第四章离体培养的类型

第四章离体培养的类型

第一节细胞的分化和器官分化

一、植物细胞的全能性与细胞分化

植物细胞全能性指植物体的每个体细胞或性细胞，在一定离体培养条件下都具有再生成完整植株的能力。植物细胞的全能性不仅在理论上完全得到证实，而且也为植物组织培养在实践上的应用奠定了基础。

植物细胞脱分化是已分化的细胞在一定因素作用下，重新恢复分裂机能，并改变其原来的发展方向而沿着一条新的途径发育的过程。

不但植物体细胞可以表现全能性，花粉在培养条件下也可能进行脱分化，通过愈伤组织或胚状体发育成单倍体植株。

细胞分化是指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，是多细胞生物体形态发生的基础，是植物形态建成中的一个核心问题，是一个基因型的细胞所具有的不同的表现型，没有细胞的分化就没有形态建成。植物发育和细胞分裂、生长、分化有时间和空间上的必然联系。植物的任何一个生活细胞都具有全能性，但每一个细胞在其整个生活周期中，只能表达其基因库中的极小部分内容，而各个细胞在不同的时间、空间和内外条件下表达的内容不同，因而就表现出机能和形态上的差异。

细胞脱分化的诱导需要许多外界因素的作用。任何一个分化的细胞都具有保持分生组织状态的潜力，但在一般条件下处于受抑制的状态，通过外界因素的作用，消除抑制作用就可以使细胞恢复分裂。在各种外界因素中，外源激素对脱分化起重要的作用。有些植物的外植体只需加入生长素IAA、NAA或2，4-D就可以诱导细胞的分裂与生长，如菊苣；有的只需加入加细胞激动素类，如大豆、萝卜；另一类需加生长素和细胞激动素类，如烟草髓、胡萝卜、马铃薯；还有一类不需加任何激素就能诱导外植体细胞脱分化和再分化，如冠瘿组织，烟草肿瘤组织。

在离体和活体条件下，在植物细胞分化中主要强调维管组织的分化（xylem,phloem）, 尤其是木质部的分化。在一个完整的植株内，组织的分化是以一个固定的方式进行的，然后形成特定的器官，然而愈伤组织培养物，缺少维管组织部分，为研究不同化学和物理因素对维管组织分化的作用提供了有价值的系统。两种物质，即生长素和蔗糖，是影响维管组织分化的主要因素，而细胞激动素和赤霉素则启动细胞分化形成木质部组织。通常，低浓度的生长素（0.05mg/L）刺激木质部形成，而且生长素的浓度和木质部分化的程度之间呈负相关关系。生长素对维管组织的分化似乎与糖的存在密切有关。在低浓度生长素存在条件下，不同浓度的蔗糖可以改变愈伤组织中木质部和韧皮部形成的相对量（表1）。所以，生长素和蔗糖浓度决定愈伤组织中维管束的类型与数量。

除蔗糖外，其它的糖类，如葡萄糖（glucose）、果糖（fructose）、麦芽糖（maltose）、海藻糖（trehalose）也用于促进维管的分化。在木质部分化过程中激动素和赤霉素也起到一定的作用，此外，也认为光和温度，物理因素对维管的分化也有作用。

二、器官的分化

离体研究表明，植物细胞的全能性并不仅仅局限在几种植物上，大多数植物种类在适宜的条件下都具有分化的潜力。对于由细胞或愈伤组织获得的完整再生植株而言，细胞分化是不够的，还需通过细胞分化而导致芽和胚形成。这一过程的发生或者通过器官形成，或者通过体细胞胚的形成而完成。在器官发生过程中，愈伤组织内单极性结构（根或芽）具有与预先存在的维管组织相连接，而体细胞胚发生途径，两极性结构（根和芽）不具有维管组织连接。

第二节植物离体培养的类型

植物组织培养的类型包括种子培养、胚培养、细胞培养、愈伤组织培养、芽培养、器官培养、原生质体培养和茎尖培养。

种子培养（Seed culture）是指在离体条件下通过种子获得苗或植株的培养。

胚培养（Embryo culure）是指离体成熟胚或幼胚的培养。

器官培养（Organ culture）是指离体植物器官的培养，可以包括不同的类型，如茎尖、shoot tip，芽培养、根培养和花药培养。

愈伤组织培养（Callus culture）是指在离体条件下由外植体分化的组织脱分化形成愈伤组织的培养。

细胞培养（Cell culture）是指保持较好分散性的离体细胞或很小的细胞团的液体培养。

原生质体培养（Protoplasm culture）是指利用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁而获得的完整的具有活力的原生质体的培养。