植物組織培養,得到完整植株的途徑,一、植物組織培養的概念,植物組織培養：是指在無菌條件下利用人工培養基對離體的植物器官、組織、細胞、原生質體等進行的培養。,外植體（explant）：由活體植物體上切取下來的，用于組織培養的各種接種材料。包括各種器官、組織、細胞或原生質體等。愈傷組織（callus）：原指植物受傷后在傷口表面形成的一團薄壁細胞；在組織培養中，是指在人工培養基上由外植體形成的一團無序生長的具有旺盛分裂能力的薄壁細胞。,二、植物組織培養的類型,按培養材料分為：愈傷組織培養最為常見的組織培養器官培養胚、胚乳、珠心、子房、根、莖、葉花和幼果的部分組織的培養懸浮細胞培養莖尖分生組織培養原生質體培養,矮牽牛莖尖離體培養培養,大蒜根尖培養及植株再生,微型月季莖段離體培養,葉誘導愈傷組織,臺灣百合離體培養,菊花體細胞胚胎發生及植株再生,矮牽牛莖尖離體培養培養,牡丹成熟胚的離體培養與快速繁殖,優化培養基無蔗糖1%蔗糖5%蔗糖,無BAPBAP0.1mg/lBAP5.0mg/l無NAA,非洲紫羅蘭葉片培養,人工種子（Artificialseed，SyntheticSeed）：是指植物離體培養產生的胚狀體或不定芽被包裹在含有營養和保護功能的人工胚乳和人工種皮中，從而形成能發芽出苗的顆粒體。作為繁殖材料。,3、根據培養基的類型分為:（1）固體培養（Solidculture）:瓊脂、卡拉膠等固化。（2）半液半固體培養(SemisolidCulture)：固液雙層。（3）液體培養(LiquidCulture)：震蕩、旋轉或靜置培養。,固體培養：,液體培養,三、植物組織培養技術的理論基礎植物細胞的全能性(Plantcellulartotipotency）從理論上講，植物體的每個生活細胞都具有該植物體的全部遺傳信息，在特定的離體培養條件下，具有發育成完整植株的潛在能力。,外植體,脫分化,愈傷組織,再分化,不定芽,不定根,再生植株,器官發生途徑,直接器官發生間接器官發生,通過器官發生形成再生植株大體上有三種方式:,第一種方式是先芽后根;第二種方式為先根后芽;第三種方式是在愈傷組織的不同部位形成芽和根，再通過維管組織的聯系形成完整植株。,2.體細胞胚胎發生途徑（胚狀體發生途徑）：,是指在愈傷組織中產生出一些與種子中的胚相似的結構，即同時形成一個有苗端和根端的雙極性結構，而發育成再生植株的途徑。,魔芋胚狀體,胚狀體發生途徑,外植體,脫分化,愈傷組織,再分化,胚狀體,再生植株,愈傷組織器官發生途徑,小麥,植物組織培養再生植株的途徑,四、植物組織培養技術的發展歷史1、早期探索階段（1930年以前）1893年，Schwann和Scheiden提出細胞學說及植物細胞全能性理論。1902年，德國植物生理學家Haberlandt第一次嘗試采用植物組織培養技術對小野芝麻、風眼蘭葉肉組織及萬年青屬植物的表皮細胞進行培養，但未能培養成活。1904年，Hanning首次對十字花科的蘿卜和辣根的胚培養成功。1922年，Knudson將蘭花種子在離體的條件下非共生萌發。同年，Knotte和Robbins對離體根尖進行了培養。Robbins還對豌豆、玉米及棉花的莖尖進行了培養，只形成一些缺綠的葉和根。1925年，Laibach利用胚培養技術對亞麻的種間雜種胚進行了培養，并于1929年利用亞麻的胚培養來克服雜交不親和性。,2、植物組織培養技術的初步形成（1930-1960年）1933年，我國植物生理學家李繼侗培養銀杏胚胎，并發現銀杏胚乳提取液可促進離體胚的生長。1937年，White發現B族維生素對離體根培養的重要性。并指出IAA對植物生長發育的控制起重要作用。1937,1938年，Gantheret在培養基中加入上述生長因子，使得柳樹形成層誘導形成的愈傷組織連續生長。Nobecomt對煙草種間雜種莖段的形成層細胞培養也得到了類似的結果。1948年，Skoog等通過對煙草莖段和髓培養發現，不定芽和不定根的發生由生長素/腺嘌呤的比例決定。1950年，Ball從紅杉愈傷組織培養中再生獲得器官。,1952年，Morel和Martin通過分生組織培養獲得大麗花的脫毒植株，同年，首次應用微型嫁接技術。1953年，Tuleche首次從花粉培養中獲得銀杏的單倍體愈傷組織。1955年，Miller等發現了一種促進細胞分裂的植物激素激動素，后來發現激動素可用來代替腺嘌呤促進芽的形成，而且其效力比后者高3萬倍。1957年，Skoog和Miller發現改變細胞分裂素/生長素比例，可以控制根和芽的發生。1958年，Maheshwari和Rangaswamy從柑橘胚珠的珠心組織培養中再生獲得體細胞胚；同年，Reinert和Steward分別從胡蘿卜的愈傷組織和細胞培養中再生得到原胚，為以后的組織培養中器官發生和體細胞胚胎發生奠定了基礎，也為植物細胞全能性理論提供了證據。,3、植物組織培養技術的發展（1960年以后）1960年，Morel利用蘭花莖尖培養對蘭花進行營養繁殖；1962年，Murashige和Skoog開發出最著名的Murashige和Skoog培養基（MS基本培養基），并被后來廣泛采用的基本培養基。1964年，印度人Guha和Maheshwari利用曼陀羅花粉培養獲得第一例單倍體植株。從而開辟了單倍體育種技術。1971年，Takebe等獲得第一例原生質體培養的再生植株。1972年，Carlson等利用原生質體融合在兩個煙草屬中進行種間雜交。1974年，Murashige等利用細胞分裂素誘導莖尖側芽分枝。Zaenen和Larebeke分別發現土壤農桿菌（Agribacterium）中的根瘤誘導的主要成分是Ti質粒。1978年，Melchers等進行了番茄和馬鈴薯的體細胞雜交。,1979年，Marton提出了利用植物原生質體和土壤農桿菌共培養的方法進行轉化。1981年，Larkin和Scowcroft引入“體細胞無性系變異（Somaclonalvariation）”這一術語。1982年，Krens等的工作證明，原生質體可以攝入裸露的DNA，表明可以用外源DNA對原生質體進行遺傳轉化。1982年，Zimmermann利用電刺激進行原生質體融合。1985年，Horsch等用土壤農桿菌對葉盤進行感染和轉化，并得到再生的轉化植株。,五、植物組織培養技術的應用,1、優質種苗的快速無性繁殖：（1）無性繁殖作物及不易繁殖作物的快速繁殖,園藝植物種苗工廠化生產,蘭科植物生產,A,B,E,C,F,G,花燭屬植物,厥類植物,盆栽及切花植物的繁殖,珍貴樹種,無菌苗快速繁殖,無菌苗馴化,組培苗馴化移栽,莖、芽和小植株的規模培養,經濟植物快速繁殖,（2）通過莖尖培養生產脫毒健康種苗：如草莓、香蕉、甘蔗、馬鈴薯、大蒜等。,virus-freetissue,莖尖培養脫毒,脫毒馬鈴薯種薯生物反應器液體培養,2、用于植物遺傳育種包括種質資源離體保存；花粉花藥培養產生單倍體；胚乳培養產生三倍體；胚培養拯救雜種胚克服遠緣雜交障礙；原生質體培養進行體細胞雜交；植物體細胞無性系變異誘導和篩選；用于植物基因轉移操作等。,種質資源的離體保存,體細胞