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1、植物组织培养植物组织培养(tissue culture)技术技术 林业技术教研室林业技术教研室 司守霞司守霞 新的产业革命中四大技术支柱新的产业革命中四大技术支柱 能源科学能源科学 信息科学信息科学 材料科学材料科学 生命科学生命科学(生物技术生物技术)生物技术在人类所面临的能源危机、粮食危生物技术在人类所面临的能源危机、粮食危机、环境污染和疑难病的治疗等问题中扮演机、环境污染和疑难病的治疗等问题中扮演角色。其中植物组织培养是生物技术的重要角色。其中植物组织培养是生物技术的重要部分。部分。组培在基础理论研究有重要价值组培在基础理论研究有重要价值,在在实际应用中也日益显示出它的优越性实际应用中也
2、日益显示出它的优越性.目前目前在果树、蔬菜、观赏植物、药用植物等已有在果树、蔬菜、观赏植物、药用植物等已有数百种获得成功。数百种获得成功。第第1节节 植物组织培养的意义植物组织培养的意义(重点重点)第第2节节 植物组织培养的发展简史植物组织培养的发展简史 第第3节节 组织培养与农业上的关系组织培养与农业上的关系第一章绪论第一章绪论分株繁殖分株繁殖压条繁殖压条繁殖播种繁殖播种繁殖嫁接繁殖嫁接繁殖扦插繁殖扦插繁殖组织培养繁殖组织培养繁殖一、植物组织培养的概念一、植物组织培养的概念(重点重点)二、植物组织培养的理论基础二、植物组织培养的理论基础(难点难点)三、植物组织培养的类型三、植物组织培养的类型
3、(重点重点)四、植物组织培养的特点四、植物组织培养的特点(重点重点)第一节第一节 植物组织培养的意义植物组织培养的意义1、狭义概念：、狭义概念：指对植物体组织或由植物器官培养指对植物体组织或由植物器官培养产生的产生的愈伤组织愈伤组织进行培养直至生成完整进行培养直至生成完整植株。植株。一、植物组织培养的概念一、植物组织培养的概念 2、广义概念：、广义概念：无菌操作分离植物体一部分无菌操作分离植物体一部分(即即外植体外植体 )接种到培养基，在人工条件下培养直至生接种到培养基，在人工条件下培养直至生成完整植株。成完整植株。思考：思考：广义和狭义概念有何区别？广义和狭义概念有何区别？愈伤组织callu
4、s:在离体培养过程中形成在离体培养过程中形成的具有分生能力的一团不规则细胞，多在植的具有分生能力的一团不规则细胞，多在植物体切面上产生。物体切面上产生。外植体explant：从植物体上分离下来的用于离体培养的材料。胚轴胚轴花粉花粉胚乳胚乳胚胚种子种子果实果实花器花器叶叶芽芽茎茎根根组织组织原生质体原生质体子叶子叶子房子房苞片苞片胚珠胚珠花药花药花梗花梗分生组织分生组织成熟组织成熟组织花托花托叶柄叶柄幼苗幼苗广义和狭义概念有何区别？广义和狭义概念有何区别？组培范围不同，即外植体范围组培范围不同，即外植体范围 不同。不同。广义组培广义组培狭义组培狭义组培二、植物组织培养的理论基础二、植物组织培养的
5、理论基础 植物每一个具有完整细胞核的体细胞，植物每一个具有完整细胞核的体细胞，都含有植物体的全部遗传信息，在适当条都含有植物体的全部遗传信息，在适当条件下，具有发育成完整植株的潜在能力。件下，具有发育成完整植株的潜在能力。(一一)细胞全能性（细胞全能性（totipotencytotipotency）理论：）理论：组织组织分裂分裂分化分化细胞细胞分裂分裂已分化组织已分化组织细胞细胞脱分化脱分化分裂分裂再再分分化化器官器官植株植株1.1.分化分化differentiationdifferentiation：细胞细胞在分裂过程中发生结构和功能上的改在分裂过程中发生结构和功能上的改变，从而在个体发育中
6、形成各类组织变，从而在个体发育中形成各类组织和器官完成整个生活周期。和器官完成整个生活周期。（二）相关名词：2.2.脱分化脱分化dedifferentiationdedifferentiation:已分化好的细胞在人工诱导条件下，恢复已分化好的细胞在人工诱导条件下，恢复分生能力，回复到分生组织状态的过程。分生能力，回复到分生组织状态的过程。3.3.再分化再分化redifferentiationredifferentiation:脱分化后具有分生能力的细胞再脱分化后具有分生能力的细胞再经过与原来相同的分化过程，重新形经过与原来相同的分化过程，重新形成各类组织和器官的过程。成各类组织和器官的过程。
7、4.愈伤组织callus:在离体培养过程在离体培养过程中形成的具有分中形成的具有分生能力的一团不生能力的一团不规则细胞，多在规则细胞，多在外植体切面上产外植体切面上产生。生。初初代代培培养养继继代代培培养养生生根根培培养养驯驯化化移移栽栽植物组织培养一般过程植物组织培养一般过程5.5.初代培养：初代培养：芽、茎段、叶片、芽、茎段、叶片、花器等外植体在花器等外植体在离体培养条件下离体培养条件下诱导愈伤组织、诱导愈伤组织、侧芽或不定芽、侧芽或不定芽、胚状体过程胚状体过程对应于种子胚对应于种子胚而言。在离体培而言。在离体培养过程中产生一养过程中产生一种形似胚（具有种形似胚（具有明显的根端和芽明显的根
8、端和芽端），功能与胚端），功能与胚相同的结构。相同的结构。6.6.胚状体胚状体embroidembroid：石龙芮下胚轴培养产生石龙芮下胚轴培养产生胚状体过程胚状体过程7.7.继代培养：继代培养：更换新鲜培养基来繁殖更换新鲜培养基来繁殖同种类型的材料（愈伤组织、芽）同种类型的材料（愈伤组织、芽）。8.8.生根培养：生根培养：将芽苗转接到生根培养将芽苗转接到生根培养基上培养成为完整植株的过程基上培养成为完整植株的过程。9.9.驯化移栽：驯化移栽：组培苗经人工炼组培苗经人工炼苗后移栽到驯化苗后移栽到驯化苗床上使之适应苗床上使之适应 露地或保护地条露地或保护地条件的过程。件的过程。培养基培养基固体培
9、养固体培养液体培养液体培养静止培养静止培养 旋转培养旋转培养 纸桥培养纸桥培养 振荡培养振荡培养三、植物组织培养的类型三、植物组织培养的类型1.根据培养基分类根据培养基分类2.2.根据外植体分类根据外植体分类 植物组织培养的类型植物组织培养的类型 植植株株培培养养器器官官培培养养组组织织培培养养胚胚培培养养细细胞胞培培养养原原生生质质体体培培养养 植株培养植株培养扦扦插插苗苗培培养养种种子子苗苗培培养养 器官培养器官培养 根系培养根系培养 茎段培养茎段培养 花器培养花器培养 果实培养果实培养 种子培养种子培养 叶片培养叶片培养人参根消毒、接种操作程序图人参根消毒、接种操作程序图菊花茎尖消毒、接
10、种操作程序图菊花茎尖消毒、接种操作程序图 茎段培养成苗示意图茎段培养成苗示意图 茎段培养成苗示意图茎段培养成苗示意图组织培养组织培养分生组织培养分生组织培养薄壁组织培养薄壁组织培养输导组织培养输导组织培养 胡萝卜形成层胡萝卜形成层(分生组织分生组织)培养示意培养示意图图胚胎培养胚胎培养胚乳培养胚乳培养原胚培养原胚培养胚珠培养胚珠培养种胚培养种胚培养败育败育 胚培养胚培养细胞培养细胞培养看看护护培培养养平平板板培培养养悬悬浮浮培培养养微微室室培培养养非融合非融合培养培养融合融合培养培养原生质原生质培养培养思考：思考：各种组织培养类型有何主要的异同各种组织培养类型有何主要的异同处？处？相同点：相同
11、点：无菌操作无菌操作 人工培养基上培养人工培养基上培养不同点：不同点：外植体不同外植体不同成苗途径与培养方法不同成苗途径与培养方法不同四、植物组织培养的特点四、植物组织培养的特点1、培养条件可以人为加以控制、培养条件可以人为加以控制2、繁殖系数大，培养周期短、繁殖系数大，培养周期短3 3、管理方便，有管理方便，有利于实现工厂化生利于实现工厂化生产产和自动化控制和自动化控制一、植物组织培养技术的诞生一、植物组织培养技术的诞生二、植物组织培养技术的发展二、植物组织培养技术的发展第二节植物组织培养的发展简史第二节植物组织培养的发展简史1.植物组织培养技术的诞生可以追植物组织培养技术的诞生可以追溯到溯
12、到19世纪末世纪末20世纪初。世纪初。2.18391840年，施莱登和施旺创年，施莱登和施旺创立了立了“细胞学说细胞学说”，对组织培养技，对组织培养技术的诞生起到了极大的推动作用。术的诞生起到了极大的推动作用。一、植物组织培养技术的诞生一、植物组织培养技术的诞生3.19023.1902年，德国著名的植物生理学年，德国著名的植物生理学家家 Haberlandt Haberlandt根据细胞学说，提出根据细胞学说，提出了高等植物了高等植物细胞全能性理论细胞全能性理论。它是是植物组织培养的理论依据，对植物植物组织培养的理论依据，对植物组织培养的发展起了先导作用。组织培养的发展起了先导作用。4.193
13、4年美国的年美国的White，利用番茄，利用番茄根建立了第一个活跃生长的无性繁根建立了第一个活跃生长的无性繁殖系，离体根的培养才获得真正的殖系，离体根的培养才获得真正的成功。并创立了成功。并创立了White培养基培养基。5.1943年年White发表了发表了植物组织植物组织培养手册培养手册的专著，使植物组织培的专著，使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。养开始成为一门新兴的学科。6.19621962年年MarshingMarshing和和ShongShong发明了发明了MSMS培养基培养基 。1.1948 年，年，Skoog和崔徵通过对烟和崔徵通过对烟草茎切段和髓培养组织的研究，草茎切段和髓培
14、养组织的研究，确定确定了腺嘌呤生长素的比例是控制芽和了腺嘌呤生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件之一。根形成的主要条件之一。二、植物组织培养技术的发展二、植物组织培养技术的发展 2.1956年年Miller等发现了激动素。等发现了激动素。控制器官分化的激素模式变为激动素控制器官分化的激素模式变为激动素生长素的比例关系。生长素的比例关系。促进组培发展。促进组培发展。3.50年代至今，是植物组织迅速发年代至今，是植物组织迅速发展时期。展时期。（1）原生质体培养取得重大突破）原生质体培养取得重大突破（2）花药培养取得显著成绩）花药培养取得显著成绩 （3）微繁技术广泛应用）微繁技术广泛应用4.4.我
15、国组培发展简介我国组培发展简介70年代以来，在花药培养和原生质年代以来，在花药培养和原生质体培养贡献大。体培养贡献大。第三节组织培养与农业上的关系第三节组织培养与农业上的关系一、快速繁殖苗木一、快速繁殖苗木二、获得脱毒苗木二、获得脱毒苗木三、为农作物育种提供有利手段三、为农作物育种提供有利手段四、实现工厂化育苗四、实现工厂化育苗 一、快速繁殖苗木一、快速繁殖苗木快繁方法：快繁方法：茎尖、茎段、鳞茎盘培养产生腋芽；茎尖、茎段、鳞茎盘培养产生腋芽；根、叶等培养产生不定芽；根、叶等培养产生不定芽；愈伤组织诱导产生不定芽等。愈伤组织诱导产生不定芽等。采用采用微茎尖组织培养微茎尖组织培养可以得到可以得到
16、无无病毒苗木病毒苗木。成为解决病毒病危害和品。成为解决病毒病危害和品种退化问题的一个重要途径。如利用种退化问题的一个重要途径。如利用茎尖培养可解决马铃薯种薯、甘薯、茎尖培养可解决马铃薯种薯、甘薯、大蒜退化问题。大蒜退化问题。二、获得无毒苗木二、获得无毒苗木三、为农作物育种上提供手段三、为农作物育种上提供手段4.保存种质保存种质1.1.倍性育种，缩短育种年限，杂种优倍性育种，缩短育种年限，杂种优势明显。势明显。2.克服远缘杂交的不亲合性克服远缘杂交的不亲合性3.克服远缘杂交的不孕性克服远缘杂交的不孕性四、实现工厂化育苗四、实现工厂化育苗1.含义：含义：是指以植物组织培养为基础，是指以植物组织培养
17、为基础，将外植体接种在人工配制的培养基上，将外植体接种在人工配制的培养基上，通过控制环境条件，使细胞脱分化、再通过控制环境条件，使细胞脱分化、再分化成新的组织、器官，进而培育出与分化成新的组织、器官，进而培育出与母株一样的批量幼苗的方法。如母株一样的批量幼苗的方法。如非洲紫非洲紫罗兰组织培养工厂化育苗的生产。罗兰组织培养工厂化育苗的生产。四、实现工厂化育苗四、实现工厂化育苗2.2.特点：特点：繁殖快，整齐、一致，无病虫害，繁殖快，整齐、一致，无病虫害，周期短，周年生产，性状稳定。周期短，周年生产，性状稳定。学习方法与要求理论与实践相结合理论与实践相结合自学与认真听课相结合自学与认真听课相结合坚
18、持辩证唯物主义观点坚持辩证唯物主义观点勤于思考和联想，多动手操作勤于思考和联想，多动手操作实践分析实践总结实践分析实践总结积极参加组培协会活动积极参加组培协会活动利用好教师、实验实训基地等教学利用好教师、实验实训基地等教学资源资源参考文献参考文献植物生理学通讯植物生理学通讯园艺学报园艺学报颜昌敬颜昌敬.植物组织培养手册植物组织培养手册.上海：上海科技出版社，上海：上海科技出版社，19901990谭文澄谭文澄.观赏植物组织培养技术观赏植物组织培养技术.北京：中国林业出版社，北京：中国林业出版社，20002000李世承李世承.植物组织培养实验技术植物组织培养实验技术.大连：大连理工出版社，大连：大
19、连理工出版社，19901990杨增海杨增海.园艺植物组织培养园艺植物组织培养.北京：农业出版社，北京：农业出版社，19871987熊丽，吴丽芳熊丽，吴丽芳.观赏花卉的组织培养与大规模生产观赏花卉的组织培养与大规模生产.北京：北京：化学工业出版社，化学工业出版社，20032003第二章实验设备与条件第二章实验设备与条件第第1 1节节 实验室实验室(融入实验课融入实验课)第第2 2节节 设备和器材设备和器材(融入实验课融入实验课)第第3 3节节 培养条件培养条件(重点、重点、难点难点)第一节第一节 实验室实验室(融入实验课融入实验课)第二节第二节 设备和器材设备和器材(融入实验课融入实验课)第三节
20、第三节 培养条件培养条件第二章第二章 实验设备及培养条件实验设备及培养条件第三节培养条件第三节培养条件 1.1.一般控制在一般控制在252252C C。2.2.植株种类及外植体植株种类及外植体的不同，其最适温度的不同，其最适温度也是不同的。如百合也是不同的。如百合2020；月季；月季25252727；番茄；番茄2828。一、温度一、温度二、光照二、光照影响外植体细影响外植体细胞的增殖、组织胞的增殖、组织和器官的分化。和器官的分化。愈伤组织的诱导有的在光照下有促进愈伤组织的诱导有的在光照下有促进作用；光照强，幼苗生长健壮；光照弱，作用；光照强，幼苗生长健壮；光照弱，幼苗生长弱小，容易徒长。幼苗生
21、长弱小，容易徒长。不同波长的光对细胞的分裂和器官的不同波长的光对细胞的分裂和器官的 分化有影响。分化有影响。白光促进小花天竺葵愈伤组织的生白光促进小花天竺葵愈伤组织的生 长，蓝光则无作用。长，蓝光则无作用。红光促进杨树愈伤组织的生长，红光促进杨树愈伤组织的生长，蓝光阻碍其生长。蓝光阻碍其生长。光照长短对试管内光照长短对试管内花的形成是个重要花的形成是个重要影响因素，在胡萝影响因素，在胡萝卜组织培养中随着卜组织培养中随着日照长度的增加，日照长度的增加，而促进生长。而促进生长。三、湿度三、湿度1.1.瓶内的湿度：瓶内的湿度：主要受到培养基含水量和主要受到培养基含水量和封口膜透性的影响。如培封口膜透
22、性的影响。如培养基过硬，则不利于外植养基过硬，则不利于外植体接触和插入培养基，导体接触和插入培养基，导致生长迟缓；封口膜过于致生长迟缓；封口膜过于透气，也会使瓶内湿度下透气，也会使瓶内湿度下降。降。2.2.环境湿度：环境湿度：过低会使培养基丧失过低会使培养基丧失大量水分，渗透势升大量水分，渗透势升高，影响材料对营养高，影响材料对营养物质的吸收，也会阻物质的吸收，也会阻碍外植体的生长。碍外植体的生长。一一般为般为707080%80%。三、湿度三、湿度PHMPHM的的NaOHNaOH和和HClHCl溶液溶液 。四、四、pHpH值值H H影响培养基的硬度。影响培养基的硬度。H H 6.5 6.5 培
23、养基会变硬；培养基会变硬；H H 5.0 5.0 培养基不易凝固。培养基不易凝固。3.3.灭菌之前，培养基的灭菌之前，培养基的H H要比标准提高要比标准提高个单位。个单位。五、气体五、气体(必要条件必要条件)1.1.培养瓶内氧气的培养瓶内氧气的充足与否与封口材充足与否与封口材料有关。料有关。可用棉塞或特制的可用棉塞或特制的封口塑料。通气最封口塑料。通气最好的是棉塞，但棉好的是棉塞，但棉塞易使培养基干燥，塞易使培养基干燥，夏季易引起污染。夏季易引起污染。2.2.培养基内氧气充足与否与培养基培养基内氧气充足与否与培养基的种类和培养方式有关。的种类和培养方式有关。固体培养基可加进活性炭来增加固体培养
24、基可加进活性炭来增加 通气度通气度,以利于发根。以利于发根。液体培养时，可考虑采取振荡培液体培养时，可考虑采取振荡培 养的方式，以增加通气性养的方式，以增加通气性。五、气体五、气体(必要条件必要条件)2.2.个大气压以上个大气压以上就对生长有阻碍作就对生长有阻碍作用，用，5 5个大气压个大气压生长就完全停止，生长就完全停止，个大气压细胞就个大气压细胞就不能生存。不能生存。六、渗透压六、渗透压1.1-21.1-2个大气压促进生长。个大气压促进生长。思考题：思考题：1.1.什么是组织培养？组织培养的原理是什么什么是组织培养？组织培养的原理是什么？2.2.组织培养分哪几种类型？组织培养分哪几种类型？3.3.组织培养有哪些特点？组织培养有哪些特点？4.4.组组织织培培养养在在农农业业上上的的应应用用主主要要表表现现在在哪哪些些方面？方面？5.5.组织培养中，组织培养中，PHPH值的作用是什么？值的作用是什么？6.6.如如何何根根据据外外植植体体的的不不同同调调整整适适宜宜的的培培养养温温度？度？总结：总结：