第三章 植物组织培养的基本原理
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4、愈伤组织形态发生
(1)过程:外层细胞分裂,逐渐减慢并停止;内部较 深处的细胞开始分裂,而且分裂方向也发生改变,形 成维管化组织和瘤状结构。 (2)形态发生方式:器官发生和体细胞胚胎发生。
愈伤组织的器官发生
愈伤组织的器官发生
愈伤组织的胚胎发生
体愈 伤白 胚织色 状织紧 体 实 萌 型 发从愈 再愈伤 牛伤组 植织织 株织 诱黄 导白 的色 胚松 状软 型 C ;D :E-F
(3)器官水平再分化 : 依起源不同,分器官型(Organ )和器官发生型 (Organogenesis )。
– 器官型:直接由外植体细胞形成器官原基,继而发育成
器官;
– 器官发生型:外植体先形成愈伤组织,再由愈伤组织产
生不同的器官原基。
(4) 植株再生:根和茎(包括其变态器官)或芽器官 的发生可使植株重建。
细胞分化在DNA水平上的体现
新 种 的 特 征 带 谱 带 变 异
SSR
在DNA水平复制上的差异
颖 果 作 外 植 体 愈 伤 组 织 分 化 芽
.
第二节 离体条件下植物器官的发生
一、脱分化(Dedifferentiation)
1、概念:
也称去分化,指离体条件下生长细胞、组织或 器官经过细胞分裂或不分裂逐渐失去原来的结构和 功能而恢复分生状态,形成无组织结构的细胞团或 愈伤组织或不分化细胞的过程。 如叶柄基部的薄壁细胞成为离层细胞;伤害导 致局部细胞形成愈伤组织。
全能相对性的启发在离体培养的选材上,尽可能
选取分生组织的部位。
将实验目的与外植体生长发育状态(“决定”状态)
相结合,创造良好的离体条件。
合理使用生长调节物质。
二 、细胞分化(Cell differenห้องสมุดไป่ตู้iation)
1、概念
(1) 分化:是指植物体各个部分出现异质性的现象,
包括细胞分化、组织分化和器官分化。 (2)细胞分化:指导致细胞形成不同结构,引起功能 改变或潜在的发育方式改变的过程。 细胞分化是组织分化和器官分化的基础,是植株离 体再生的基础。
脱分化(Dedifferentiation):已分化的植物细胞 要表达全能性,必需先脱分化,使细胞恢复到胚性阶段。 生长素尤其是2,4-D对脱分化具有重要作用。
2,4-D浓度高时,诱发不均等分裂;而浓度低时,只 诱发均等分裂。一旦发生不均等分裂,细胞就对生长素 失去敏感性,在无生长素的条件下能自发形成体细胞胚。
2、植物细胞分化的某些规律和机理
(1) 细胞分化基本分为形态结构分化和生理生化分化 两类,生理生化分化在形态结构分化之前。 (2)分化与极性(Polarity)关系密切。 (3)生理隔离或机械隔离在细胞分化中有促进作用。 (4) 细胞分裂对细胞分化具有重要作用。
(5)植物生长调节剂有明显调节作用。如生长 素与分裂素比值,高,促进生根;低,芽。 (6)染色体和DNA的变化对细胞分化影响较大。 如DNA 差异复制。
不同部位产生不同脱分化效果
二、再分化(Re-differentiation)
1、概念 :指离体培养的植物细胞和组织可以由脱分化
状态重新进行分化,形成另一种或几种类型的细胞、组 织、器官,甚至形成完整植株。
(1)细胞水平再分化:首先是细胞壁变厚、假导管细胞 的形成,以及酶水平的变化和明显的机能分化,从而形 成各种类型的细胞。 (2)组织水平再分化:在高水平生长素条件下,最常见 的是维管组织(Vascular tissue)的分化. 松散的愈伤组 织内含大量拟分生组织或瘤状结构;致密的愈伤组织内 组织分化很少,大多由高度液泡化的细胞组成。
:H
(1)注意松散型愈伤组织,表明晶莹透明的发生过程。 (2)如果需要维持生长,应注意愈伤组织的驯化现象, 尽量暗培养,可不断地降低降低生长素的浓度。
全能性的表达
2007年3月26日
器官发生再生植株的方式大致有:
A 先形成芽,芽的基部后产生根; B 先形成根,根上再出芽;
C 愈伤组织的不同部位形成芽和根,然后形成微管束 组织把两者结合起来.
一些变态茎、叶器官,离体培养易于形成相应的变
态器官。
2、影响细胞再分化因素:
从理论上讲,在离体培养条件下经过再分化可获 得各种类型的细胞、组织、器官以及再生植株。但是 目前,还不能使所有植物的活细胞都再生植株。主要 原因是: (1)不同植物种类再分化的能力差异较大;
第三章 植物组织培养的基本原理
第一节 植物细胞全能性和细胞分化
一、植物细胞全能性(Totipotency)
1、植物细胞全能性:1902年由Haberlandt提出,即 植物体细胞在适当的条件下,具有不断分裂和繁殖、发 育成完整植株的能力。
20世纪80年代,认为每一个植物细胞具有该植物的 全部遗传信息,在适当条件下可表达出该细胞的所有遗 传信息,分化出植物有机体所有不同类型细胞,形成不 同类型的器官甚至胚状体,直至形成完整再生植株。 植物细胞全能性的证明是通过1958年Steward等胡萝 卜根段细胞体胚发生试验及1964年Guha等进行的曼陀罗 花药培养。
2、愈伤组织的生长
(1)生长:诱导期后,外植体外层细胞分裂,在组织 受伤表面形成一层愈伤组织, Callus的细胞数目迅速增 多,表层细胞平均重量下降,体积变小;降低温度,可 以使细胞生长速度减慢,平均大小可增加。 (2)质地类型:松脆和致密两种。 高浓度生长素,可 使Callus变得松脆;高浓度细胞分裂素,则可使致密。 (3)生理生化变化: RNA,同工酶谱带,次生物质合成能力,对激素的驯 化(1年或继代培养10代以上)。
从 一 个 细 胞 发 育 成 一 个 植 株
2、全能性表达:少数体细胞在发育过程中可能丢失
或增加一部分遗传物质,因而失去全能性。如筛管细胞,
它在发育过程中失去细胞核,因而没有全能性。 由于目前还无法使所有的离体植物细胞都实现其全 能性。多数情况下只是分生组织等的细胞能实现。
离体材料在一定条件下仍将按原有的动态平衡关系 进行生命活动,表现其全能性。 决定(Determination):植物体是由各个层次或小 系统如基因水平、细胞水平、器官水平构成的生命大系 统,系统内和系统间协调运行不仅是维持植物生长的先 决条件,而且它们的动态平衡关系还制约着其发育进程。 全能性表达条件之一:细胞的孤立是诱发全能性表 达的重要因素。
不同生长素浓度出愈伤率
不同类型的愈伤组织及其分化
3、愈伤组织的保持 – 转接
在多数情况下,随着继代培养代数增加和培养时 间的延长,Callus长势下降、褐变、分化和形态发生 能力下降、降低甚至死亡。 主要原因:遗传因素,染色体畸变、基因突变; 生 理因素,细胞或组织内激素平衡的改变,细胞对外源 生长物质的敏感性改变. 后者可以通过调控培养条件而 恢复。
(2)对某些植物再生条件还没有完全掌握。
三、愈伤组织(Callus)培养
1、愈伤组织形成
在脱分化的过程中,多形成Callus, 其细胞结构多是异质 性的,无明显极性。 • (1)诱导期:细胞准备进行分裂, 细胞大小几乎不变, 生理生化变化大,迅速合成蛋白质和核酸。 • (2)分裂期:外层细胞分裂,中间细胞常不分裂,形成 小芯。细胞分裂快,结构疏松,缺少结构,浅而透明。在 原培养基上,细胞会发生分化,及时转移,其可无限制地 进行细胞分裂,维持不分化状态。 • (3)分化期:停止分裂的细胞发生生理代谢变化,出现 形态和功能各异细胞。
2、脱分化的机理
机理尚未完全阐明。一般认为脱分化过程中细胞
膜透性改变,细胞核增大,内质网范围扩大,多核糖 体形成,过氧化物酶增加,蛋白质和酚类物质合成活 跃等。
黄瓜子房组织经脱分化形成胚性愈伤组织
3、影响脱分化的主要因素
(1)损伤。 切割损伤的刺激,促使细胞增殖。 (2)在诱导愈伤组织时常加入生长素类,但同时配合细 胞分裂素的效果可能更好。 (3)弱光或黑暗条件有利于脱分化中的细胞分裂。 (4)细胞位置. 外植体本身的各类细胞可能对培养条件 的刺激有不同的敏感性。 (5)外植体的生理状态。不同生理年龄和不同季节都会 有不同的培养反应。 (6)植物种类的差异。 一般双子叶植物比单子叶植物 及裸子植物容易。