第三章 第二节 器官发生

运输实现的。

Liu等（1993）利用拟南芥幼胚培养体系，揭示了生长素极 性运输由球形胚期的轴向对称转向心形胚期的两侧对称的过 程。如果这一过程受阻，则导致子叶异常发育成筒状子叶， 而不是正常的2个子叶。
3.影响体细胞胚发生的因素


（1）、激素的调控作用
2,4-D是应用最为广泛的生长素。2,4-D的应用有着规律性的 变化，首先是在较高浓度下诱导胚性细胞的形成，然后在降
（二）、体细胞胚发生途径

体细胞胚的概念

体细胞胚的发生途径（方式）
体细胞胚的特点 体细胞胚形成的影响因素


1. 体细胞胚的概念

概念：离体培养下没有经过受精过程，但经过了胚胎发育过 程所形成的胚的类似物（不管培养的细胞是体细胞还是生殖 细胞），统称为体细胞胚或胚状体。

这一定义有以下几方面的界定：

（1）起始材料对器官分化的影响

母体植物的遗传基础：不同种属、品种培养效果
差异大（顽拗性）

总体上说，被子植物比裸子植物容易培养，在被子植物中 又以茄科、秋海棠科、景天科、苦苣苔科以及十字花科植 物培养成功的报道最多。

通常情况下，自然繁殖以无性繁殖为主的植物在培养条件 下也有较强的器官分化的能力 。
花 芽 营养芽，花芽
营养芽
(Tran Thanh Van等 ，1974)
（2）、激素对器官分化的影响

离体培养下的器官分化在大多数情况下是通过外源提供适宜 的植物激素实现的。 在众多的植物激素中，生长素与细胞分裂素是2类主要的植物 激素，在离体器官分化调控中占有主导地位。


生长素/细胞分裂素高 生长素/细胞分裂素低 生长素/细胞分裂素平衡
形成后，在只含1/2MS无机盐浓度的培养基中，体细胞胚形
3.影响体细胞胚发生的因素


（2）、培养基及培养条件的影响
糖浓度：体细胞胚发育后期降低蔗糖浓度，也有利 于胚的继续发育和提高体细胞胚的成苗率。

氧气：低O2利于体细胞胚形成（胡萝卜）
3.影响体细胞胚发生的因素

（3）、基因型的影响
马 铃 薯 不 同 基 因 型 体 细 胞 胚 形 成 能 力 比 较

水稻胚性细胞的诱导也证明，高浓度的2,4-D诱导细胞内IAA含
量升高，当加入外源IAA或阻止细胞内IAA渗出而提高细胞内 IAA含量时，均可促进胚性愈伤组织形成。
3.影响体细胞胚发生的因素


（1）、激素的调控作用
生长素不仅影响体细胞胚的早期发生，同时也影响体细胞胚 的后期发育。生长素对体细胞胚后期发育的影响是通过极性

离体培养下变异的特点 影响离体培养变异的因素 体细胞变异的机制 体细胞无性系变异的诱导和筛选
一、概念

Larkin和Scowcroft（1981）提出把由任何
形式的细胞培养所产生的植株统称为体细胞
无性系（somaclones），而把这些植株所 表现出来的变异称之为体细胞无性系变异 （somaclonal variation）。
低2,4-D的浓度下产生早期胚胎，一般在球形胚形成后，除
去生长素有利于体细胞胚的继续发育。

外源生长素的对体细胞胚产生和发育的调控是通过 调节内源激素的合成、代谢、极性运输和平衡而起 作用的。
3.影响体细胞胚发生的因素


（1）、激素的调控作用
细胞分裂素：研究报道较少，但几乎所有的有关体细胞胚胎 发生的培养基配方中，均有细胞分裂素的配合使用。

一些氨基酸可以代替还原态氮的作用。
3.影响体细胞胚发生的因素


（2）、培养基及培养条件的影响
无机盐：球形胚形成后，降低培养基无机盐浓度，可以显著 促进体细胞胚的进一步发育。

例：Choi等（2002）西伯利亚人参培养实验 Lee等（2001）胡萝卜体细胞胚试验 成可以比在MS培养基中高3－4倍。 表明当胚性愈伤组织
1、器官发生的途径

间接途径（经过愈伤组织阶段） 有3种方式：
先 根 芽 根 后 同 根 芽 步 发 生 （ 但 在 不 同 部 位
先芽后根
先根后芽
根芽同步发生（但在不同 部位即维管束不相连）
2、器官分化过程

由愈伤组织再分化器官一般要经过3个阶段：
(1)愈伤组织形成：脱分化阶段 细胞近圆形具液泡
（1）起始材料对器官分化的影响

母体植物的遗传基础：基因型对于培养反应的差异，器 官分化能力的差异大于愈伤组织诱导的差异。
不同基因型大豆上胚轴器官分化能力 （陈林梅，2001）
基因型 汾豆33 汾豆51 晋豆19 晋早125 愈伤组织诱导率（100%） 94% 92% 93% 91% 器官分化率（100%） 34% 16% 28% 12%

其一，体细胞胚是离体培养的产物，只限于离体培养范围使用，以区别
于无融合生殖胚；

其二，体细胞胚起源于非合子细胞，以区别于合子胚； 其三，体细胞经过了胚胎发育过程，以区别与离体培中器官发生形成个 体的途径。
2. 体细胞胚的发生途径（方式）

体细胞胚的发生首先在胡萝卜中发现，目前已在
30多科80余种植物中有发现。
（ 引 自 Seabrook Douglass 和 ， 2001 ）
思考题

1、名词解释：脱分化、再分化、愈伤组织、 体细胞胚 2、形态发生的类型及其特点。 3、影响形态发生的因素有哪些？


补充资料：离体培养下的遗传和变异

从对生物遗传的影响而言，细胞工程技术本身即包含了双重 性：遗传稳定性和变异性。
脱分化的结果： 愈伤组织
体细胞胚 转分化
第三节 形态发生途径

再分化（redifferentiation）：在离体条件下，当 细胞脱分化以后，无序生长的细胞及其愈伤组织要 重新进入有序生长进而才能再生个体，通常把离体
培养下的这一过程称为再分化。

生物个体形成：形态发生（morphogenesis）。

细胞分裂素在促进细胞分裂，维持细胞活跃生长中具有重要 生理功能，而完成体细胞胚胎发育细胞分裂是基本前提，当
胚胎结构建立后，细胞分裂素对于维持分生组织正常发育具
有重要作用。
3.影响体细胞胚发生的因素


（2）、培养基及培养条件的影响
氮源：体细胞胚的产生要求培养基中含有一定浓度的还原态
氮。

Vesco和Guerra在Feijoa植物体细胞胚诱导的试验证明，培 养基氮源影响体细胞胚的发生频率。在NH4+和NO3-（15:34） 的培养基中，每个外植体的体细胞胚可达10个以上，而培养 基只有NH4+或NO3-时，体细胞胚发生频率很低。
（3）、体细胞胚的特点

与器官发生形成个体的途径相比，体细胞胚发育再生
植株有三个明显的特点：


体细胞胚具有双极性（doulble polarity）；
生理隔离（physiological isolation）现象：体细胞胚形成后
与母体的维管束系统连系较少，后期脱落。

起源于单细胞，遗传稳定。
嵌合体
器官发生途径与体细胞胚途径的比较
（3）、体细胞胚的特点


与合子胚比较： 合子胚
胚柄 子叶 体积 贮藏物质 水分 具有明显的胚柄 规范（可以作为分类的依据） 大 干物质多 少
体细胞胚
一般没有真正的胚柄 常不规范 小 少
多（不能有明显的脱水干燥过程 ）

休眠
有
可直接形成植株
（3）、体细胞胚的特点
有利于根分化 有利于芽分化 利于愈伤组织形成
（2）、激素对器官分化的影响

离体培养中，外源激素在细胞内的吸收和代谢影响到激素 的活性从而影响其培养效果。

外源细胞分裂素被外植体吸收后，在细胞内被修饰和转化
形成活化形式和钝化形式。(一般认为，细胞分裂素自由碱
基形式是活性形式，而核苷形式为钝化形式。)
性很重要。

不能只借鉴别人的研究成果。
（3）、培养条件对器官分化的影响

基本培养基：目前已创有30种基本培养基，固态和液态培养 效果有差异。


光照：光照时间（周期）、光照强度、光质
连续的光照有利于培养细胞维管组织的形成，而一定的昼夜光照周期则 有利于极性建立和形态发生。

烟草，红光利于生根，蓝光促进茎芽分化。
roots）、不定芽（adventitious shoots）等器官
的过程。

器官发生的途径有两种：直接途径和间接途径。
1、器官发生途径

直接途径：不经愈伤组织阶段直接分化器官
外植体中存在器官原基 如芽原基

×

外植体中不存在器官原基 ：如非洲紫罗兰叶片培养时，由叶 肉细胞直接再生芽。

间接途径：经过愈伤组织阶段（多数）

代表：胡萝卜 形成过程
悬浮系 胚性细胞团（两种细胞，胚性细胞表现为体积小、成
胚胎发生培养基 外周细胞不均等分裂
簇存在、胞质稠密）
靠近细胞团的大细胞形成胚柄类似物，远离细胞团的小细胞形成原胚。
（引自Choi等，1997）
胚性愈伤组 织
悬浮培养的 胚性细胞团
愈 伤 组 织
球性胚形成
胚成 熟 子 叶
例：胡萝卜体细胞胚发生过程

直接途径 间接途径
（1）、直接途径

直接途径：由外植体直接诱导分化形成。

大多数外植体为 叶片，如山茶、槐树子叶培养； 茎 如石龙芮； 胚 如柑橘属植物珠心细胞
例：兰草叶片体细胞胚直接发生
1.诱导阶段
2. 胚胎发育阶段 （引自Chen等,1999）
（2）、间接途径
经过愈伤组织的体细胞胚形成

数量多 结构完整
稳定性好
3.影响体细胞胚发生的因素
激素的调控作用
培养基及培养条件的影响
基因型的影响
3.影响体细胞胚发生的因素


（1）、激素的调控作用
生长素对体细胞胚的形成有决定性的作用。
Ribnicky等在胡萝卜上胚轴培养中证明，体细胞胚形成初期细 胞内具有较高浓度的游离态生长素。

生长素进入细胞后，一部分以游离状态存在（活性形式）， 另一部分则与氨基酸结合形成生长素－氨基酸复合体（钝 化形式）。结合氨基酸多为天门冬氨酸、谷氨酸。
（2）、激素对器官分化的影响

外源激素通过调节内源激素的平衡状态而控制器官 发生，而不同材料由于基因型不同和生理状态不同
具有不同的激素水平，因此组织培养中实验的重复
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（1）起始材料对器官分化的影响

外植体的类型 (概念?)

来源于生长活跃或生长潜力大的组织、器官的细胞更有利于 培养 。


以幼嫩组织为材料无论是诱导还是分化均较容易。
无性繁殖植物以自然繁殖器官为外植体更易成功。
（1）起始材料对器官分化的影响

外植体的类型：外植体选取合理与否，不仅影响培 养的难易，甚至影响分化的程度和器官类型。
(2)生长中心形成：愈伤中出现类似形成层的细胞群（生长
中心），细胞体积小，液泡消失

(3)器官原基、器官形成：生长中心的某些细胞分化为管
状细胞进而形成维管组织，最后分化出器官原基
2、器官分化过程
芽 形 成
生长中心 芽形成
3、器官分化的影响因素

起始材料对器官分化的影响

激素对器官发生的影响 培养条件对器官发生的影响
第三章 细胞全能性与形态发生

细胞的全能性及其实现途径 脱分化与再分化 形态发生途径 器官发生途径
体细胞胚途径


前言：细胞全能性的实现


细胞实现全能性的过程：通过脱分化和再分化
脱分化（dedifferentiation）：培养条件下使一个已分化的
细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程。

二. 离体培养下变异的特点
变异的局限性 变异 的普遍性
嵌合性
二. 离体培养下变异的特点

1. 变异的普遍性（引自李宝健和曾庆平，1990）
间 接 发 生
经过悬浮细胞的体细胞胚形成
①、经过愈伤组织的胚胎发生

形成分为三个阶段：

诱导愈伤组织形成
诱导愈伤组织胚性化
高浓度生长素
需要降低生长素浓度

体细胞胚形成
进一步降低
愈伤组织胚性化 诱导 愈伤 组织 形成
球性胚形成
子叶胚期
（引自Lin等，2000）
②、经悬浮培养的体细胞胚发生


温度：
（3）、培养条件对器官分化的影响


光照：
光照对器官发生的调节可能与调节培养物的内源激素平衡有 关，光照还可能影响生长素的信号转导系统，调整生长素的 极性运输，从而引起器官分化。 光质对器官分化的影响可能与光受体精确调节系统有关。


培养条件下，光照的作用更大程度上是调节细胞的分化
状态，而不是合成光合产物。
（形态发生指由细胞再生植株的过程）
第三节 形态发生途径

器官发生途径

体细胞胚发生途径
第三节(1)


器官发生途径
主要内容：
器官发生的途径（重点） 器官分化的过程 影响器官分化的因素（重点）
叶片
愈伤组织
（一）、器官发生方式

植物的离体器官发生：是指培养条件下的组织或细
胞团（愈伤组织）分化形成不定根（adventitious