第五章 植株再生的教案

河南科技大学教案

课程名称植物组织培养技术计划学时 2 第五章再生植株的获得

授课章节

教学目的和要求：

通过本章学习，1.了解细胞全能性的含义；2．掌握愈伤组织形成过程中几个阶段的典型变化；3．一般掌握不定芽与胚状体发育成完整植株的主要差异；4．掌握由胚状体形成完整植株的主要特征；5．掌握植物生长物质对愈伤组织再分化的调控作用

教学基本内容：

一、植物细胞的全能性；二、愈伤组织的培养；三、再生植株的获得

教学重点和难点：

愈伤组织形成过程和植株再生的途径

授课方式、方法和手段：

多媒体教学，讲授

作业与思考题：

1、名词解释：植物细胞的全能性；脱分化；再分化；愈伤组织

2、愈伤组织形成过程分几个时期，每个时期愈伤组织有哪些变化？

3、愈伤组织再生有哪两个途径，它们的主要区别？

一、植物细胞的全能性

所谓植物细胞的全能性: 是指任何具有完整细胞核的植物细胞，都拥有形成一个完整植珠所必须的全部遗传信息和发育成完整植株的能力。

植株再生途径：

脱分化愈伤组织再分化

外植体再生植株

器官（根、芽）

几个需要了解的概念：

1. 愈伤组织(callus）,原指植物在受伤之后于伤口表面形成的一团薄壁细胞．

组织培养中，则是指在人工培养基上由外植体组织的增生细胞产生的一团不定形的疏松排列的薄壁细胞．

2. 分化(differentiation)：细胞在分裂过程中发生结构和功能上的改变，从而在个体发育中形成各类组织和器官完成整个生活周期。

3.脱分化(dedifferentiation):

已分化好的细胞在人工诱导条件下，恢复分生能力，回复到分生组织状态的过程。

4.再分化(redifferentiation):

脱分化后具有分生能力的细胞再经过与原来相同的分化过程，重新形成各类组织和器官的过程。

二、愈伤组织的培养

（一）愈伤组织形成的条件

1、外植体

植物的形成层、皮层、髓、次生韧皮部及木薄壁组织和表皮等都能形成愈伤组织，所以一般认为诱导愈伤组织成败的关键不在于植物材料的来源，而在于诱导的条件。

但是植物不同组织脱分化能力不同。

越幼嫩的组织脱分化能力越强。所以在决定选用一个合适的材料时，必须考虑以下一些因素：

①取材部位；

②取材植株的质量：植株健壮，生理状态良好。

③离体材料（外植体）的大小；切块的具体大小一般在0.5厘米左右，太小时产生愈伤组织的能力弱，太大时，又会在培养瓶中占地方太多，且易污染。

2) 培养条件 a.培养基和植物生长调节物质，b.培养方式：固体培养和液体培养，c.外部环境（光、温度）

植物生长调节物质是诱导愈伤组织极为重要的因素。用于诱导愈伤组织形成的常用的生长素是2,4－D、IAA和NAA，所需浓度在0.01～10mg·L-1范围内，如诱导玉米胚愈伤组织发生的培养基为MS+8mg·L-12,4－D+1mg·L-1NAA，在很多情况下，单独用2,4－D就可以成功地诱导愈伤组织发生，但是2,4－D浓度过低（10-3mg·L-1）时，生长会受到抑制；常用

的细胞分裂素是激动素和6-BA，使用的浓度范围在0.1～10mg·L-1。一般情况下，生长素和细胞分裂素对保持愈伤组织的快速生长是必要的，特别是两者结合应用时，能更强烈地刺激愈伤组织的形成。

（二）愈伤组织形成过程

从单个细胞或一块外植体形成典型的愈伤组织，大致要经历三个时期：

阶段1、诱导期

是细胞准备恢复分裂的时期；是愈伤组织形成的起点。

诱导期细胞的特点：处在静止状态的成熟细胞通过一些刺激因素和激素的诱导作用，使其合成代谢活动加强，迅速进行蛋白质和核酸物质的合成。细胞大小变化不大。

诱导期代谢变化：1)在切离和培养后的几秒钟内，细胞的气体交换迅速增加。2)多聚核糖体的不断增加，到有丝分裂前，每个细胞中的RNA含量增加到30%。3)蛋白质也发生周期性积累，每个分裂细胞的总增加量约为200%。4)酶活力增加，DNA聚合酶活力增加；与代谢有关的酶类，如己糖激酶和一些脱氢酶的活力增加。

诱导期的长短，因植物种类和外植体的生理状况和外部因素而异。如菊芋的诱导期只要22h，而胡萝卜需要几天时间，若菊芋块茎经5个月的贮藏，诱导期则须延长到40h。

阶段2、分裂期

指细胞通过一分为二的分裂，不断增生子细胞，即发生脱分化的过程。

经过诱导期之后，外植体外层细胞开始迅速分裂。在这一时期由于细胞分裂的速度大大超过了细胞伸展的速率，细胞体积迅速变小，逐渐恢复到分生状态。

1）特点：

1．细胞的数目迅速增加。胡萝卜培养7天后，细胞数可增加10倍。

2．每个细胞平均鲜重下降。这是由于细胞鲜重的增加不如细胞数目的增加快的缘故。

3．子细胞具体积小，内无大液泡的特点，和根茎尖的分生组织细胞一样。

4．细胞的核和核仁增大到最大。

5．细胞中 RNA含量增高，RNA含量最高时，标志着细胞分裂进入了高峰期。

6．组织的总干重、蛋白质和核酸含量逐渐增加，新细胞壁的合成极快。

2）此时愈伤组织的形态特征：细胞分裂快，结构疏松，缺少有组织的结构，维持其不分化的状态。

影响因素：脱分化因植物种类和器官及其生理状况而有很大差别，如烟草、胡萝卜等脱分化较易，而禾谷类的脱分化较难；花器官脱分化较易，而茎叶较难；幼嫩组织脱分化较易，而成熟的老组织较难。

3）愈伤组织生长特点：愈伤组织的增殖生长只发生在不与琼脂接触的表面，而与琼脂接触的一面极少细胞增殖，只是细胞分化形成紧密的组织块。因此，由于愈伤组织的迅速增殖，组织小块变成了一个不规则的馒头状的块状结构。它是愈伤组织表面或近表面瘤状物生长的结果。

4）愈伤组织的继代培养：愈伤组织块若在原培养基上继续培养，由于其中营养不足或有毒代谢物的积累，会导致愈伤组织块停止生长，直至老化变黑死亡。因此，若要愈伤组织继续生长增殖，必须定期地（如2～4星期）将它们分成小块，接种到新鲜的原培养基上继代培养，愈伤组织可长期保持旺盛的生长。但是长时间的继代培养的细胞会出现染色体丢失，从而影响愈伤组织的再分化。