第2节植物体细胞胚胎发生

植物体细胞胚胎发生和诱导器官发生相比具有明显
的特点：
1、具有两极性
2、存在生理隔离
3、遗传性相对稳定
4、重演受精卵形态发生的特性
二优点
数量多 速度快 结构完整
三、体细胞胚胎发生的方式
**植物组织培养过程中植物体细胞胚胎途径可 归纳为两类：直接途径和间接途径。 **直接途径是直接从原外植体不经愈伤组织阶 段发育而成 **间接方式是体胚从愈伤组织或悬浮细胞、有 时也从已形成的体胚的一组细胞中发育而成， 如香雪兰（Freesia refracta）花序外植体经 直接体细胞胚胎发生途径形成再生植株。 **外植体形态学极性决定体细胞胚胎发生，所 有体细胞胚都出现在花序轴切段的原形态学下 端。
单倍体植株。
**体细胞胚或花粉胚都是指在植物组织培养中起源于
一个非合子细胞，经过胚胎发生和胚胎发育过程形成 的胚状结构，包括以下几点含义：
1、体细胞胚是组织培养的产物，区别于无融合生殖的 胚，只限于在组织培养范围使用； 2、体细胞胚起源于非合子细胞，区别于合子胚； 3、体细胞胚的形成经历胚胎发育过程，区别于组织培 养的器官发生中芽与根的分化。 胚胎发生过程：原胚期、球形胚期、心形胚期、鱼雷 形胚期和子叶形胚期
五、影响体细胞胚发生的因素


1、基因型与体细胞胚发生 基因型是影响体细胞胚发生的重 要因素，体细胞胚的诱导率和每个胚 性外植体上体细胞胚的发生率因基因 型而异。
（a）不同基因型体细胞胚诱导率； （b）不同基因型每个胚性外植体上体细胞胚的数目 图6.7 在相同培养基上Feijoa sellowiana Berg不同基因型体细胞胚诱导 （引自Miguel等，2001）
9.04
11.30
18.2b
3.6c
12.8b
2.2c
表 在具有不同浓度2,4-D的MS液体培养基上木豆 不同时期体细胞胚诱导率
2,4-D(μM) 收集细胞的 体积 (10th day) 0 2.8e 3.2d 体细胞胚发育时期 球形胚(%) 0 2.4e 7.6d 心形胚(%) 0 1.8e 2.4d 鱼雷胚(%) 0 1.2e 1.6d
2、植物激素与体细胞胚发生 **离体植物细胞在开始往往缺乏合成生长 素和细胞分裂素的能力，但是在大多数情 况下，这些细胞的分裂和分化以及形态建 成过程中又必需生长素和细胞分裂素两种 激素的共同作用。 **在培养介质中添加不同种类或不同浓度 的外源激素诱导形态发生已受到广泛的重 视。 **但最关键的是组织内部和体细胞胚发生 部位的内源激素代谢动态和平衡。
a) 胚 性 细 胞 第一次分裂； b-d) 原 胚 第 一次细胞分裂， 鳄梨树形胚柄 细胞仍保持单 个细胞； e) 胚 柄 细 胞开始增殖； f-k) 原 胚 和 胚柄发育的不 同 时 期 ； l) 球形体细胞胚。 (ep)= 原 胚 ； (s)=胚柄
图 仙人掌科体细胞胚胎早期发育（由单细胞形成 球形胚时期）
石龙芮下胚轴培养产生胚状体过程
1 茎尖培 养诱导形 成胚性愈 伤组织
MS培养基 附加 2.0mg/L 2,4-D
2 胚性 愈伤组 织悬浮 培养增 殖 MS培养 基附加 2.0mg/L 2,4-D
3 由细 胞集合 体形成 体细胞 胚 MS培养 基附加 2.0mg/L 2,4-D
4 体细 胞胚萌 发并形 成小植 株 MS培养 基附加 1.0mg/ L ABA
（2）外源激素与体细胞胚发生 ① 2，4-D与体细胞胚发生 2，4-D是诱导多种植物离体培养体细胞转变为胚性细胞的重 要激素。 单子叶植物和双子叶植物诱导体细胞胚胎发生时，所要求的 2,4-D的浓度不同，对单子叶植物而言，一般要求较高浓度的 2,4-D，其浓度范围为0.5-5mg/L，通常使用浓度为2mg/L； 而对双子叶植物而言，一般要求较低浓度的2,4-D，其浓度范 围为0.02-1mg/L，通常使用的浓度为0.1mg/L。 在体细胞胚胎发生的诱导阶段，培养基中必需添加2,4-D，而 在体细胞胚胎形成阶段，要降低培养基中2,4-D的浓度或去除 2,4-D，以保证体细胞胚的正常生长。 在胡萝卜细胞培养中，加入2，4-D后诱导一些特异性多肽或 蛋白质形成，当去除生长素后，这些多肽和蛋白质也随之消 失。但在诱导出胚性细胞后，及时除去培养基中的2，4-D， 胚性细胞在进一步分化和发育的同时释放糖蛋白GP65（65kDa）
表 在MS固体培养基上不同浓度2,4-D对木豆幼苗叶片 外植体诱导和原胚细胞形成的影响
2,4-D(μM) 0.00 2.26 4.52 6.78 Callus induction(%) 0.0 3.2d 7.4c 38.6a Proembryonic cell*(%) 0.0 3.4d 10.2c 37.4a
体细胞胚的产生
单细胞悬浮培养 原生质体培养 组织器官培养 体 细 胞 胚
花粉培养 合子胚 无融合生殖胚
花 粉 胚
非 合 子 胚
非 合 子 细 胞
**大量研究表明，大多数植物组织培养，单细胞悬浮 培养、原生质体培养和花粉培养中都观察到体细胞胚 胎发生或花粉胚胎发生（pollen embryogenesis） **前者为二倍体的体细胞产生的胚状结构 **后者是由小孢子或其分裂产物等单倍体细胞产生的 体细胞胚，通常称花粉胚（pollen embryos），可发育成
胚性细胞团特征：成簇、成团，体积小，细胞质致密
四.体细胞胚的结构与发育特点 体细胞胚多起源于一个胚性细胞,胚性细胞 经过首次分裂形成二细胞原胚,以后经过细 胞分裂形成多细胞原胚.在多数情况下,胚 性细胞的第一次分裂为平周分裂,形成的2 个子细胞,处于上部的顶细胞继续进行细胞 分裂形成多细胞原胚,而下部的基细胞成为 胚柄类似物.
（1）内源激素与体细胞胚发生
早在胡萝卜细胞悬浮培养体细胞胚发生中发现，2，4-D在诱




导胚性细胞早期是必需的，而且2，4-D是通过影响IAA结合蛋 白起作用，其实质是促进IAA结合蛋白的形成，提高细胞对 IAA的敏感性从而诱导胚性细胞的形成。 水稻细胞培养中也发现，由于2,4-D促进细胞内源IAA含量提 高进而诱导胚性细胞的形成，并认为内源IAA含量上升或维 持在较高水平，是胚性细胞出现的一个共同标志。 一些研究表明，ABA对植物体细胞胚的发生与发育具有重要作 用。 外源ABA与内源ABA对体细胞胚发生起到相互调节和促进的作 用，而且通过补充提高外源ABA，可以明显提高体细胞胚发生 的频率与质量。 荔枝体细胞胚胎发生早期的内源激素ABA与IAA和ABA与CTK （细胞分裂素）的质量比增大，将有利于荔枝体细胞球形胚 的形成。
3. 体细胞胚的体积明显小于合子 胚.在一些贮藏物质的含量上也存 在较大差异.如体细胞的干物质如 蛋白质,多糖等显著低于合子胚. 4. 体细胞不能有明显的脱水干燥 过程,因此体细胞胚的含水量比合 子胚要高得多
5. 体细胞胚还有一个明显的特点 就是没有休眠. 合子胚在胚胎发育 完全进入子叶期后,经过一系列物 质积累和脱水进入休眠,而体细胞 胚则直接形成植株.
0.00 1.12 2.26
3.38
4.52 5.64 6.78
4.6c
5.2b 5.6b 6.2a
20.2b
36.2a 18.6c 7.4d
8.2b
20.4a 6.6c 1.6e
5.2b
16.4a 3.6c 1.2e
Origin of embryoids in embryo-derived callus culture. (a) Single cells (arrow) and twocelled stage (double arrows). x137. (b)Four-celled stage (arrowhead). x137. (c) Multicelled proembryo containing eight to ten cells. x137 (d) Epidermized lobular stage. x34. (e) Heart shape embryoid that remain in the callus. X34. (f) Several compact embryoids in different stages of formation. x14.
**有的学者观察到体细胞胚来源于多细胞组成的胚性细胞复合
体，王亚馥等人也观察到这种胚性细胞团，但用同位素脉冲标
记实验即可证明这些细胞团也是由一个单细胞连续分裂而形成，
经进一步分化和分裂形成不同发育时期的体细胞胚，因而这些 体细胞胚实质也可能是起源于单细胞。当然也不排除有些植物
的体细胞胚的确是起源于多细胞，仍有待深入研究。
1 直接途径 直接发生体胚的来源细胞可以是外植体表皮、亚 表皮、幼胚、悬浮培养的细胞和原生质体。 一般认为直接方式发生体胚是由原先就存在于外植体 中的胚性细胞――预胚胎决定细胞（PEDCs）培养后 直接进入胚胎发生而形成体胚，如柑桔属的珠心组织 （在体内或离体情况）通过预胚胎决定细胞直接进行 体胚发生的最好例子. 2 间接途径 间接体细胞胚胎发生中，外植体已分化的细胞先 脱分化，并对其发育命运重决定而诱导出胚性细胞 ――诱导胚胎决定细胞（IEDCs），进而形成体细胞 胚。
第2节植物体细胞胚发生
Baidu Nhomakorabea
一、体细胞胚的概念
体细胞胚（somatic embryo）又叫胚状体，是指离体培 养条件下没有经过受精过程而形成的胚胎类似物。 胚 的 发 育 图
双子叶植物的胚胎发育过程
(A) 伸长期合子；(B) 合子经过第一次分裂, 产生1 个顶细胞(绿色)和一个 基细胞(粉红色)；(C) 四分体胚: 顶细胞经历2 次纵向分裂，产生含有4 个细 胞的胚体和2 个细胞的胚柄；(D) 16 细胞球形胚: 8 细胞胚的所有细胞经过1 次平周分裂, 产生包含8 个细胞的表皮原和8 个细胞的内部组织；(E) 早期心 形胚；(F) 心形胚: 子叶和胚根原基已经出现；(G) 成熟胚胎。 1: 顶细胞; 2 : 基细胞; 3: 胚根原细胞, 形成未来的ROC 和根冠中央区; RM: 根尖生长点; SM: 茎尖生长点
a 胚性叶片 愈伤组织；b 球形细胞；c 伸长细胞；d 两个细胞时 期； e 四个细胞时 期； f 原胚； g 球形胚；h 心形胚；i 早期鱼雷胚； j 成熟鱼雷 胚； k 不同时期的 体细胞胚；l 体细胞胚的 萌发； m 再生小植株。
图 木豆幼苗叶片愈伤组织悬浮培养体细胞胚发育过程
2 体细胞胚的多细胞起源
**总之，体细胞胚胎的发生是一个非常复杂的生理过程，仍 有许多问题尚需进一步研究。
大多数体细胞胚起源于单细胞,通过体细胞胚胎 形成的再生植株,其遗传特性相对稳定.而器官 发生途径的再生植株来源复杂,形成的个体常为 嵌合植株;
从体细胞胚形成的过程可知,体细胞胚的发育过 程与合子胚基本相同.但在形态结构和生理特性 与合子胚有一定的区别.
**在同一块愈伤组织或一个胚性细胞复合体上可以观察到多
个不同发育时期的体细胞胚，从单个原始细胞到多细胞的原 胚、球形胚、鱼雷胚直至具子叶的胚状体，这是由体细胞胚
发生和分裂的不同步所致。
A
B
香蕉心形体细胞胚
可可心形胚A和球形胚B
野胡萝卜的胚状体
A. 心形期胚状体 B. 成熟胚状体 C. 早心形期胚状体 D. 两个成熟胚状体共一个胚柄
四、体细胞胚的起源 **体细胞胚胎发生途径有直接途径和间接途径， 但无论哪一种发生途径，绝大多数研究报道认 为体细胞胚胎起源于单细胞,从多种植物中都 观察到单个胚性细胞，有不均等分裂的二细胞
原胚和均等分裂的二细胞原胚、多细胞原胚、
球形胚直到成熟胚。也有研究认为起源于多细
胞。
1 体细胞胚的单细胞起源
图 甘薯品种栗子香胚性愈伤组织诱导体细胞胚和再生小植株
胚性愈伤组织 颜色 表面 质地 胚性细胞的多少 细胞形态 细胞质 内含物 细胞核及核仁 淡黄 光滑 坚硬但易碎 大量 小，圆球形 浓厚，染色深 多 核明显，大，核仁 多
非胚性愈伤组织 白色 粗糙 松散，水渍状 极少或无 管状或不规则形 稀薄，染色浅 少 核小，核仁少，或 无核
1.合子胚在发育初期具有明显的胚柄, 而体 细胞胚一般没有真正的胚柄,只有类似胚柄 的结构.特别是那些发育初期类似于动物胚 胎发育途径的体细胞胚,这一点更为明显. 2.合子胚的子叶相当规范,可以作为分类的 依据,如单子叶植物只有一片子叶,双子叶植 物有两片子叶.而体细胞胚的子叶不规范,有 时具有两片以上的子叶.