第二章 园艺植物组织培养 第一节 绪 论一、 植物组织培养的意义 二、 植物组织培养的发展第一节 绪 论一、 植物组织培养的意义 （一）、组织培养的概念 植物组织培养（Plant Tissue Culture）： 是指通过无菌操作分离植物体的一部分（外植 体explant），接种到培养基上，在人工控制 的条件下（包括营养、激素、温度、光照、湿 度）进行培养，使其产生完整植株的过程。一 植物组织培养的意义n主要有原生质体（Protoplast），悬 浮细胞，组织（愈伤组织Callus、茎 尖分生组织），器官（胚，花药，子 房，根和茎）的培养。其中最常见的 是愈伤组织培养。一 植物组织培养的意义（广义）又叫离体培养：指从植物体分离出符合需要的组织 、器官或细胞、原生质体等，通过无菌操作，在人工控制条 件下进行培养以获得再生的完整植株或生产具有经济价值的 其他产品的技术。 （狭义）组织培养：指用植物各部分组织，如形 成层、薄壁组织、叶肉组织、胚乳等进行培养获 得再生植株，也指在培养过程中从各器官上产生 愈伤组织的培养，愈伤组织再经过再分化形成再 生植物。一 植物组织培养的意义愈伤组织callus: 原指植物在受伤之后 于伤口表面形成的一 团薄壁细胞，在组培 中则指在离体培养过 程中形成的具有分生 能力的一团不规则细 胞，多在植物体切面 上产生。一 植物组织培养的意义n外植体explant：从植物体上分离下来 的用于离体培养的材料。胚轴花粉胚乳胚种子果实叶芽茎根组织原生质体子叶分生组织成熟组织花器子房 苞片胚珠花药花梗 花托叶柄幼苗一 植物组织培养的意义n（二）、植物组织培养的分类固体培养液体培养1.根据培养基分类一 植物组织培养的意义（二)、植物组织培养的分类 植株培养器官培养组织培养细胞培养原生质体培养2、组织培养按培养对象可分为 （外植体）一 植物组织培养的意义1. 植株培养(plant culture)：对完整植株材料的培养 。n 植株培养种子苗培养扦插苗培养一 植物组织培养的意义n2. 器官培养(organ culture): 即离体器官的培养。器官培养根系培养茎段培养花器培养果实培养种子培养叶片培养根据作物和需要的不 同，可以包括分离茎 尖、茎段、根尖、叶 片、叶原基、子叶、 花瓣、雄蕊、雌蕊、 胚珠、胚、子房、果 实等外植体的培养。一 植物组织培养的意义n3. 组织或愈伤组织培养(tissue，callus culture) ：是对植物体的各部分组织进行培养，如茎尖分生 组织、形成层、木质部、韧皮部、表皮组织、胚乳 组织和薄壁组织等等；或对由植物器官培养产生的 愈伤组织进行培养，二者均通过再分化诱导形成植 株.组织培养分生组织培养薄壁组织培养输导组织培养一 植物组织培养的意义4. 细胞培养(cell culture)：是对由愈伤组织等进行液体振荡培养所得到的能保持较好分散性的离体单细胞或花粉单细胞或很小的细胞团的培养. 细胞培养看 护 培 养平 板 培 养悬 浮 培 养微 室 培 养一 植物组织培养的意义5. 原生质体培养(proplast culture)是用酶及物理方法除去细胞壁的原生质体的培养。原生质体培养非融合培养融合培养一 植物组织培养的意义(三)、植物组织培养的原理 植物细胞全能性（Cellular totipotency）：任何具有完整细胞核的植物细胞，都拥有形成一个完整植珠所必须的全部遗传信息和发育成完整植株的能力。（Haberlandt, 1902）细胞全能性（红罗卜）一 植物组织培养的意义1.分化differentiation： 细胞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 形成各类组织和器官完成整个生 活周期。一 植物组织培养的意义2.脱分化dedifferentiation: 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。 3.再分化redifferentiation: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，重新形成各类组织和器 官的过程。一 植物组织培养的意义微（快）繁步骤（ micropropagation）：母株（完整）外植体（母株的一小部分，种子亦 可）接种到培养基上长 芽（继代增殖）长根（试 管外生根亦可）练苗，驯 化完整植株一 植物组织培养的意义初代培养继代培养生根培养驯化移栽植物组织培养一般过程一 植物组织培养的意义5.初代培养：芽、茎段、叶片、花 器等外植体在离体培 养条件下诱导愈伤组 织、侧芽或不定芽、 胚状体过程一 植物组织培养的意义6.胚状体 （embroid ）对应于种子胚而言。在离体 培养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。一 植物组织培养的意义7.继代培养： 更换新鲜培养基来繁殖同 种类型的材料（愈伤组织、芽）。一 植物组织培养的意义n8.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。一 植物组织培养的意义9.驯化移栽：组培苗经人工炼苗后移栽到驯 化苗床上使之适应 露地或保护地条件的过 程。(四)、植物组织培养的特点植物组织培养之所以发展如此之快，应用的范围如此 之广泛，是由于具备以下几个特点： 培养条件可以人为控制组织培养采用的植物材料完全是在人为提供的培养基 质和小气候环境条件下进行生长，摆脱了大自然中四季、 昼夜的变化以及灾害性气候的不利影响，且条件均一，对 植物生长极为有利，便于稳定地进行周年培养生产。一 植物组织培养的意义一 植物组织培养的意义 生长周期短，繁殖率高植物组织培养是由于人为控制培养条件，根 据不同植物不同部位的不同要求而提供不同的培 养条件，因此生长较快。另外，植株也比较小， 往往20-30d为一个周期。所以，虽然植物组织培 养需要一定设备及能源消耗，但由于植物材料能 按几何级数繁殖生产，故总体来说成本低廉，且 能及时提供规格一致的优质种苗或脱病毒种苗。 管理方便，利于工厂化生产和自动化控制植物组织培养是在一定的场所和环境下，人为提供一定的温度、光照、湿度、营养、激素等条件，极利 于高度集约化和高密度工厂化生产，也利于自动化控制 生产。它是未来农业工厂化育苗的发展方向。它与盆栽 、田间栽培等相比省去了中耕除草、浇水施肥、防治病 虫害等一系列繁杂劳动，可以大大节省人力、物力及田 间种植所需要的土地。一 植物组织培养的意义组织培养技术的蓬勃发展只是近50年的事，但它的整个历史可以追溯至19世纪末和上世纪初。二 植物组织培养发展简史二 植物组织培养发展简史n 植物组织培养与细胞培养开始于19世纪后 半叶，当时植物细胞全能性的概念还没有完全 确定，但基于对自然状态下某些植物可以通过 无性繁殖产生后代的观察，人们便产生了这样 一种想法即能否将植物体的一部分在适当的条 件下培养成一个完整的植物体，为此许多植物 科学工作者开始了培养植物组织的尝试。 二 植物组织培养发展简史最初的问题仍然是集中在植物细胞有没有全 能性和如何使这种全能性表现出来。所谓全能性细胞就是指具有完整的膜系统和细胞核的生活细胞，在适宜的条件下可通过细胞分裂与分化，再生出一个完整植株。二 植物组织培养发展简史nWhite指出：如果一个给定的有机体的所有细胞都大致相同，并具有全能性，那么在有机体内所观察到的细胞分化必定是这些细胞对有机体内微环境和周围环境的反应。就是说机体内每个细胞所以没有表现出全能性，是因为该细胞所处位置的不同，致使其某些功能被抑制，充分说明机体内的微环境因素在细胞分化中起了十分重要的作用。二 植物组织培养发展简史按照现代发育生物学和细胞生物学的理论，细胞分 化是受基因在时间和空间两个方面的调空。空间就是指细胞在机体内所处的位置。不同位置的细 胞，其基因的表达不同，细胞所表现出的形态结构和行为 就不同。如果将一个生活的细胞从植物体内分离出来，使 之脱离开原有的环境，细胞被抑制的功能将有望得以恢复 ，重新表现出全能性。基于这种认识，科学工作者便萌生 出了植物组织培养的念头。二 植物组织培养发展简史19世纪30年代，德国植物学家施莱登(M.J.Schleiden，18041881)和德国动物学家施旺(T.Schwann,18101882)创立了细胞学说，根据这一学说，如果给细胞提供和生物体内一样的条件，每个细胞都应该能够独立生活。对组织培养技术的诞生起到了极大的推动作用。二 植物组织培养发展简史n植物组织培养发展简史可划分为三个阶段：一、探索阶段二、奠基阶段三、迅速发展阶段二 植物组织培养发展简史n一、探索阶段（上世纪初至上世纪30年代中）1902年德国著名的植物生理学家和植物学家哈 伯兰特（Haberlandt） 在Schleiden和Schwann的 细胞学说的推动下，提出了高等植物细胞全能性 理论 。它是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。植物细胞全能性的理论：即植物的体细胞，在适当的条件 下，具有不断分裂和繁殖，发育成完整植株的潜在能力。1904年，Hanning培养萝卜和辣根菜的胚成功；1912年，Haberlandt的学生科特（Kotte）和美国的 罗布林（Robins）在根尖培养中获得了组织培养的成功。 Kotte采用了无机盐、葡萄糖、蛋白胨、天冬酰胺，及添加 各种氨基酸的培养基。Robins用含无机盐、葡萄糖或果糖 的琼脂培养基，培养了长度为1.45-3.75cm的豌豆、玉米和 棉花的茎尖，形成了一些缺绿的茎和根。Laibach（1925,1929）亚麻种间杂种胚培养成功，证 明胚培养在植物远缘杂交上可利用； 二 植物组织培养发展简史二 植物组织培养发展简史二、奠基阶段（30年代中至50年代末）1934年美国的怀特（White）由番茄根建立了第一个活跃生长的无性繁殖系，并反复转移到新鲜培养基中继代培养 ，使根的离体培养实验获得了真正的成功，并在以后28年间 培养了1600代。这之后，White又以小麦根尖为材料，研究 了光、温度、通气、pH值、培养基组成等各种培养条件对生 长的影响，并于1937年建立了第一个组织培养的综合培养基 ，其成分均为已知化合物，包括3种B族维生素，即吡哆醇、 硫胺素和烟酸，该培养基后来被定名为White培养基。 二 植物组织培养发展简史与此同时，高特里特（Gautheret） (1934)在研究山毛 柳和黑杨等形成层的组织培养实验中，提出了B族维生素和 生长素对组织培养的重要意义，并于1939年连续培养胡萝卜根形成层获得首次成功。同年，White由烟草种间杂种的瘤组织， 诺比考特（ Nobecourt）由胡萝卜均建立了与上述类似的连续生长的组织培养物。n 因此，Gautherer，White和Nobecourt 一起被誉为组织培养学科的奠基人。我们现在所 用的培养方法和培养基，基本上都是由这三位科 学家建立的。n 后来，White于1943年发表了植物组织培养 手册专著，使植物组织培养开始成为一门新兴 的学科。二 植物组织培养发展简史二 植物组织培养发展简史40年代斯库克（Skoog）和崔徵在烟草茎切段 和髓培养以及器官形成的研究中发现，腺嘌呤或 腺苷可以解除培养基中生长素(1AA)对芽形成的抑 制作用，而能诱导形成芽，从而明确了腺嘌呤与 生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件之一 。即这一比例高时，产生芽；这一比例低时，则形成根；相 等则不分化。二 植物组织培养发展简史50年代开始以后，组织培养研究日趋繁荣 ，10年当中引人注目的进展主要有7项：1952年，莫雷尔（Morel）和马丁（Martin） 通过茎尖分生组织的离体培养，从已受病毒侵染的 大丽花中首次获得无病毒植株；二 植物组织培养发展简史1953-1954年缪尔