PlantTissueCulture

植物組織培養2014年9月3日同學們好！

Welcometomyclass！Service01Service02Service03組培專業選修課學時：36學分：2課程簡介植物組織培養是一門生物科學領域的核心技術，主要內容：理論篇：基本概念、基本原理、基本方法和技術；應用篇：在農業、林業、工業和醫藥行業等方面的的應用方法和技術。課程內容定義（Definition）：

狹義：主要指對植物組織及培養產生的愈傷組織進行培養。廣義：植物組織培養相關技術的總稱，包括器官培養，細胞培養和原生質體培養等。一、植物組織培養的定義植物組織培養的概念1.外植體（explants）：從活體植物體上切取下來,進行培養的那部分組織或器官叫做外植體

。2.無菌:（asepsis）：指沒有活菌的意思。防止菌類進入人體或其他物品的操作技術，稱為無菌操作。組培技術常指快速繁殖技術，又稱植物克隆。

植物組織培養的優越性材料來源單一，遺傳特性一致成本低，效率高環境條件可控生長快，周期短，可重復性強可連續生產，利于自動化控制世界范圍組培苗產量GrowthStartJump現在19911985年

全世界組培苗產量1.3億株

已超過10億株

世界范圍內組培苗5.1億株目前全球有關生物技術產業的年交易額約為1500億美元,其中50%~60%與農業有關。植物組培苗的貿易額約占總額的10%,即150億美元,并以每年15%速度遞增。手指玫瑰超大型煙草的搶救性克隆繁育一、植物組織培養的理論基礎細胞全能性學說

脫分化和再分化理論組培植物的生長發育器官發生途徑

41231.細胞全能性學說植物體的每一個具有完整細胞核的細胞都具有該物種全部遺傳的物質，在一定條件下具有發育成完整植物體的潛在能力。脫分化（dedifferentiation)：將已分化的不分裂的靜止細胞，放在培養基上培養后，細胞重新進入分裂狀態。一個成熟的細胞轉變為分生狀態的過程叫脫分化。

再分化（redifferentiation):經脫分化的組織或細胞在一定的培養條件下可轉變為各種不同的細胞類型，形成完整植株的過程。2.植物細胞全能性的表達一個細胞一旦沿著某一條特定的途徑分化發育后，一般不會再回復到未分化狀態，但在組織培養條件下，可能發生脫分化和再分化。離體的植物器官、組織、細胞脫分化愈傷組織再分化根芽再生植株3.組培植物的生長發育4.組織培養植株再生的途徑魔芋胚狀體1）體細胞胚胎發生途徑（胚狀體發生途徑）

：是指在組織培養中起源于一個非合子細胞，經過胚胎發生和胚胎發育過程（經過原胚、球形胚、心形胚、魚雷胚和子葉胚5個時期）。胚狀體發生途徑外植體脫分化愈傷組織胚狀體再生植株再分化脫分化2）器官發生途徑：

由愈傷組織或外植體誘導形成不定根或不定芽，再獲得再生植株的方法。百合鱗葉培養外植體器官發生途徑愈傷組織芽分化再生苗小麥愈傷組織器官發生途徑外植體愈傷組織芽根再生植株脫分化再分化高生長素(1,2-D)高(生長素/細胞分裂素)低(生長素/細胞分裂素)器官發生途徑胡蘿卜離體根愈傷組織（callus）在人工培養基上由外植體上形成的一團無序生長狀態的薄壁細胞。葉誘導愈傷組織二、植物組織培養的類型根據培養對象分類植株培養胚胎培養器官培養組織培養細胞培養原生質體培養煙草的器官培養按培養基物理狀態分為:

1.固體培養

2.液體培養按培養過程分為:1.初代培養2.繼代培養固體培養液體培養三、植物組織培養的發展簡史探索階段（1838-1929年）：細胞學說的提出奠基階段（1930-1950）：培養基和激素迅速發展階段（1960-至今）：植物改良1.探索階段（1838-1929年）Haberlandt：觀點：貢獻：提出細胞全能性小野芝麻、鳳眼蘭的柵欄細胞和虎眼萬年青屬表皮細胞無分裂細胞高度分化+培養基中無生長激素首次進行離體細胞培養高等植物的組織和器官可以分割成單個細胞Knop+蔗糖《關于單離植物細胞培養實驗》我愿意指出：在我的培養實驗中，雖然經常觀察到細胞的明顯生長，但從未觀察到細胞分裂。發現單細胞培養的條件，將是未來培養試驗的難題。在未來，人們可以成功地從營養細胞培養出人工胚。1904年：Hanning胚培養：培養蘿卜和辣根菜的胚，得到植株1922年：Knudson采用胚培養法獲得蘭花幼苗，克服其種子發芽困難的問題。1925年：Laibach亞麻種間雜交幼胚培養得到雜種其它研究玉米成熟胚的培養2.奠基階段（1930-1950年）1934年：White番茄根建立第一個植物無性系。 當根2厘米長－切成0.5-1厘米切斷，無菌液體培養－完全相同的離體根－根離體培養真正成功;1934年：高特里特（Gautheret）在研究山毛柳和黑楊等形成層的組織培養實驗中，提出了B族維生素和生長素對組織培養的重要意義;1939年：White由煙草種間雜種的瘤組織,諾比考特（Nobecourt）由胡蘿卜均建立了與上述類似的連續生長的組織培養物。1937年：White發現3種B族維生素和IAA對植物生長有用組織培養的奠基人1943年：White植物組織培養手冊《AHandbookofPlantTissueCulture》，標志組織培養成為一門新興學科。1946年：羅士韋在菟絲子莖尖培養地觀察到花的形成，為試管受精奠定了基礎。1948年：斯庫克(Skoog)和崔徵在煙草莖切段和髓培養以及器官形成的研究中發現，發現腺嘌呤或腺苷可解除生長素對芽生長的抑制作用，腺嘌呤/生長素高，生芽；低，生根；相等，不分化。從而明確了腺嘌呤與生長素的比例是控制芽和根形成的主要條件之一。1952-1953年：美國植物學家斯圖爾德（Steward）等人，用胡蘿卜根韌皮部的細胞進行培養，得到了完整植株，并且這一植株能夠開花結實，首次證實了Haberlandt在五十多年前關于細胞全能性的預言；1952年：莫雷爾（Morel）和馬丁（Martin）通過莖尖分生組織的離體培養，從已受病毒侵染的大麗花中首次獲得無病毒植株；1954年：Muir將煙草愈傷組織置于固體培養基上，在其上放一片濾紙，再在濾紙片上放上一個煙草體細胞，單細胞培養成功。1956年：Miller分離出Kinetin(KT)激動素,不久即知道激動素可以代替腺嘌呤促進發芽，并且效果可增加3萬倍。3.迅速發展階段1960年以來組織培養理論、實踐、技術和方法不斷完善和發展，形成獨具特色的專業技術。在實驗技術上建立了較完整的實驗程序，已成為一種重要和精細的實驗技術。組織培養已廣泛應用于生物學的許多分支學科，并取得豐碩的成果。3.1原生質體培養1960年：科金Cocking——開創植物原生質體培養和體細胞雜交研究工作（用真菌纖維素酶從番茄幼根分離得到活性原生質體）1971年，日本

takebe和Nagata首次利用煙草葉片分離原生質體并獲得再生植株。我國獲得了30個以上品種的原生質體再生植株，其中包括難度較大的重要糧食作物和經濟作物大豆、水稻、玉米、小麥、谷子、高梁、大麥、棉花、油萊、馬鈴薯等1972年，美國Carlson誘導粉藍煙草和郎氏煙草的原生質體融合得到種間體細胞雜種－第一株體細胞雜種。1978年，有性雜交不親和的番茄/馬鈴薯間的體細胞雜交獲得了雜種植株(Melchers)。隨后獲得了地上結番茄，地下生馬鈴薯的雜種植物。1985年，馬鈴薯的栽培品種與野生種的體細胞雜交，得到了抗晚疫病和卷葉病的體細胞雜種(Austin)。3.2細胞融合與體細胞雜交蘿卜--白菜蘿卜-甘藍

避免受精后胚乳發育不良或因種胚與胚乳間不親和而致使雜種胚夭折，及時分離幼胚接種在無激素培養基上使之直接成苗，這就是胚挽救。大大提高遠緣雜交的成功率:印度科學家在裁培種菜豆、黃麻和花生的遠緣雜交中獲得了理想的重組體。中國農科院蔬菜所培養結球甘藍和大白菜的雜種胚得到了種間雜種。3.3胚胎培養和試管內傳粉受精技術近50年來飛速的發展。從400多種植物培養細胞中分離到600多種次級代謝產物，其中60多種在含量上超過或等于其原植物，20種以上干重超過1％。在日本，人參細胞培養已達130600L發酵罐；德國用1000L發酵罐培養毛地黃細胞；利用培養細胞的生物轉化能力生產高值化合物，德國科學家進行了出色的研究。他們在毛地黃細胞的培養中加入生物合成途徑的中間化合物毛地黃毒素和一甲基毛地黃毒素，培養細胞以幾乎100％的轉化速率使之羥基化，變為醫藥強心劑地高辛。3.4組織及細胞培養生產有用物質1964年印度Guha和Maheshwari成功地在毛葉曼陀羅花藥培養中，由花粉誘導得到單倍體植株，從而促進了花藥和花粉培養的研究；以后相繼在煙草、水稻、小麥、玉米、番茄、辣椒、草莓、蘋果等多種植物培養中獲得成功，其數目達到160多種，其中煙草、水稻和小麥等的花藥育種培養在中國取得了引入注目的成就。花藥培養：中花8號水稻、京花1號小麥。3.5單倍體育種3.6體細胞無性系變異：

我國已經培育出抗白葉枯病及賴氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、絲氨酸和酪氨酸含量高于親本系的水稻變異體。3.7突變體誘導和篩選

細胞突變體的篩選最早始于1959年，Melchers在金魚草懸浮細胞培養中獲得了溫度突變體。四、植物組織培養的應用快速繁殖種苗脫毒遠源雜交轉基因育種種質資源的保存人工種子60年代，法國的Morel用莖尖培養的方法大量繁殖蘭花獲得成功。植物快速繁殖技術、試管苗工廠化生產和無病毒種苗生產技術在70年代得到了快速的發展。美國、法國、意大利、荷蘭等歐美國家試管苗的年產量均在數千萬株以上，并且以每年7％-8％的速度增加。

我國快速繁殖和無病毒種苗生產的研究始于70年代，到“七五”期間研究成果開始向應用轉化并大見成效。馬鈴薯無毒種薯和甘蔗種苗已在生產上大面積種植。植物快速繁殖技術蘭花：“崇蘭生澗底，香氣滿幽林”，故又有“空谷佳人”之稱。

植物組織培養在技術上的發展研究材料范圍逐步擴大培養方法逐步完善培養基不斷改進實驗手段逐步完備胚、胚軸、子葉、幼苗、莖尖、根、葉等；動物細胞+植物細胞/微生物原生質體固體培養發展到液體振蕩或旋轉培養懸浮培養、液滴培養、雙層培養、包埋培養White培養基、MS培養基、N6培養基等中