植物细胞和组织培养课件.ppt

 植物细胞和组织培养  *  植物细胞和组织培养（Plant Cell and Tissue Culture）是一种离体培养植物细胞或组织，并在细胞水平上进行遗传操作的技术，可以应用于植物快速繁殖和品种改良。细胞组织培养技术不涉及重组DNA和有害外源基因的导入，不存在生物安全问题，所以它是一种安全的或者“绿色的”生物技术，一直受到人们的关注。  * 1665年 Hooke 发现细胞 1838年Schleiden和Schwann : “一切植物，如果它们不是单细胞的话，都完全是由细胞集合而成的，细胞是植物构造的基本单位。” 1900年孟德尔定律的重新发现使人们认识到, 染色体是遗传因子的载体。细胞具有同样数目的染色体，每个细胞自然就携带了彼此相同的全部遗传因子，因此也应当像受精卵一样，具备分化和发育的潜能。 1902年Haberlandt发表了著名论文《植物细胞离体培养实验》,指出: 作为高等植物的器官和组织基本单位的细胞有可能在离体培养条件下实现分裂分化，乃至形成胚胎和植株。这种见解后来被称为细胞全能性学说（cell totipotency） 植物细胞组织培养的早期研究 * 1951年 Skoog 和 Tsui（崔澂）采用加有IAA和腺嘌呤的培养 基, 使烟草茎段的髓组织的细胞分裂和生长，并且分化形 成不定芽。这是人类第一次从离体培养的植物组织诱导出 芽和植株。 1955年Miller 等从DNA的降解产物中分离出6-呋喃氨基嘌呤 ，发现它不仅可以代替腺嘌呤诱导烟草茎段分化芽，而且诱 导芽分化的效力比腺嘌呤高三万倍，为诱导离体细胞的器官 分化提供了有效的方法。 1958年Steward导单个来自胡萝卜根的悬浮细胞发育为成熟的 胚胎，完全证明了Haberlandt提出的细胞全能性学说。至今已 经在一千多种植物上，从各种类型的组织和细胞，甚至原生 质体，诱导出胚胎和完整植株，因此植物细胞的全能性的存 在已是不争的事实。 * 植物细胞组织培养研究主要领域 １．植物细胞工程的理论基础：细胞全能性 ２ 胚培养和胚乳培养 ３．植物组织培养脱毒快速繁殖 ４、体细胞胚胎发生与人工种子 ５．体细胞无性系变异与育种 ６．原生质体培养和体细胞杂交 ７．单倍体植物的诱导和应用 ８．植物细胞大量培养和次生代谢产物利用 参考书： 朱至清，植物细胞工程，化学工业出版社，２００３。 孙敬三、朱至清，植物细胞工程实验技术，化学工业出版社，２００６。 * 植物细胞全能性及其表达 （一）植物细胞全能性的提出与证明 （二）胚性细胞 —— 植物的干细胞 （三）从分化细胞到胚性细胞 * 在自然条件下，植物体内的许多细 胞可以不断地产生不定胚或芽，表 明它们保留着胚性。在自然界表现 出胚性的细胞可以分为三大类，即 早期胚胎细胞、茎端分生细胞和成 熟组织中遗留的胚性细胞。 最典型的例子是落地生根，其叶片 周缘组织特定部位中遗留的胚性细 胞能够沿著叶片的四周形成不定芽， 然后发育为具有根系的小植株，脱 落到地面。 Kalanchoe laxiflola （二）胚性细胞 —— 植物的干细胞 * 一、合子和早期胚胎细胞 精卵结合产生的合子合子是真正意义上的胚性细胞。许多植 物的早期胚胎细胞可以通过裂生多胚（cleavage polyembryony） 方式产生两个以上的胚，说明它们是一群胚性细胞或者胚胎干细 胞。裂生多胚现象普遍存在于裸子植物中，例如松属（Pinus)。 被子植物中裂生多胚现象比较少见。在美洲鹿百合（Erythronium americanum）植物中曾观察到裂生多胚，它们是从原胚顶部的细 胞增生形成的。 * 二、顶端分生组织中的干细胞（胚性细胞）及其基因调控 原套和原体的中央部分统称为中央区（central zone），由一团有丝分裂活动不旺盛的胚性细胞（干细胞）组成。 * WUS基因定位在拟南芥染色体II上。基因克隆和测序的 结果表明，它编码一个有291个氨基酸组成的同源异型蛋 白(homeodomain protein)。WUS基因是干细胞促进途径 (stem cell-promoting pathway)中的重要调控成分 (Brand et al., 2000; 许云远，2002) 最近的研究表明，在化 学诱导下WUS的超量表 达或者35S启动子驱动 下的组成型表达可以使 转基因拟南芥的根或其 他部位的体细胞分化出 胚状体（Zuo et al., 2002）,说明该基因在植 物细胞全能性的保持与 表达上起重要的作用。 * 三、植物成熟物器官中遗留的胚性细胞 1.被