《细胞工程》第3章：植物组织与细胞培养.ppt

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1、细胞工程,Cell Engineering,Chapter3、植物组织与细胞培养,31 植物细胞工程概述32 植物组织培养33 植物细胞培养,31 植物细胞工程概述,311 植物细胞工程是细胞工程的一个重要分支学科。,312 植物细胞工程（plant cell engineering）,植物细胞工程（plant cell engineering）：是在植物细胞全能性的基础上，以植物细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良品种或创制新种，或加速繁殖植物个体，或获得有用产物的过程。,313 植物细胞工程内容：,A、植物细胞工

2、程（对象或内容）植物细胞与组织培养技术 植物细胞融合技术 植物细胞质工程技术 植物染色体工程技术 转基因植物技术B、植物细胞工程（目的或应用）植物细胞工程与育种 植物细胞工程与体外快速繁殖 植物细胞工程与优质种质体外保存 植物细胞工程与药物 食品工业化生产,314 存在的理论与生产问题,植物细胞全能性的本质 细胞分化机制和代谢途径的调控理论 培养细胞中的生理、后成杂种 问题（rpigenetic）和遗传的变异 体细胞杂交和有性杂交的比较 不亲和性机制 细胞和组织培养方法 细胞器的分离和引入技术 原生质体诱导融合改进 细胞的培养筛选及鉴定 花粉和花药培养药物生产的中间试验 试管苗的大规模繁殖和生

3、产,315 植物组织培养与细胞培养的区别：,316 植物细胞与组织培养技术内容与分类：,试管苗、人工种子、单倍体诱导 植物组织培养技术（植物微繁殖技术）原生质体培养、体细胞杂交、micro propagation 体细胞变异、种质保存植物细胞培养技术（植物细胞大量培养）植物细胞大量培养技术根据对象不同，培养方式也可分为：根据水平不同：植株培养（plantlet culture）植物胚胎培养(plant embryo culture)细胞类型（体、生殖细胞）植物器官培养(plant organ culture)单倍体、二倍体和多倍体植物组织培养(plant tissue culture)离体、人

4、工无菌环境愈伤组织培养(callus culture)原生质体培养(plant protoplast culture),32 植物组织与器官培养,321 定义：植物组织与器官培养是指在无菌条件下，将离体的植物器官（如根尖、茎尖、叶、花、未成熟的果实、种子等）、组织（如花药组织、胚乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、胚胎（如成熟和未成熟的胚）、原生质体等培养在人工配置的培养基上，给予适当的培养条件，诱发产生愈伤组织、潜伏芽，或者长成新的完整植株的一种实验技术。,323 发展历程：,324 几个概念,一、愈伤组织（callus）：是指由外植体组织增生的细胞产生的一团（大小、形状、液泡化程度、

5、胞质含量和细胞壁特性）不定型的疏散排列的薄壁细胞。（细胞水平已分化，但没有组织、器官水平分化，无组织结构）二、外植体（explantation）：是指植物组织培养中用来进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。三、（去）脱分化（dedifferentiation）：是指外植体在人工培养条件下，经多次细胞分裂后而失去原有分化状态，形成无结构的愈伤组织或细胞团的过程，使其回复到胚性细胞的状态。（胚性愈伤组织或类似组细胞、干细胞）,四、再分化（redifferentiation）：是指外植体可以由脱分化状态再度分化成另一种或几种类型的细胞、组织、器官，甚至最终再生成完整植株。五、继

6、代培养（subculture）：是指愈伤组织在培养基上生长一段时间后，营养物枯竭，水分散失，并已积累了一些代谢产物，此时需要将这些组织转移到新的培养基上进行培养的方式。六、胚状体（embryoid）：是指在外植体上产生了类似于由生殖细胞发育来的合子胚（zygotic embryo）的体细胞胚（somatic embryo）。它可来自植物的根、茎、叶和花等组织的细胞，也可来自花药壁及未成熟的幼穗等，胚状体的形成可通过愈伤组织途径，也可不经脱分化直接从子叶和下胚轴部位形成。,胚状体的发育顺序与受精卵发育极为相似，经过原胚 球形胚 心形胚 鱼雷胚 子叶胚五个时期，最后形成小植株，由于胚状体和器官发生

7、均可起源于愈伤组织或直接来自于外植体，故常常混淆，可参见下表。,325 植物细胞全能性途径：,分生组织直接分生芽而达到快速繁殖目的 分生组织先形成愈伤组织，后再分化实现细胞全能性 游离细胞或原生质体形成胚状体 单极分化：有根无芽或无根有芽 双极分化：分化的芽、根分开，形成多个分生中心，不能移栽成活 先芽后根：易成活 先根后芽：易成活,326 植物组织培养基本步骤：,一、培养材料的采集；二、培养材料的消毒；三、制备外植体；四、接种和培养；五、根的诱导；六、组织苗的练苗移栽。,植物材料的采集和取材,外植体的制备,植物组织培养过程,试管苗,327 愈伤组织培养的基本过程：,一、愈伤组织的形成；二、愈

8、伤组织的生长；三、愈伤组织的分化和形态的发生。,328 植物组织培养的应用：,一、无性快速繁殖技术 20世纪80年代，广西、甘蔗试管苗工厂 21世纪，香蕉试管繁殖二、获得无病毒植株对象为病毒易染的植物 蔬菜水果：甘草、草莓、马铃薯 花卉：康乃馨、菊花、郁金香、水仙、百合、鸢尾 理论基础：White（怀特），1943年，发现生长点 附近少病毒 三、新品种选育四、在遗传、生理生化和病理学研究上的应用 理论研究,五、种质资源的保存 烟草、胡萝卜细胞悬液低温保存六、人工种子 是指最外层包裹胶囊状固定化膜的植物胚状体，体外模拟天然种子，防水散失、外部冲击、含营养料。复合凝聚（+-互作）界面聚合（成膜）离

9、子交换凝聚（络合作用）变温凝聚（高、固，低、液）,七、植物组织器官的生物反应器培养 是指那些用来生产植物次生代谢产物的组织器官（生长快，生理、生化特征稳定）培养物的大规模工厂化批量生产过程。毛状根培养：（雾化、流化、气升式反应器）生产 青篙素，抗疟疾（高效、低毒）；芽的培养：（气液交替式培养系统）浅层培养，用 人造纤维支持，解决过深、呈玻璃化，浅、易受剪切力影响；体细胞胚的培养：（自旋过滤式反应器）气升式剪 切力小。,329 存在问题：,一、理论问题：细胞全能性与激素作用机制；二、技术问题：效率偏低、外植体诱导时间 长、培养基配方、继代培养植株变异、新型反应器工艺设备改进；三、应用范围：工厂化

10、、成本高、资金多。,33 植物细胞培养,331 定义：植物细胞培养：是指在离体条件下，将愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养基中进行振荡培养，得到悬浮细胞，再通过继代培养使细胞增殖，从而获得大量细胞群体的技术。它是在组培基础上发展起来的。,332 方法：,333 植物细胞培养基,A、准备：灭菌与消毒,B、组成：,无机盐类：（mol/L）硝酸盐+少许（铵盐+TCA盐）碳源：蔗糖或葡萄糖常用，果糖差 植物生长激素：（mg级）IAA（吲哚乙酸）、IBA（吲 哚丁酸）、2、4-D、NAA（萘乙酸）、BA、细胞分裂素、玉米素 氮源：水解酪蛋白+少许氨基酸 有机酸：TCA酸柠檬酸、苹果酸 复合物质：细胞

11、生长调剂，复杂物质如：酵母抽提液、麦芽抽提液、椰子汁、水果汁,334 植物细胞生物器培养,A、植物细胞特性与细胞培养 与微生物比较，植物细胞大；悬浮培养时，植物细胞易结团，2mm，浓度高、粘度大，分泌粘多糖（硅油降低粘度），产生泡沫，需消泡；细胞有壁，易受剪切力高的装置损伤；与微生物细胞相比，生长慢，周期长，分批2-3周，半连 续与连续2-3周；与微生物细胞比较，需光、好气，CO2/O2比要控制；单细胞3-5天分裂，1周小细胞团成愈伤组织，可转移至分 化培养基上；植物悬浮细胞生长与增殖可分为：延迟、对数生长、直线生长、减缓、静止、衰亡期；,B、植物细胞培养过程,335 植物细胞培养的应用,336原生质体培养（技术线路，以经济海藻红篱为例）,【习题】1、名词解释，并简要说明它们间关系：去分化与再分化 外植体与胚状体 无毒苗与快繁苗2、简要分析愈伤组织和胚状体在植物细胞全 能性的实现途径中的作用？3、简要比较植物组织培养与植物细胞培养？4、植物原生质体培养的技术关键是什么？,