第3章植物组织培养的基本原理6学时.pptVIP

第一节 植物细胞全能性和细胞分化 植物组织培养的核心理论： 植物细胞全能性理论（Haberlandt, 1902）。 定义：1902年由Haberlandt提出，即：植物体的每一个具有完整细胞核的活细胞，都具有该植物所特有的全部遗传信息，在适当的条件下，具有发育成完整植株的潜在能力。 20世纪80年代，每一个植物细胞具有该植物的全部遗传信息，在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传信息，分化出植物有机体所有不同类型细胞，形成不同类型的器官甚至胚状体，直至形成完整再生植株。 细胞全能性的相对性: 细胞全能性并不意味着任何细胞均可以直接产生植物； 动植细胞全能性的表现程度存在明显的差异。 细胞按照分裂能力分为三类: 第一类：始终保持分裂能力。如茎尖、根尖及形成层细胞； 第二类：永久失去分裂能力的终端分化细胞。如筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞； 第三类：在通常情况下不分裂，但在受到外界刺激后可重新启动分裂的细胞。如表皮细胞及各种薄壁细胞。 根据细胞类型不同从强到弱: 营养生长中心形成层薄壁细胞厚壁细胞（木质化细胞）特化细胞（筛管、导管细胞） 根据细胞所处的组织不同从强到弱： 顶端分生组织居间分生组织侧生分生组织薄壁组织（基本组织）厚角组织辅导组织厚壁组织 三、脱分化与再分化 1、脱分化（Dedifferentiation）：也称去分化，指离体条件下生长的细胞、组织或器官经过细胞分裂或不分裂逐渐失去原来的结构和功能而恢复分生状态，形成无组织结构的细胞团或愈伤组织或不分化细胞的过程。 如：叶柄基部的薄壁细胞成为离层细胞；伤害导致局部细胞形成愈伤组织。 脱分化诱导期间会导致细胞膜透性改变，细胞核增大，内质网范围扩大，多核糖体形成，过氧化物酶增加，蛋白质和酚类物质合成活跃等。但目前对于脱分化的机理尚未完全阐明。 （1）损伤：切割损伤的刺激，促使细胞增殖。 （2）培养基中生长素类与细胞分裂素的比例。 （3）弱光或黑暗条件有利于脱分化中的细胞分裂。 （4）细胞位置。外植体本身的各类细胞可能对培养条件的刺激有不同的敏感性。 （5）外植体的生理状态。不同生理年龄和不同季节都会有不同的培养反应。 （6）植物种类的差异。 一般双子叶植物比单子叶植物及裸子植物容易。 三、愈伤组织（callus）和胚状休 １、愈伤组织的形成 在细胞脱分化过程中，大多数情况下形成愈伤组织。愈伤组织的形成过程可分为诱导期、分裂期和分化期。 2、愈伤组织(callus)的定义：脱分化后的细胞，往往经过细胞分裂形成一团无特定结构和功能的松散的薄壁细胞团。 3、愈伤组织的生长 （1）生长：诱导期后，外植体外层细胞分裂，在组织受伤表面形成一层愈伤组织， 细胞数目迅速增多，表层细胞平均重量下降，体积变小；降低温度，可以使细胞生长速度减慢，平均大小可增加。 （2）质地类型：松脆和致密两种。高浓度生长素，可使Callus变得松脆；高浓度细胞分裂素，则可使致密。 （3）生理生化变化：次生物质合成能力变化，对激素的需求变化等。 3、愈伤组织的保持 – 转接 在多数情况下，随着继代培养代数增加和培养时间的延长，Callus长势下降、褐变、分化和形态发生能力下降、降低甚至死亡。所以在此之前，应及时转接至新鲜培养基上。 主要原因：遗传因素，染色体畸变、基因突变； 生理因素，细胞或组织内激素平衡的改变，细胞对外源生长物质的敏感性改变。后者可以通过调控培养条件而恢复。 4、愈伤组织形态发生 （1）过程：外层细胞分裂，逐渐减慢并停止；内部较深处的细胞开始分裂，而且分裂方向也发生改变，形成微管化组织和瘤状结构。 （2）形态发生方式：器官发生和体细胞胚胎发生。 四、细胞再分化（redifferentiation） 1、概念 ：指离体培养的植物细胞和组织可以由脱分化状态重新进行分化，形成另一种或几种类型的细胞、组织、器官，甚至形成完整植株。 组织培养中的再分化包括下面4个水平： 细胞水平的再分化 组织水平的再分化 器官水平的再分化（器官发生） 植株水平的分化（植株再生） 细胞水平的再分化：愈伤组织生长、不断分裂，分化出不同的细胞类群。主要有薄壁细胞、分生细胞、色素细胞、石细胞、纤维细胞等。 组织水平的再分化：在高水平生长素条件下，最常见的是微管束（Vascular tissue）的分化。松散的愈伤组织内含大量拟分生组织或瘤状结构；致密的愈伤组织内组织分化很少，大多由高度液泡化的细胞组成。 器官水平的再分化：由分化出的不同组织形成各种器官，如芽、茎、叶、根等。 根据起源不同，分为两种类型： 直接器官发生（器官