1、植物組織培養(yǎng),得到完整植株的途徑,一、植物組織培養(yǎng)的概念,植物組織培養(yǎng)： 是指在無(wú)菌條件下利用人工培養(yǎng)基對(duì)離體的植物器官、組織、細(xì)胞、原生質(zhì)體等進(jìn)行的培養(yǎng)。,外植體（explant）：由活體植物體上切取下來(lái)的，用于組織培養(yǎng)的各種接種材料。包括各種器官、組織、細(xì)胞或原生質(zhì)體等。 愈傷組織（callus）：原指植物受傷后在傷口表面形成的一團(tuán)薄壁細(xì)胞；在組織培養(yǎng)中，是指在人工培養(yǎng)基上由外植體形成的一團(tuán)無(wú)序生長(zhǎng)的具有旺盛分裂能力的薄壁細(xì)胞。,二、植物組織培養(yǎng)的類型,按培養(yǎng)材料分為： 愈傷組織培養(yǎng) 最為常見(jiàn)的組織培養(yǎng) 器 官 培 養(yǎng) 胚、胚乳、珠心、子房、根、莖、葉 花和幼果的部分組織的培養(yǎng) 懸浮細(xì)胞培

2、養(yǎng) 莖尖分生組織培養(yǎng) 原生質(zhì)體培養(yǎng),矮牽牛莖尖離體培養(yǎng)培養(yǎng),大蒜根尖培養(yǎng)及植株再生,微型月季莖段離體培養(yǎng),葉誘導(dǎo)愈傷組織,臺(tái)灣百合離體培養(yǎng),菊花體細(xì)胞胚胎發(fā)生及植株再生,矮牽牛莖尖離體培養(yǎng)培養(yǎng),牡丹成熟胚的離體培養(yǎng)與快速繁殖,優(yōu)化培養(yǎng)基 無(wú)蔗糖 1%蔗糖 5%蔗糖,無(wú)BAP BAP 0.1mg/l BAP 5.0mg/l 無(wú)NAA,非洲紫羅蘭葉片培養(yǎng),人工種子（Artificial seed，Synthetic Seed）：是指植物離體培養(yǎng)產(chǎn)生的胚狀體或不定芽被包裹在含有營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)功能的人工胚乳和人工種皮中，從而形成能發(fā)芽出苗的顆粒體。作為繁殖材料。,3、根據(jù)培養(yǎng)基的類型分為: （1）固體培養(yǎng)

3、（Solid culture）: 瓊脂、卡拉膠等固化。 （2）半液半固體培養(yǎng)(Semisolid Culture)：固液雙層。 （3）液體培養(yǎng)(Liquid Culture)：震蕩、旋轉(zhuǎn)或靜置培養(yǎng)。,固體培養(yǎng)：,液體培養(yǎng),三、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ) 植物細(xì)胞的全能性(Plant cellular totipotency） 從理論上講，植物體的每個(gè)生活細(xì)胞都具有該植物體的全部遺傳信息，在特定的離體培養(yǎng)條件下，具有發(fā)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(fā)生途徑,直接器官發(fā)生 間接器官發(fā)生,通過(guò)器官發(fā)生形成再生植株大體上有三種方式:,第一種方

4、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(guò)維管組織的聯(lián)系形成完整植株。,2.體細(xì)胞胚胎發(fā)生途徑（胚狀體發(fā)生途徑）：,是指在愈傷組織中產(chǎn)生出一些與種子中的胚相似的結(jié)構(gòu)，即同時(shí)形成一個(gè)有苗端和根端的雙極性結(jié)構(gòu)，而發(fā)育成再生植株的途徑。,魔芋胚狀體,胚狀體發(fā)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(fā)生途徑,小麥,植物組織培養(yǎng)再生植株的途徑,四、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展歷史 1、 早期探索階段 （1930年以前） 1893年，Schwann和Scheiden提出細(xì)胞學(xué)說(shuō)及植物細(xì)胞全能性理論。 1902年，德國(guó)植物生理學(xué)家Ha

5、berlandt第一次嘗試采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)對(duì)小野芝麻、風(fēng)眼蘭葉肉組織及萬(wàn)年青屬植物的表皮細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，但未能培養(yǎng)成活。 1904年，Hanning首次對(duì)十字花科的蘿卜和辣根的胚培養(yǎng)成功。 1922年，Knudson將蘭花種子在離體的條件下非共生萌發(fā)。同年，Knotte和Robbins對(duì)離體根尖進(jìn)行了培養(yǎng)。Robbins還對(duì)豌豆、玉米及棉花的莖尖進(jìn)行了培養(yǎng)，只形成一些缺綠的葉和根。 1925年，Laibach利用胚培養(yǎng)技術(shù)對(duì)亞麻的種間雜種胚進(jìn)行了培養(yǎng)，并于1929年利用亞麻的胚培養(yǎng)來(lái)克服雜交不親和性。,2、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的初步形成（1930-1960年） 1933年，我國(guó)植物生理學(xué)家李繼侗

6、培養(yǎng)銀杏胚胎，并發(fā)現(xiàn)銀杏胚乳提取液可促進(jìn)離體胚的生長(zhǎng)。 1937年，White發(fā)現(xiàn)B族維生素對(duì)離體根培養(yǎng)的重要性。并指出IAA對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的控制起重要作用。 1937,1938年，Gantheret在培養(yǎng)基中加入上述生長(zhǎng)因子，使得柳樹(shù)形成層誘導(dǎo)形成的愈傷組織連續(xù)生長(zhǎng)。Nobecomt對(duì)煙草種間雜種莖段的形成層細(xì)胞培養(yǎng)也得到了類似的結(jié)果。 1948年，Skoog等通過(guò)對(duì)煙草莖段和髓培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，不定芽和不定根的發(fā)生由生長(zhǎng)素/腺嘌呤的比例決定。 1950年，Ball從紅杉愈傷組織培養(yǎng)中再生獲得器官。,1952年，Morel和Martin通過(guò)分生組織培養(yǎng)獲得大麗花的脫毒植株，同年，首次應(yīng)用微型嫁接技術(shù)

7、。 1953年，Tuleche首次從花粉培養(yǎng)中獲得銀杏的單倍體愈傷組織。 1955年，Miller等發(fā)現(xiàn)了一種促進(jìn)細(xì)胞分裂的植物激素激動(dòng)素，后來(lái)發(fā)現(xiàn)激動(dòng)素可用來(lái)代替腺嘌呤促進(jìn)芽的形成，而且其效力比后者高3萬(wàn)倍。 1957年，Skoog和Miller發(fā)現(xiàn)改變細(xì)胞分裂素/生長(zhǎng)素比例，可以控制根和芽的發(fā)生。 1958年，Maheshwari和Rangaswamy從柑橘胚珠的珠心組織培養(yǎng)中再生獲得體細(xì)胞胚；同年，Reinert 和Steward分別從胡蘿卜的愈傷組織和細(xì)胞培養(yǎng)中再生得到原胚，為以后的組織培養(yǎng)中器官發(fā)生和體細(xì)胞胚胎發(fā)生奠定了基礎(chǔ)，也為植物細(xì)胞全能性理論提供了證據(jù)。,3、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的

8、發(fā)展（1960年以后） 1960年，Morel利用蘭花莖尖培養(yǎng)對(duì)蘭花進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)繁殖； 1962年，Murashige和Skoog開(kāi)發(fā)出最著名的Murashige和Skoog培養(yǎng)基（MS基本培養(yǎng)基），并被后來(lái)廣泛采用的基本培養(yǎng)基。 1964年，印度人Guha和Maheshwari利用曼陀羅花粉培養(yǎng)獲得第一例單倍體植株。從而開(kāi)辟了單倍體育種技術(shù)。 1971年，Takebe等獲得第一例原生質(zhì)體培養(yǎng)的再生植株。 1972年，Carlson等利用原生質(zhì)體融合在兩個(gè)煙草屬中進(jìn)行種間雜交。 1974年，Murashige等利用細(xì)胞分裂素誘導(dǎo)莖尖側(cè)芽分枝。Zaenen和Larebeke分別發(fā)現(xiàn)土壤農(nóng)桿菌（Agr

9、ibacterium）中的根瘤誘導(dǎo)的主要成分是Ti質(zhì)粒。 1978年，Melchers等進(jìn)行了番茄和馬鈴薯的體細(xì)胞雜交。,1979年，Marton提出了利用植物原生質(zhì)體和土壤農(nóng)桿菌共培養(yǎng)的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化。 1981年，Larkin和Scowcroft引入“體細(xì)胞無(wú)性系變異（Somaclonal variation）”這一術(shù)語(yǔ)。 1982年，Krens等的工作證明，原生質(zhì)體可以攝入裸露的DNA，表明可以用外源DNA對(duì)原生質(zhì)體進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化。 1982年，Zimmermann利用電刺激進(jìn)行原生質(zhì)體融合。 1985年，Horsch等用土壤農(nóng)桿菌對(duì)葉盤(pán)進(jìn)行感染和轉(zhuǎn)化，并得到再生的轉(zhuǎn)化植株。,五、植物組織培

10、養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用,1、優(yōu)質(zhì)種苗的快速無(wú)性繁殖： （1）無(wú)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(chǎn),蘭科植物生產(chǎn),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(shù)種,無(wú)菌苗快速繁殖,無(wú)菌苗馴化,組培苗馴化移栽,莖、芽和小植株的規(guī)模培養(yǎng),經(jīng)濟(jì)植物快速繁殖,（2）通過(guò)莖尖培養(yǎng)生產(chǎn)脫毒健康種苗：如草莓、香蕉、 甘蔗、馬鈴薯、大蒜等。,virus-free tissue,莖尖培養(yǎng)脫毒,脫毒馬鈴薯種薯生物反應(yīng)器液體培養(yǎng),2、用于植物遺傳育種 包括種質(zhì)資源離體保存；花粉花藥培養(yǎng)產(chǎn)生單倍體；胚乳培養(yǎng)產(chǎn)生三倍體；胚培養(yǎng)拯救雜種胚克服遠(yuǎn)緣雜交障礙；原生質(zhì)體培養(yǎng)進(jìn)行體細(xì)胞雜交；植物體細(xì)胞無(wú)性系變異誘導(dǎo)和篩選；用于植物基因轉(zhuǎn)移操作等。,種質(zhì)資源的離體保存,