统的田间育种相比，利用植 物组织培养技术进行新品种选育，具有 效率高、周期短、纯度高等优点。 这一过程是结合其它相关技术如基因转 移、细胞融合、染色体工程等进行的。
在遗传、生理生化和病理等研 究上的应用

实践应用推动理论发展
种质资源的保存


农业生产是在现有种子资源的基础之上进行 的。由于各种原因（自然的，人为的），据 估计，每天都有75种物种从地球上永远消失。 有些无性繁殖的植物因为没有种子，长期以 来只能依靠田间种植来保存。现在利用植物 组培和低温保存技术来保存种子，可大大节 省人力，物力，还能延长保存期，防止病害。
针对气质传递问题： 针对光照问题：
需要在反应器周围加上光源。
植物组织与器官的生物反应器培养
（3）实例
a. 雾化生物反应器培养毛状根生产代谢产物—青蒿素
青蒿（香蒿）
黄花蒿（臭蒿）
植物组织与器官的生物反应器培养
青蒿素分子式
植物组织与器官的生物反应器培养
天山雪莲
植物组织与器官的生物反应器培养
b. 生物反应器大规模繁殖脱毒植物（P50） 两个阶段： 第一阶段：先将脱毒苗在固体培养基上继代培养，目的是组织扩增。
植物组织与器官的生物反应器培养