植物組織培養(yǎng)常用名詞詳解_第1頁
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文檔簡介

植物組織培養(yǎng)常用名詞詳解植物組織培養(yǎng)技術(shù)作為現(xiàn)代生物技術(shù)的重要組成部分,已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、醫(yī)藥等多個領(lǐng)域。對于初學(xué)者而言,理解其核心名詞是掌握這門技術(shù)的基礎(chǔ)。本文將對植物組織培養(yǎng)中一些最常用的名詞進(jìn)行詳細(xì)闡釋,旨在為相關(guān)學(xué)習(xí)者和從業(yè)者提供一份清晰、實(shí)用的參考。一、基礎(chǔ)概念植物組織培養(yǎng)(PlantTissueCulture)指在無菌和人工控制的環(huán)境條件下,利用適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基,對離體的植物器官、組織、細(xì)胞或原生質(zhì)體進(jìn)行培養(yǎng),使其再生形成完整植株或生產(chǎn)具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的其他生物產(chǎn)品的技術(shù)。其理論基礎(chǔ)是植物細(xì)胞的全能性。細(xì)胞全能性(CellTotipotency)指植物體內(nèi)任何一個具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞,都具有發(fā)育成完整植株的潛在能力。這一特性是植物組織培養(yǎng)得以實(shí)現(xiàn)的根本依據(jù)。不過,在實(shí)際操作中,細(xì)胞全能性的表達(dá)程度會受到細(xì)胞分化狀態(tài)、培養(yǎng)條件等多種因素的影響。外植體(Explant)由活體植物上切取下來,用于進(jìn)行組織培養(yǎng)的那部分組織或器官,如根尖、莖段、葉片、花藥、胚珠等。外植體的選擇、大小、生理狀態(tài)以及消毒效果,直接關(guān)系到培養(yǎng)的成敗和效率。脫分化(Dedifferentiation)已分化的植物細(xì)胞在一定的培養(yǎng)條件下,失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能,重新恢復(fù)到未分化狀態(tài),形成具有分生能力的薄壁細(xì)胞團(tuán)(即愈傷組織)的過程。這是植物細(xì)胞全能性表達(dá)的第一步。再分化(Redifferentiation)脫分化形成的愈傷組織,在適宜的培養(yǎng)條件下,重新分化形成根、芽等器官,進(jìn)而發(fā)育成完整植株的過程。再分化是實(shí)現(xiàn)植株再生的關(guān)鍵步驟,其方向(如生根還是生芽)受到植物生長調(diào)節(jié)劑種類和配比等因素的調(diào)控。二、培養(yǎng)基相關(guān)培養(yǎng)基(Medium)供植物離體材料生長、分化所需的營養(yǎng)基質(zhì)。通常由無機(jī)營養(yǎng)、有機(jī)營養(yǎng)、植物生長調(diào)節(jié)劑、碳源、凝固劑(如瓊脂)以及其他附加物組成。培養(yǎng)基的配方需根據(jù)培養(yǎng)材料的種類和培養(yǎng)目的進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。MS培養(yǎng)基(MurashigeandSkoogMedium)由Murashige和Skoog于上世紀(jì)六十年代設(shè)計(jì)的一種廣泛使用的植物組織培養(yǎng)培養(yǎng)基。其特點(diǎn)是無機(jī)鹽濃度較高,能夠滿足多種植物離體培養(yǎng)的營養(yǎng)需求,是目前應(yīng)用最普遍的基礎(chǔ)培養(yǎng)基之一。植物生長調(diào)節(jié)劑(PlantGrowthRegulators)一類能夠調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的微量有機(jī)物質(zhì)。在組織培養(yǎng)中常用的主要有生長素類(如IAA、NAA、2,4-D)和細(xì)胞分裂素類(如BA、KT、ZT)。它們的種類、濃度及配比是調(diào)控細(xì)胞脫分化、再分化以及器官形成的核心因素。愈傷組織(Callus)在離體培養(yǎng)條件下,外植體組織經(jīng)過脫分化后形成的一團(tuán)無序生長、具有分生能力的薄壁細(xì)胞。愈傷組織通常呈乳白色或淡黃色,質(zhì)地疏松或致密。它既是再分化形成植株的中間環(huán)節(jié),也是進(jìn)行細(xì)胞懸浮培養(yǎng)、原生質(zhì)體分離等操作的起始材料。碳源(CarbonSource)在植物組織培養(yǎng)中,由于離體組織通常不能進(jìn)行有效的光合作用,因此需要在培養(yǎng)基中添加外源碳源以提供能量和合成其他物質(zhì)的碳骨架。最常用的碳源是蔗糖,其濃度一般在2%-5%之間。瓊脂(Agar)一種從海藻中提取的多糖類物質(zhì),在培養(yǎng)基中主要作為凝固劑使用,使液體培養(yǎng)基轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w或半固體狀態(tài),以便于外植體的固定和生長。瓊脂本身不提供營養(yǎng)。pH值(pHValue)培養(yǎng)基的酸堿度。適宜的pH值是保證植物材料正常生長和營養(yǎng)吸收的重要條件。大多數(shù)植物組織培養(yǎng)的適宜pH值在5.5-6.0之間,通常在滅菌前用鹽酸或氫氧化鈉進(jìn)行調(diào)整。三、培養(yǎng)條件與技術(shù)無菌操作技術(shù)(AsepticTechnique)植物組織培養(yǎng)的核心技術(shù)之一,貫穿于從外植體消毒、培養(yǎng)基制備到培養(yǎng)過程中的所有操作環(huán)節(jié)。其目的是防止微生物(細(xì)菌、真菌等)的污染,確保培養(yǎng)物能夠在無菌環(huán)境中正常生長。主要包括超凈工作臺的使用、器皿滅菌、手消毒等。初代培養(yǎng)(PrimaryCulture)將經(jīng)過消毒處理的外植體接種到培養(yǎng)基上進(jìn)行的第一次培養(yǎng),其目的是誘導(dǎo)外植體脫分化形成愈傷組織或直接誘導(dǎo)芽的萌發(fā)。初代培養(yǎng)是建立無菌培養(yǎng)體系的關(guān)鍵步驟,污染風(fēng)險(xiǎn)較高。繼代培養(yǎng)(Subculture)將初代培養(yǎng)得到的培養(yǎng)物(如愈傷組織、叢生芽、細(xì)胞團(tuán)等)轉(zhuǎn)移到新鮮的同種或不同種培養(yǎng)基上,進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)的過程。繼代培養(yǎng)的目的是擴(kuò)大培養(yǎng)物數(shù)量、保持培養(yǎng)物的活力或誘導(dǎo)其進(jìn)一步分化。生根培養(yǎng)(RootingCulture)當(dāng)不定芽或叢生芽長到一定大小后,將其轉(zhuǎn)移到適宜的生根培養(yǎng)基上,誘導(dǎo)其形成不定根的過程。生根培養(yǎng)是獲得完整再生植株的最后一步,形成的根系質(zhì)量直接關(guān)系到移栽成活率。馴化(Acclimatization/Hardening-off)將組培瓶中生長的、適應(yīng)了無菌高濕環(huán)境的再生植株,逐步轉(zhuǎn)移到自然環(huán)境中的過程。馴化的核心是通過控制濕度、光照、溫度等條件,使組培苗逐漸適應(yīng)外界環(huán)境,增強(qiáng)其抗逆性,特別是根系的吸收能力和葉片的光合能力,以提高移栽成活率。懸浮細(xì)胞培養(yǎng)(SuspensionCellCulture)將游離的植物細(xì)胞或小的細(xì)胞團(tuán)接種到液體培養(yǎng)基中,在搖床等設(shè)備的振蕩作用下,使細(xì)胞在懸浮狀態(tài)下生長和增殖的培養(yǎng)方式。懸浮細(xì)胞培養(yǎng)有利于細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)和次生代謝產(chǎn)物的生產(chǎn),也常用于細(xì)胞生理生化特性的研究。胚狀體(Embryoid/SomaticEmbryo)在離體培養(yǎng)條件下,由植物體細(xì)胞(而非合子)經(jīng)過類似合子胚發(fā)育的途徑(球形胚、心形胚、魚雷形胚、子葉胚等階段)形成的具有根、芽兩極分化的胚狀結(jié)構(gòu)。胚狀體可以直接發(fā)育成完整植株,其發(fā)生途徑是植物再生的重要方式之一,也為人工種子的制備提供了基礎(chǔ)。器官發(fā)生(Organogenesis)指在離體培養(yǎng)條件下,通過愈傷組織分化或外植體直接分化形成不定根、不定芽等器官的過程。這是植物組織培養(yǎng)中再生植株的主要途徑之一,通常包括先形成芽后形成根,或先形成根后形成芽兩種方式。四、培養(yǎng)過程中的現(xiàn)象與問題污染(Contamination)指在組織培養(yǎng)過程中,微生物(細(xì)菌、真菌、酵母菌等)侵入培養(yǎng)體系并大量繁殖,從而抑制或殺死培養(yǎng)物的現(xiàn)象。污染是組織培養(yǎng)中最常見的問題,會導(dǎo)致培養(yǎng)失敗,造成人力、物力和時間的浪費(fèi)。褐變(Browning)在培養(yǎng)過程中,由于外植體或培養(yǎng)物中的多酚氧化酶等物質(zhì)被激活,氧化產(chǎn)生褐色物質(zhì)(如醌類),導(dǎo)致培養(yǎng)物和培養(yǎng)基變褐的現(xiàn)象。嚴(yán)重的褐變會抑制培養(yǎng)物的生長甚至導(dǎo)致其死亡,是許多木本植物和一些難培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)中的主要障礙之一。玻璃化(Vitrification)又稱過度水化,是指在組織培養(yǎng)過程中,培養(yǎng)物(主要是不定芽或叢生芽)呈現(xiàn)出半透明、水漬狀、葉片卷曲、莖稈細(xì)弱等異常形態(tài)的現(xiàn)象。玻璃化苗生理功能紊亂,

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