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1、第第3 3章章 植物组织培育与细胞培育植物组织培育与细胞培育东北高校生物技术探讨所东北高校生物技术探讨所3.3 3.3 植物组织与器官培育植物组织与器官培育3.3.1 3.3.1 植物组织培育的定义与分类植物组织培育的定义与分类3.3.2 3.3.2 重要概念重要概念3.3.3 3.3.3 细胞分化和形态建成细胞分化和形态建成3.3.4 3.3.4 植物组织培育的基本步骤植物组织培育的基本步骤3.3.5 3.3.5 植物组织器官培育植物组织器官培育3.3.6 3.3.6 植物组织培育的应用植物组织培育的应用3.3.7 3.3.7 人工种子人工种子3.3.8 3.3.8 植物组织与器官的生物反应
2、器培育植物组织与器官的生物反应器培育3.3.9 3.3.9 植物组织与器官培育存在的问题植物组织与器官培育存在的问题3.3.1 3.3.1 植物组织培育的定义与分类植物组织培育的定义与分类1.1.定义定义 植物组织培育植物组织培育(plant tissue culture)(plant tissue culture)是指在无菌条件下，将离体的植物器官（如根是指在无菌条件下，将离体的植物器官（如根尖、茎尖、叶、花、未成熟的果实、种子等）、尖、茎尖、叶、花、未成熟的果实、种子等）、组织（如花药组织、胚乳、皮层等）、胚胎组织（如花药组织、胚乳、皮层等）、胚胎（如成熟和未成熟的胚）、原生质体等培育在（
3、如成熟和未成熟的胚）、原生质体等培育在人工配制的培育基上，赐予适当的培育条件，人工配制的培育基上，赐予适当的培育条件，诱发产生愈伤组织、潜藏芽，或者长成新的完诱发产生愈伤组织、潜藏芽，或者长成新的完整植株的一种试验技术。其理论基础是细胞的整植株的一种试验技术。其理论基础是细胞的全能性。全能性。2.2.分类分类依据外植体种类的不同，组织培育可分为：器官培依据外植体种类的不同，组织培育可分为：器官培育、组织培育、胚胎培育、细胞培育以及原生育、组织培育、胚胎培育、细胞培育以及原生质体培育等。质体培育等。依据培育方法的不同，组织培育可分为：微室培育、依据培育方法的不同，组织培育可分为：微室培育、平板培
4、育、悬浮培育、液体培育、固体培育等。平板培育、悬浮培育、液体培育、固体培育等。依据培育的功能性的不同，组织培育可分为：再生依据培育的功能性的不同，组织培育可分为：再生体系、离体受精、突变体选择、体细胞杂交等。体系、离体受精、突变体选择、体细胞杂交等。3.3.2 3.3.2 重要概念重要概念 全能细胞（全能细胞（totipotent cell)totipotent cell)愈伤组织愈伤组织(callus)(callus)外植体外植体(explantation)(explantation)继代培育继代培育(secondary culture)(secondary culture)胚胎培育胚胎培育
5、(embryo culture)(embryo culture)脱分化（脱分化（dedifferentiation dedifferentiation）再分化（再分化（redifferentiation)redifferentiation)茎尖培育茎尖培育 无性繁殖系无性繁殖系(clone)(clone)器官发生（器官发生（organogenesis)organogenesis)胚状体（胚状体（embryoid)embryoid)全能细胞（全能细胞（totipotent cell)totipotent cell)：能够表达生物体基因组：能够表达生物体基因组的任何一种基因，并能分化出该生物体内任
6、何一种类型的的任何一种基因，并能分化出该生物体内任何一种类型的细胞，进而发育为一个完全相同生物体。细胞，进而发育为一个完全相同生物体。愈伤组织愈伤组织(callus)(callus)：在离体培育过程中由外植体组织增：在离体培育过程中由外植体组织增生的细胞产生的具有分生实力的一团不规则的疏散排列的生的细胞产生的具有分生实力的一团不规则的疏散排列的薄壁细胞。薄壁细胞。外植体外植体(explant)(explant)：从植物体上分别下来的用于离体培：从植物体上分别下来的用于离体培育的材料，可以是器官、组织和原生质体等。育的材料，可以是器官、组织和原生质体等。继代培育继代培育(secondary cu
7、lture)(secondary culture)：更换簇新培育基来繁：更换簇新培育基来繁殖同种类型的材料（愈伤组织殖同种类型的材料（愈伤组织.芽等）。芽等）。胚胎培育胚胎培育(embryo culture):(embryo culture):包括原胚和成熟胚培育、包括原胚和成熟胚培育、胚乳培育、胚珠和子房胚乳培育、胚珠和子房(未授粉或已授粉的未授粉或已授粉的)培育，可用于培育，可用于探讨胚胎发生以及影响胚生长的因素；用试管受精或幼胚探讨胚胎发生以及影响胚生长的因素；用试管受精或幼胚培育可获得种间或属间远缘杂种，因此它也是探讨生殖生培育可获得种间或属间远缘杂种，因此它也是探讨生殖生理的有用方法
8、；胚乳培育是探讨胚乳的功能、胚乳与胚的理的有用方法；胚乳培育是探讨胚乳的功能、胚乳与胚的关系，以及获得三倍体植株的一个手段。关系，以及获得三倍体植株的一个手段。脱分化（脱分化（dedifferentiation dedifferentiation）:已分化好的细胞在人已分化好的细胞在人工诱导条件下，复原分生实力，回复到分化组织状态的过工诱导条件下，复原分生实力，回复到分化组织状态的过程。程。再分化（再分化（redifferentiation):redifferentiation):脱分化后具有分生实力脱分化后具有分生实力的细胞再经过与原来相同的分化过程，重新形成各类组织的细胞再经过与原来相同的
9、分化过程，重新形成各类组织和器官的过程。和器官的过程。茎尖培育茎尖培育:较小的仅带几个叶原基或少量幼叶的茎端部较小的仅带几个叶原基或少量幼叶的茎端部分的培育。通常用分的培育。通常用110mm110mm大小的外植体来加速植物的无大小的外植体来加速植物的无性系繁殖。性系繁殖。无性繁殖系无性繁殖系(clone)(clone)：由同一个外植体反复进行继代培：由同一个外植体反复进行继代培育后所得一系列的无性繁殖后代。育后所得一系列的无性繁殖后代。器官发生（器官发生（organogenesis)organogenesis)：在组织培育中或悬浮培育：在组织培育中或悬浮培育中，由培育物到显示有自然的器官形成，
10、如形成芽或根的中，由培育物到显示有自然的器官形成，如形成芽或根的现象。现象。胚状体（胚状体（embryoid)embryoid)：在离体培育过程中产生一种形似：在离体培育过程中产生一种形似胚（具有明显的根端和芽端），功能与胚相同的结构。胚（具有明显的根端和芽端），功能与胚相同的结构。3.3.3 3.3.3 植物细胞分化和形态建成植物细胞分化和形态建成一般植物通过细胞或组织培育达到再生目的要经过两个一般植物通过细胞或组织培育达到再生目的要经过两个步骤：步骤：(1)(1)培育的植物细胞或组织的脱分化，形成愈伤组织；培育的植物细胞或组织的脱分化，形成愈伤组织；(2)(2)有新形成的愈伤组织形成一些分
11、生细胞团，随后有新形成的愈伤组织形成一些分生细胞团，随后又由其分化成不同的器官原基（如根原基、叶原基等）。又由其分化成不同的器官原基（如根原基、叶原基等）。脱分化后的细胞进行再分化的过程有两种不同的方式：脱分化后的细胞进行再分化的过程有两种不同的方式：（1 1）器官发生方式：其中芽和根在愈伤组织的不同部位）器官发生方式：其中芽和根在愈伤组织的不同部位分别独立形成，具有单极性结构。分别独立形成，具有单极性结构。（2 2）胚胎发生方式：在愈伤组织表面或内部形成很多胚）胚胎发生方式：在愈伤组织表面或内部形成很多胚状体，它们类似于合子胚，具有双极性结构。状体，它们类似于合子胚，具有双极性结构。魔魔芋芋
12、胚胚状状体体通过胚状体途径产生再生植株有通过胚状体途径产生再生植株有3 3个显著优点：个显著优点：（1 1）在一个培育物上所能产生的胚状体数目往）在一个培育物上所能产生的胚状体数目往往比不定芽数目多；往比不定芽数目多；（2 2）胚状体形成的速度快；）胚状体形成的速度快；（3 3）胚状体结构完整，一旦形成，一般都可以）胚状体结构完整，一旦形成，一般都可以干脆萌发形成小植株，因此成苗率高。干脆萌发形成小植株，因此成苗率高。3.3.4 3.3.4 植物组织培育的基本步骤植物组织培育的基本步骤以胡萝卜为例，介绍植物组织培育的一般过程（图解）：以胡萝卜为例，介绍植物组织培育的一般过程（图解）：（1 1）
13、培育材料的采集）培育材料的采集（2 2）培育材料的消毒）培育材料的消毒（3 3）制备外植体）制备外植体（4)4)接种和培育接种和培育（5 5）组培苗的练苗和移栽）组培苗的练苗和移栽花药培育花药培育单倍体细胞和胚单倍体细胞和胚状体状体细胞和集合体细胞和集合体悬浮培育悬浮培育球形球形形成胚状体形成胚状体心形期心形期鱼雷期鱼雷期子叶期子叶期外植体外植体外植体在培育中干脆振荡外植体在培育中干脆振荡在培育液中振荡在培育液中振荡在生长素在生长素-养分物养分物琼脂培育基上生琼脂培育基上生长的愈伤组织长的愈伤组织植物组织培育的一般过程的完整周期图解植物组织培育的一般过程的完整周期图解（1 1）培育材料的采集）
14、培育材料的采集n组织培育所用的材料特别广泛，可实行根、茎、叶、组织培育所用的材料特别广泛，可实行根、茎、叶、花、芽和种子的子叶，有时也利用花粉粒和花药，其花、芽和种子的子叶，有时也利用花粉粒和花药，其中根尖不易灭菌，一般很少接受。中根尖不易灭菌，一般很少接受。n对于木本花卉来说，阔叶树可在一、二年生的枝条上对于木本花卉来说，阔叶树可在一、二年生的枝条上采集，针叶树种多采种子内的子叶或胚轴。草本植物采集，针叶树种多采种子内的子叶或胚轴。草本植物多采集茎尖。多采集茎尖。n在快速繁殖中，最常用的培育材料是茎尖，通常切块在快速繁殖中，最常用的培育材料是茎尖，通常切块在在0.50.5厘米左右，假如为培育
15、无病毒苗而接受的培育厘米左右，假如为培育无病毒苗而接受的培育材料通常仅取茎尖的分生组织部分，其长度在材料通常仅取茎尖的分生组织部分，其长度在0.10.1毫毫米以下。米以下。（2 2）培育材料的消毒）培育材料的消毒n先将材料用流水冲洗干净，最终一遍用蒸馏水冲洗，先将材料用流水冲洗干净，最终一遍用蒸馏水冲洗，再用无菌纱布或吸水纸将材料上的水分吸干，并用消再用无菌纱布或吸水纸将材料上的水分吸干，并用消毒刀片切成小块。毒刀片切成小块。n在无菌坏境中将材料放入在无菌坏境中将材料放入7070酒精中浸泡酒精中浸泡30306060秒。秒。n再将材料移入漂白粉的饱和液或再将材料移入漂白粉的饱和液或0.010.0
16、1升汞水中消毒升汞水中消毒1010分钟。分钟。n取出后用无菌水冲洗三、四次。取出后用无菌水冲洗三、四次。（3 3）制备外植体）制备外植体n将已消毒的材料，用无菌刀、剪、镊等，在无菌的环将已消毒的材料，用无菌刀、剪、镊等，在无菌的环境下，剥去芽的鳞片、嫩枝的外皮和种皮胚乳等，叶境下，剥去芽的鳞片、嫩枝的外皮和种皮胚乳等，叶片则不需剥皮。然后切成片则不需剥皮。然后切成0.20.20.50.5厘米厚的小片，这厘米厚的小片，这就是外植体。在操作中严禁用手触动材料。就是外植体。在操作中严禁用手触动材料。（4)4)接种和培育接种和培育n接种：接种：在无菌坏境下，将切好的外植体马上接在培育基上，在无菌坏境下
17、，将切好的外植体马上接在培育基上，每瓶接种每瓶接种4 41010个。个。n封口：封口：接种后，瓶、管用无菌药棉或盖封口，培育皿用无菌接种后，瓶、管用无菌药棉或盖封口，培育皿用无菌胶带封口。胶带封口。n温度：温度：培育基大多应保持在培育基大多应保持在2525左右，但要因花卉种类及材左右，但要因花卉种类及材料部位的不同而区分对待。料部位的不同而区分对待。n增殖：增殖：外植体的增殖是组培的关键阶段，在新梢等形成后为外植体的增殖是组培的关键阶段，在新梢等形成后为了扩大繁殖系数，须要继代培育。把材料分株或切段转入增殖培了扩大繁殖系数，须要继代培育。把材料分株或切段转入增殖培育基中，增殖培育基一般在分化培
18、育基上加以改良，以利于增殖育基中，增殖培育基一般在分化培育基上加以改良，以利于增殖率的提高。增殖率的提高。增殖1 1个月左右后，可视状况进行再增殖。个月左右后，可视状况进行再增殖。n根的诱导：根的诱导：继代培育形成的不定芽和侧芽等一般没有根，必继代培育形成的不定芽和侧芽等一般没有根，必需转到生根培育基上进行生根培育。需转到生根培育基上进行生根培育。1 1个月后即可获得健壮根系。个月后即可获得健壮根系。（5 5）组培苗的练苗和移栽）组培苗的练苗和移栽n试试管管苗苗从从无无菌菌以以及及光光照照、温温度度、湿湿度度稳稳定定的的环环境境进进入入自自然环境，必需进行炼苗。然环境，必需进行炼苗。n一一般般
19、移移植植前前，先先将将培培育育容容器器打打开开，于于室室内内自自然然光光照照下下放放3 3天天，然然后后取取出出小小苗苗，用用自自来来水水把把根根系系上上的的养养分分基基冲冲洗洗干干净净，再再栽栽入入已已准准备备好好的的基基质质中中，基基质质运运用用前前最最好好消消毒毒。移移栽栽前前要要适适当当遮遮荫荫，加加强强水水分分管管理理，保保持持较较高高的的空空气气湿湿度（相对湿度度（相对湿度9898左右），但基质不宜过湿，以防烂苗。左右），但基质不宜过湿，以防烂苗。这是这是哪个哪个阶段阶段？这是这是哪个哪个阶段阶段？植植物物组组织织培培育育流流程程图图3.3.5 3.3.5 植物组织器官培育植物组织
20、器官培育n1.1.定义定义n 植物组织器官培育就是在植物组织器官培育就是在植物细胞全能性理论指导下，在组织以植物细胞全能性理论指导下，在组织以及器官水平上开展探讨的，其目的是实及器官水平上开展探讨的，其目的是实现植物细胞的全能性以完成植物生命周现植物细胞的全能性以完成植物生命周期的过程。期的过程。2.2.愈伤组织诱导愈伤组织诱导（1)1)愈伤组织形成特点愈伤组织形成特点 由外植体或单个细胞形成愈伤组织一般要经过由外植体或单个细胞形成愈伤组织一般要经过3 3个步骤：个步骤：v 启动期（或诱导期）启动期（或诱导期）v 分裂期分裂期v 分化期分化期 启动期（或诱导期）启动期（或诱导期）:是成熟组织在
21、各种刺激因是成熟组织在各种刺激因素的诱导作用下细胞内蛋白质及核酸的合成代谢快素的诱导作用下细胞内蛋白质及核酸的合成代谢快速加强的过程。受激作用后分裂前细胞的主要变更速加强的过程。受激作用后分裂前细胞的主要变更有：一是呼吸作用加强，消耗氧量明显增加；二是有：一是呼吸作用加强，消耗氧量明显增加；二是多聚核糖体的不断增加，到有丝分裂前多聚核糖体的不断增加，到有丝分裂前RNARNA的含量可的含量可增加增加300%300%；三是蛋白质合成加快，分裂前细胞内蛋；三是蛋白质合成加快，分裂前细胞内蛋白质的总量增加白质的总量增加200%200%；四是各种与分裂有关的酶活；四是各种与分裂有关的酶活性大大加强。性大
22、大加强。分裂期：其主要特征是：细胞数目增加很大，结构疏松，分裂期：其主要特征是：细胞数目增加很大，结构疏松，缺少有组织特征的结构，一般呈现透亮状或浅颜色。缺少有组织特征的结构，一般呈现透亮状或浅颜色。分化期：停止分裂的细胞发生生理代谢方面的变更，出分化期：停止分裂的细胞发生生理代谢方面的变更，出现了形态和生理功能上的分化，直至出现了分生组织的现了形态和生理功能上的分化，直至出现了分生组织的瘤状结构及维管组织。此时，细胞体积不再减小，呈现瘤状结构及维管组织。此时，细胞体积不再减小，呈现的颜色多种多样。的颜色多种多样。（2 2）愈伤组织的生长及分化）愈伤组织的生长及分化（3 3）影响愈伤组织培育的
23、主要因素）影响愈伤组织培育的主要因素v 外植体外植体:虽然全部植物都有被诱导产生愈伤组织的虽然全部植物都有被诱导产生愈伤组织的潜在实力，但是不同的植物种类诱导形成愈伤组织的潜在实力，但是不同的植物种类诱导形成愈伤组织的难易程度差别很大。难易程度差别很大。v 基本培育基：众多的培育基基本上都可以诱导出愈基本培育基：众多的培育基基本上都可以诱导出愈伤组织，但不同的植物种类、基因型和外植体诱导形伤组织，但不同的植物种类、基因型和外植体诱导形成愈伤组织的难易程度不同，对培育基的反应也有差成愈伤组织的难易程度不同，对培育基的反应也有差别。别。v 激素组合：通常高浓度的生长素和低浓度的激烈素激素组合：通常
24、高浓度的生长素和低浓度的激烈素有利于愈伤组织的诱导和增殖。其中，有利于愈伤组织的诱导和增殖。其中，2,4-D2,4-D是诱导是诱导愈伤组织最有效的物质。愈伤组织最有效的物质。3.3.举例举例以番杏的组织培育为例介绍组织器官培育技术：以番杏的组织培育为例介绍组织器官培育技术：番杏别名洋菠菜，属番杏科番杏属的多年生草本植物。番杏别名洋菠菜，属番杏科番杏属的多年生草本植物。主要以肥厚多汁的嫩茎叶作蔬菜食用，并可全株入药，有主要以肥厚多汁的嫩茎叶作蔬菜食用，并可全株入药，有凉血、解毒、利尿、消疮疥等的功效。凉血、解毒、利尿、消疮疥等的功效。具体方法如下：具体方法如下：（1 1）材料和培育基：番杏果实和
25、幼苗；）材料和培育基：番杏果实和幼苗；(1(1）芽分化培育基：）芽分化培育基：MS+6-BA1.0mg/LMS+6-BA1.0mg/L（单位下同）（单位下同）+NAA0.1+3.0%+NAA0.1+3.0%蔗糖蔗糖;(2;(2）诱导）诱导愈伤组织与分化培育基：愈伤组织与分化培育基：MS+6-BA 1.0+2,4-D 0.5+3.0%MS+6-BA 1.0+2,4-D 0.5+3.0%蔗蔗糖糖;(3;(3）生根培育基：）生根培育基：3/4MS+NAA0.1+1.5%3/4MS+NAA0.1+1.5%蔗糖蔗糖;(4;(4）继代培）继代培育基：育基：MSMS培育基。以上各培育基加培育基。以上各培育基
26、加0.7%0.7%琼脂，琼脂，PH5.8PH5.8。（2 2）培育条件：培育温度）培育条件：培育温度2525左右，日光灯照明，每天光左右，日光灯照明，每天光照照10h,10h,光照强度光照强度10001500lx10001500lx。（3 3）无菌苗的获得：将番杏果实在浓硫酸中浸泡约）无菌苗的获得：将番杏果实在浓硫酸中浸泡约1h1h，流水，流水冲洗冲洗30min30min。再在超净工作台（图示）内用。再在超净工作台（图示）内用70%70%乙醇浸泡乙醇浸泡2-2-3min3min，在无菌滤纸上吸干或酒精灯焰烧干，再用，在无菌滤纸上吸干或酒精灯焰烧干，再用0.1%0.1%升汞浸升汞浸泡泡10min
27、,10min,无菌水冲洗无菌水冲洗3-43-4次次,用无菌手术刀轻轻刮去果实被用无菌手术刀轻轻刮去果实被腐蚀的部分，然后将其接种于培育基（腐蚀的部分，然后将其接种于培育基（3 3）中，培育）中，培育1 1周后种周后种子长出无菌苗（图示）。子长出无菌苗（图示）。（4 4）愈伤组织培育：切取）愈伤组织培育：切取0.5cm0.5cm长的不带腋芽的茎段，置于长的不带腋芽的茎段，置于（2 2）号培育基上。）号培育基上。3 3周后，茎段四周出现白色松脆的愈伤组周后，茎段四周出现白色松脆的愈伤组织（图示）。愈伤组织的形成标记着接种外植体的生长状态织（图示）。愈伤组织的形成标记着接种外植体的生长状态已脱离分化
28、状态，起先重新复原分生实力。已脱离分化状态，起先重新复原分生实力。超净工作台番杏无菌苗番杏愈伤组织（5 5）继代培育：将愈伤组织在无菌条件下从试管中取出，用无）继代培育：将愈伤组织在无菌条件下从试管中取出，用无菌水洗净，以镊子和解剖刀剔除附着在愈伤块上的培育基，并菌水洗净，以镊子和解剖刀剔除附着在愈伤块上的培育基，并用无菌水反复冲洗数次，直至愈伤块上无残留培育基为止。用用无菌水反复冲洗数次，直至愈伤块上无残留培育基为止。用解剖刀将愈伤块切成数小块，在接种到装有愈伤组织诱导培育解剖刀将愈伤块切成数小块，在接种到装有愈伤组织诱导培育基的三角瓶中，再与诱导愈伤组织相同的培育条件下接着培育。基的三角瓶
29、中，再与诱导愈伤组织相同的培育条件下接着培育。几天后，三角瓶中的小愈伤块即可渐渐长大，这一过程称作继几天后，三角瓶中的小愈伤块即可渐渐长大，这一过程称作继代培育。通过愈伤组织的继代培育，原来接种的代培育。通过愈伤组织的继代培育，原来接种的1 1个番杏茎段组个番杏茎段组织可繁殖出大量的新接种材料用于分化培育。织可繁殖出大量的新接种材料用于分化培育。（6 6）分化培育：剥离白色松脆的愈伤组织接着置于（）分化培育：剥离白色松脆的愈伤组织接着置于（2 2）号培）号培育基上，育基上，2 2月后，部分白色愈伤组织上出现绿色芽点（图示）。月后，部分白色愈伤组织上出现绿色芽点（图示）。随着时间推移，绿色芽点不
30、断膨大，其中部分形成正常绿苗随着时间推移，绿色芽点不断膨大，其中部分形成正常绿苗（图示）。（图示）。带绿色芽点的愈伤组织番杏分化绿苗番杏盆栽苗番杏无菌苗（7 7）生根培育：剥离绿苗接种到（）生根培育：剥离绿苗接种到（3 3）号培育基上诱导生根）号培育基上诱导生根（图示）。（图示）。7d7d后起先接连出根，后起先接连出根，3 3周后可有多条须根形成，周后可有多条须根形成，生根率达生根率达95.7%95.7%。（8 8）炼苗与移栽：移栽前，敞瓶炼苗）炼苗与移栽：移栽前，敞瓶炼苗3-4d3-4d，取出洗净后，取出洗净后，栽至装有蛭石的塑料杯中，加自来水，杯上罩上玻璃烧杯保栽至装有蛭石的塑料杯中，加自
31、来水，杯上罩上玻璃烧杯保湿，湿，4d4d后昼覆夜敞，后昼覆夜敞，2 2周后可除掉玻璃杯。周后可除掉玻璃杯。3 3周后，试管苗张周后，试管苗张出新根，再将其移入蛭石与土（出新根，再将其移入蛭石与土（2 2：1 1）的盆（图示）中。成）的盆（图示）中。成活率为活率为83.3%83.3%。3.3.6 3.3.6 植物组织培育的应用植物组织培育的应用1.1.无性系快速繁殖技术无性系快速繁殖技术2.2.获得无病毒植株获得无病毒植株3.3.新品种培育新品种培育4.4.在遗传、生理生化和病理等探讨上的应用在遗传、生理生化和病理等探讨上的应用5.5.种质资源的保存种质资源的保存6.6.产业化生产前景产业化生产
32、前景 1.1.无性系快速繁殖技术无性系快速繁殖技术n对对那那些些繁繁殖殖系系数数低低或或很很难难用用种种子子繁繁殖殖的的名名特特珍珍品品种种的的繁繁殖殖好好用用意意义义更更大大,甚甚至至是是无无可可取取代代。如如脱脱毒毒苗苗、新新育育成成、新新引引进进、稀稀缺缺育育种种、优优良良单单株株、濒濒危危植植物物和和基基因因工工程程植植株株等等可可通通过过离离体体快快速速繁繁殖殖,以以比比常常规规育育苗苗方方法法快快数数百百倍倍到到数数万万倍倍的的速速度度扩扩大大繁繁殖殖,刚刚好好供供应应大大量量优优质质种种苗苗。如如野野生生珍珍稀稀兰兰花花属属国国家家二二级级以以上上爱爱护护植植物物,野野生生兰兰花
33、花的的组组织织培培育育利利于于爱护这些珍稀的植物资源。爱护这些珍稀的植物资源。n目目前前,在在国国内内外外已已掀掀起起“试试管管苗苗”热热,如如国国外外在在兰兰花花、杜杜鹃鹃、月月季季、草草莓莓、苹苹果果、柑柑桔桔、石石竹竹、铁铁线线莲莲、桉桉树树等等进进行行快快速速繁繁殖殖已已达达到到商商品品化化生生产产;我我国国近近年年来来已已获获成成功功推推广广的的有有甘甘蔗蔗、葡葡萄萄、罗罗汉汉果果、兰兰花花、银银杏杏、水水稻稻、甘甘蔗蔗、菠菠萝萝、香香蕉蕉、草草莓莓、月月季季、菊菊花花、无无籽籽西西瓜瓜、栎栎树树、山山楂楂、猕猕猴猴桃桃、雪雪松松等等品品种种。试试管管苗苗在在国国际际国国内内市市场场
34、上上已已形形成成产产业业化化生生产产,如如广广西西都都安安县县山山葡葡萄萄苗苗、罗罗城城县县毛毛葡葡萄萄苗苗均均由由国国内内组组织织培培育育公公司供应司供应,每年须要量达数十万株。每年须要量达数十万株。2.2.获得无病毒植株获得无病毒植株n很很多多农农作作物物都都带带有有病病毒毒,病病毒毒是是植植物物的的严严峻峻病病害害,至至2000 2000 年年,已已定定名名或或暂暂定定名名的的植植物物病病毒毒的的种种类类已已达达909 909 种种,极极难难防防治治。如如防防治治无无方方,不不仅仅会会影影响响作作物物的的品品质质及及产产量量,严严峻峻的的只只能能拔拔除除病病株株,造造成成很很大大经经济济
35、损损失失。病病毒毒在在植植株株上上的的分分布布是是不不均均一一的的,病病毒毒是是通通过过维维管管系系统统及及胞胞间间连连丝丝移移动动的的,老老的的组组织织和和器器官官病病毒毒含含量量高高,幼幼嫩嫩未未成成熟熟的的组组织织和和器器官官病病毒毒含含量量较较低低,如如分分裂裂速速度度很很快快的的茎茎尖尖、根根尖尖生生长长点点几几乎乎不不含含病病毒毒。用用植植物物生生长长点点培培育育法法可可获获得得无无病病毒毒植植株株,复复原原植植物物的的优优良良品质品质,达到复壮的目的。达到复壮的目的。n目目前前已已在在广广西西荔荔蒲蒲芋芋、永永福福罗罗汉汉果果、桉桉树树、马马铃铃薯薯、甘甘薯薯、百百合合、兰花、大
36、蒜、石竹、柑桔、草莓等植物品种上得到成功推广。兰花、大蒜、石竹、柑桔、草莓等植物品种上得到成功推广。3.3.新品种培育新品种培育n单单倍倍体体育育种种:通通过过花花药药培培育育,从从小小孢孢子子获获得得单单倍倍体体植植株株,染染色色体体加加倍倍后后获获得得正正常常二二倍倍体体植植株株,这这是是一一条条育育种种的的新新途途径径。单单倍倍体体育育种种可可以以缩缩短短育育种种年年限限,节节约约人人力力物物力力,较较快快地地获获得得优优良良品品种种,目目前前已已有有4040多多种种植植物物获获得得了了单单倍倍体体植植株株。我我国国在在水水稻稻、小小麦麦、烟烟草草、柏柏树树、橡橡胶胶、辣椒等植物的单倍体
37、育种的工作上辣椒等植物的单倍体育种的工作上,处于领先地位。处于领先地位。n胚胚培培培培育育、子子房房培培育育、胚胚珠珠培培育育:为为了了克克服服植植物物远远缘缘杂杂交交的的不不亲亲和和性性,可可接接受受胚胚、子子房房、胚胚珠珠培培育育和和试试管管受受精精等等手手段段使使胚胚正正常常发发育育并并成成功功地地培培育育出出杂杂交交后后代代。现在已在棉花、玉米、黄麻等品种上获得成功。现在已在棉花、玉米、黄麻等品种上获得成功。4.4.在遗传、生理生化和病理等探讨上的应用在遗传、生理生化和病理等探讨上的应用n要要揭揭开开生生命命活活动动的的隐隐私私，须须要要多多科科学学、多多技技术术的的相相互互协协作作，
38、其其中中植植物物组组织织培培育育技技术术是是不不行行缺缺少少的的，它它为为遗遗传传学学、分分子子生生物物学学、细细胞胞生生物物学学、生生物物工工程程等等供供应应了了一一种种有有效效、快快速速的的方方法法。因因为为要要揭揭示示生生命命的的奇奇异异，首首先先要要探探讨讨单单个个基基因因的的作作用用，探探讨讨它它在在细细胞胞内内是是如如何何组组装装的的，如如何何与与其其它它基基因因发发生生联联系系，如如何何表表达达和和调调控控等等。分分别别单单个个基基因因，对对它它DNADNA进进行行测测序序，再再对对其其中中的的某某些些碱碱基基实实行行突突变变，然然后后还还须须要要将将基基因因送送到到受受体体细细
39、胞胞当当中中，看看表表达达状状况况，以以确确定定其其功功能能。接接受受基基因因的的受受体体细细胞胞要要产产生生再再生生植植株株，就就须须要要通通过过组组织织培培育育的方法才能实现。的方法才能实现。5.5.种质资源的保存种质资源的保存n传传统统上上,种种质质是是以以种种子子的的形形式式保保存存的的。这这种种保保存存方方法法的的局局限限性性:(1)(1)种种子子生生活活力力随随贮贮存存时时间间的的延延长长生生活活力力渐渐渐渐下下降降,并并常常受受到到病病虫虫害害的的侵侵袭袭;(2)(2)难难以以保保存存无无性性繁繁殖殖的的作作物物。另另一一方方面面,如如用用苗苗圃圃或或田田间间大大量量保存各种植物
40、基因型保存各种植物基因型,成本极高成本极高,还存在天灾毁灭的危急。还存在天灾毁灭的危急。n在在低低温温条条件件下下(-(-20 20-196 196),在在试试管管中中保保存存组组织织培培育育物物质质的的方方法法保保存存种种质质,具具有有传传统统方方法法不不行行比比拟拟的的优优点点:(1)(1)只只须须要要较较少少的的空空间间就就能能保保存存大大量量的的“养养分分体体种种子子”(”(vegetative vegetative seeds)seeds);(2)(2)不不受受病病虫虫害害侵侵染染;(3)(3)当当须须要要的的时时候候,可可把把所所贮贮存存的的材材料料用用作作核核心心原原种种快快速速
41、繁繁殖殖出出大大量量植植株株;(4)(4)由由于于不不带带已已知知的的病病毒毒和和病病原原菌菌,因因此此可可以以把把这这些些植植物物的的克克隆隆在在国国际际间间进进行行交交换换;(5)(5)节节约约大大量量人人力力、财财力力、物物力力。经经低低温温贮贮藏藏的的物物种种,保保持持了了稳稳定定的的遗遗传传性性和和良良好好的的存存活活率率。据据报报导导,冷冷冻保存的胡萝卜胚状体冻保存的胡萝卜胚状体,在保存了在保存了1 1 年之后仍有再生成植株的实力。年之后仍有再生成植株的实力。6.6.产业化生产前景产业化生产前景n植植物物有有用用化化合合物物包包括括药药物物、蛋蛋白白质质、脂脂肪肪、糖糖类类、橡橡胶
42、胶、香香精精油油、色色素素等等。这这些些化化合合物物很很多多都都是是高高等等植植物物的的次次生生代代谢谢物物,有有些些化化合合物物还还不不能能大大规规模模地地人人工工合合成成,而而靠靠植植物物产产生生这这些些化化合合物物产产量量有有限限。因因此此,利利用用组组织织培培育育方方法法,培培育育植植物物的的某某些些器器官官或或愈愈伤伤组组织织,并并筛筛选选出出高高产产、高高合合成成实实力力、生生长长快快的的细细胞胞株株系系,以以进进行行工工业业化生产植物有用化合物化生产植物有用化合物,是一条行之有效的途径。是一条行之有效的途径。n近近年年来来,南南京京药药学学院院丁丁家家宜宜利利用用组组织织培培育育
43、生生产产出出人人参参干干粉粉。这这是是我我国国第第一一个个用用组组织织培培育育进进行行医医药药的的工工业业化化生产的例子。生产的例子。总之，现在的植物组织培育仍旧处于发展阶总之，现在的植物组织培育仍旧处于发展阶段，很多机理人们还没有搞清晰，它的潜力也远段，很多机理人们还没有搞清晰，它的潜力也远没有发挥出来。信任在今后的几十年内，组织培没有发挥出来。信任在今后的几十年内，组织培育在我国将会有更大的发展，在农业、制药业、育在我国将会有更大的发展，在农业、制药业、加工业等方面将会发挥更大的作用，创建出更大加工业等方面将会发挥更大的作用，创建出更大的经济效益。的经济效益。思索题思索题n1.1.愈愈伤伤
44、组组织织的的形形态态发发生生有有哪哪两两种种状状况况?并并比比较较各自由此形成完整植株的不同。各自由此形成完整植株的不同。n2.2.请请以以某某种种植植物物为为例例来来论论述述其其无无菌菌苗苗的的诱诱导导、继代快繁、生根培育及其驯化移栽过程。继代快繁、生根培育及其驯化移栽过程。n3.3.植植物物组组织织培培育育的的主主要要意意义义有有哪哪些些？最最新新进进展展如何？如何？3.3.7 3.3.7 人工种子人工种子1.1.定义定义人工种子（人工种子（artificial seed)artificial seed)是指通过植物组织是指通过植物组织培育的方法获得的具有正常发育实力的材料，培育的方法获得
45、的具有正常发育实力的材料，外面还被有特定物质，在适宜条件下可以发芽外面还被有特定物质，在适宜条件下可以发芽成苗的植物幼体。成苗的植物幼体。19781978年，由著名的植物学家年，由著名的植物学家MurashigeMurashige最早提出最早提出人工种子概念。人工种子概念。人人工工种种子子2.人工种子的优点人工种子的优点（1 1）可依据不同植物的要求配制，如可加入植）可依据不同植物的要求配制，如可加入植物激素、有益微生物或抗病、抗虫成分等，这物激素、有益微生物或抗病、抗虫成分等，这样获得的人工种子就优越于自然种子，生产效样获得的人工种子就优越于自然种子，生产效率高；率高；（2 2）可以固定杂交
46、优势，加速良种繁育；）可以固定杂交优势，加速良种繁育；（3 3）可作为植物基因工程和遗传工程的桥梁；）可作为植物基因工程和遗传工程的桥梁；（4 4）可保存珍贵品种。）可保存珍贵品种。选取目标植物选取目标植物从适合的外植体诱导愈伤组织从适合的外植体诱导愈伤组织把愈伤组织转移到液体培养基把愈伤组织转移到液体培养基愈伤组织在液体培养基中增生扩大愈伤组织在液体培养基中增生扩大愈伤组织转移至无激素培养愈伤组织转移至无激素培养体细胞胚体细胞胚包裹人工种皮包裹人工种皮温室（大棚）播种温室（大棚）播种获取目标植物获取目标植物3.3.人工种子制作及培育流程图示人工种子制作及培育流程图示4.4.人工种子制作的关键
47、环节人工种子制作的关键环节 n（1 1）制备大量的高质量体细胞胚是人工种子）制备大量的高质量体细胞胚是人工种子制作的前提。制作的前提。n（2 2）体细胞胚胎发生的同步化限制。）体细胞胚胎发生的同步化限制。n（3 3）选择合理的包埋技术。）选择合理的包埋技术。所谓高质量的体细胞胚，指的是体细胞胚所谓高质量的体细胞胚，指的是体细胞胚具有发育成完整小植株的实力，这就要求体细具有发育成完整小植株的实力，这就要求体细胞胚在解剖构造上具有明显的胚根、胚芽的双胞胚在解剖构造上具有明显的胚根、胚芽的双极性结构，这是人工种子制作能否成功的关键极性结构，这是人工种子制作能否成功的关键所在。所在。人工种子的制作要求
48、胚状体的形态上大小一样，人工种子的制作要求胚状体的形态上大小一样，发育进程上相像，这样制成的人工种子其活力强，发育进程上相像，这样制成的人工种子其活力强，萌发率高。萌发率高。如何对体细胞胚胎发生进行同步化限制和纯化如何对体细胞胚胎发生进行同步化限制和纯化筛选呢？筛选呢？（1 1）化学抑制法）化学抑制法（2 2）低温抑制法）低温抑制法（3 3）渗透压选择法）渗透压选择法（4 4）机械过筛选择法）机械过筛选择法（5 5）应用植物胚性细胞分级仪）应用植物胚性细胞分级仪化学抑制法：在细胞培育初期加入抑制化学抑制法：在细胞培育初期加入抑制DNADNA合成的合成的药物，使细胞药物，使细胞DNADNA合成短
49、暂停止，当除去合成短暂停止，当除去DNADNA抑制剂抑制剂时，细胞起先进入同步分裂。时，细胞起先进入同步分裂。低温抑制法：接受低温处理导致发育停滞，形成低温抑制法：接受低温处理导致发育停滞，形成所谓的温度冲击，处理时间过后，复原正常温度，所谓的温度冲击，处理时间过后，复原正常温度，可以使胚性细胞达到同步分裂的目的。可以使胚性细胞达到同步分裂的目的。I.I.人造种皮人造种皮 要求：能保持胚状体的活力，利于萌发或贮藏。如海藻要求：能保持胚状体的活力，利于萌发或贮藏。如海藻酸钠、明胶、树胶、琼脂糖、淀粉及动物胶等。酸钠、明胶、树胶、琼脂糖、淀粉及动物胶等。II.II.人造胚乳人造胚乳 人工胚乳的主要
50、成分为无机盐、碳水化合物及蛋白质等人工胚乳的主要成分为无机盐、碳水化合物及蛋白质等养分物质。养分物质。III.III.包埋技术包埋技术滴注法滴注法装模法装模法滴注法滴注法5.人工种子的探讨现状及应用前景人工种子的探讨现状及应用前景n美国加州的植物遗传公司领先申请了胡萝卜等多种植物的人工种美国加州的植物遗传公司领先申请了胡萝卜等多种植物的人工种子的探讨专利。子的探讨专利。n瑞士、法国的一些大公司集中探讨开发蔬菜芽人工种子和胚芽生瑞士、法国的一些大公司集中探讨开发蔬菜芽人工种子和胚芽生产。产。n欧洲多个国家联合攻关的尤利卡支配中，把人工种子的研制作为欧洲多个国家联合攻关的尤利卡支配中，把人工种子的