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植物組織培養 大仁科技大學 生科系 何婉清 2008.2.15 第一章 緒論 一、定義 二、植物組織培養之基礎理論 三、植物組織培養之發展 四、植物組織培養之應用 一、定義 (一)何謂植物組織培養? 由植物體取出之器官、組織或細胞在人為之控制培養條件下(如在一定之培養基、容器、氣象、溫度、光度…...)進行培育之技術，亦即將植物體之一部份置於人為設定之培養條件下進行培育之技術。 (二)何謂培植體(explant)? 作為植物組織培養之植物材料，包括植物的根、莖、葉、芽、花芽、花序、子房、珠被、胚珠、花藥、花粉、胚等器官、組織或植物細胞等稱之為培植體。 二、植物組織培養之基礎理論 (一)植物細胞全能性(totipotency) 植物細胞全能性是組織培養的理論基礎。一個生活的植物細胞，只要有完整的細胞膜及細胞核，它就會有一整套發育成一個完整植株的遺傳基礎，在適當的條件下可以通過細胞的分裂及分化，再生成一個完整的植株，這就是所謂的細胞全能性。 (二)細胞分化(cell differentiation) 一個成熟的種子都含有一個胚胎。構成胚胎的所有細胞幾乎都保持著未分化狀態和旺盛的細胞分裂能力，這種細胞叫做胚性細胞，或叫做分生性細胞。 隨著種子的萌發，胚胎細胞開始分裂，細胞也隨之發生形態及功能的變化，並分別發育成植物的根、莖、葉等組織、器官。細胞在形態及結構上所發生的永久性變化過程稱之為細胞分化。 (三)脫分化或逆分化(dedifferentiation) 由失去分裂能力的細胞回復到分生狀態，並進行分裂形成沒有分化的細胞團的過程稱細胞的脫分化。這種沒有分化的細胞團稱之為癒傷組織(callus) 。 (四)再分化(redifferentiation) 由無分化的癒傷組織細胞再轉變為具有一定結構，執行一定生理功能的細胞團和組織，並構成一個完整的植物器官或植物體的過程稱細胞的再分化。一個已分化細胞要表達出其全能性，就要經過脫分化和再分化的過程，這就是植物組織和細胞培養所要達到的目的。 (五)器官發生和胚狀體發生(Organogenesis  and embryogenesis) 培養的植物組織與細胞經過脫分化和再分化的步驟，並再生出新的植物體的過程可經過兩條途徑，其一為器官發生，其二為胚狀體發生。 (1)器官發生(Organogenesis) 癒傷組織在形成完整植物體的過程中，先由部分細胞分化產生芽(或根)，再由另一部分細胞分化產生根(或芽)，並形成一株完整的植株。因為芽和根都是植物體的器官，所以這一過程叫器官發生途徑。 (2)胚狀體發生(embryogenesis) 癒傷組織在形成完整植物體的過程中，會產生與種子的胚相似的結構，即同時形成一個有苗頂和根端的兩極性結構，然後再同時發展成帶根的苗；由於這一個過程與種子中胚的形成和種子萌發時形成幼苗的過程相似，所以叫做胚狀體發生或無性胚胎發生。 三、植物組織培養之發展 從植物組織培養百年來之發展歷程，概可分為早期啟蒙階段、無菌培養繁殖蘭科作物、生長調節劑應用於逆分化及再分化、體胚發生與細胞全能性、體細胞雜交技術以及1980年代後組織培養與DNA重組技術結合之細胞轉型技術。 (一)植物組織培養啟蒙階段 1.1902 Haberlandt 首次提出細胞培養的概念，也是第一個用人工培養基對分離的細胞進行培養的人，但由於對植物組織或細胞生長因素的瞭解有限，因此未獲成功。 2.1930年代普林斯頓大學的懷特(White)教授首次在液體培養基中成功的進行了番茄的根尖培養，經分切繼代培養(subculture)仍可再生長。 3.1934年，IAA被確定為不定根原體發生的主要調節物質。 (二)蘭科植物之無菌培養繁殖 蘭科植物為植物組織培養研究應用的先驅作物，使原來稀有高貴的花卉，因組織培養的大量繁殖而普遍化。 1.Knudson(1943,1946)建立蘭科植物之無菌播種 技術。 2.Morel(1952,1960)發現東亞蘭之莖頂具很強 之再生能力，可分化出原球芽體，並可經繼 代培養大量增殖，突破蘭花無性繁殖的瓶頸。 (三)生長調節劑與組織之逆分化及再 分化 Skoog和Miller(1959)發現癒傷組織不定芽與不定根之形成受細胞分裂素(cytokinin)及生長素(auxin)的濃度及相對比例之影響。培植體經由不同生長素組合及程序的改變，可控制其在體外之再生及發育的方向。而cytokinin有助癒傷組織之形成，並促進癒傷組織