3、刘庆昌 吴国良 植物细胞组织培养 2005.3 中国农业大学出版社

[单元章节]

第四章 植物组织培养的基本原理 [教学目的]

在了解组织培养基本原理的基础上，掌握植物细胞的全能性、器官的发生、愈伤组织培养等

[重点难点]

植物细胞的全能性、细胞分化、脱分化、 再分化、愈伤组织培养、体细胞胚

[教学方法]

启发式；讲授；现场教学。

[教学时数]

4课时。

[教学内容]

第一节植物细胞的全能性细胞分化

一、植物细胞的全能性（totipotent)：

植物每个细胞都携带一套完整的基因组（该植物体全部遗传信息），在一定条件下具有发育成完整植物体的潜在能力。 二、 细胞分化

细胞分化指：导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在的发育方式改变的过程。 （一）细胞分化分为行态结构分化和生理生化分化

（二）发育中的植物不存在部分基因组永久关闭情况。即保持潜在全能性，只要条件适合便表现出全能性。

（三）在完整植株中，细胞发育途径一旦被决定，通常不易改变，但离体培养通过脱分化可改变。

（四）极性与分化关系密切，极性是细胞分化前提，极性是指：细胞（也可指器官、植株）内的一端与另一端在形态结构和生理生化上存在差异现象。 （五）生理隔离。

（六）细胞分裂对细胞分化有重要作用。

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（七）激素对细胞分化有重要调节作用。

（八）细胞核染色体和DNA变化对细胞分化重要作用。 三、组织分化

在细胞分化的基础上，可以分化出各种各样的组织（分生组织、保护组织、机械组织输导组织等）。是形成不定芽和不定根的基础。器官分化主要指根和芽的分化。

第二节离体条件下植物器官的发生

一、外植体脱分化（去分化）

脱分化（dedifferentiation）：由高度分化的植物组织或器官失去原来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的过程。

愈伤组织（callus）在人工培养基上由外植体进行细胞分裂，形成一种高度液泡化的呈无定形态的薄壁细胞。

再分化（redifferentiation):经脱分化的愈伤组织 在一定的培养条件下长出植株的能力。

1、细胞水平再分化：细胞壁变厚、假导管细胞形成、酶水平变化等。形成各种细胞。 2、组织水平的再分化；维管组织分化，形成愈伤组织（由高度液泡化的细胞组成）愈伤组织含有拟分生组织或瘤状结构。

3、器官细胞水平的再分化（器官发生）：再分化形成各种器官 4、植株再生途径

器官发生途经就是先诱导获得不定芽或不定根，然后获得再生植株；体细胞胚发生是指由愈伤组织或外植体形成体细胞胚，然后通过体细胞胚而发育成再生植株；原球茎发生是兰花离体培养中特有的植株再生； 愈伤组织发生是由愈伤组织经再分化而发育成再生植株。 三、愈伤组织的培养

（一）愈伤组织的形成、生长、保持

1、愈伤组织的形成：外植体中已分化的活细胞，在外源激素的诱导下通过脱分化后形成愈伤组织，这一过程被大致划分为三个时期（诱导期、分裂期和形成期）。 2、愈伤组织的生长 3、愈伤组织继代培养

（二）愈伤组织的形态发生方式

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从外植体形成器官或无性系的形态发生，有下面两种方式：

1、不定芽方式（unfixed bud） 指细胞或愈伤组织培养物，通过形成不定芽再生成植株，这是细胞和组织培养中常见的器官发生方式。

2、胚状体方式（somatic embryo） 指由培养细胞诱导分化出的胚胚芽、胚根、胚轴的胚状结构，进而长成完整植株

第三节植物体细胞胚发生

胚状体亦称体细胞胚；指在植物组织培养过成中，由植物体细胞所形成的类似于合子胚的结构。具有根、茎结构，能一次性形成再生植株。

胚状体发生：指由培养细胞诱导分化出具胚芽、胚根、胚轴的胚状结构，进而长成完整植株。

一、植物体细胞胚状体发生过程 （一）体细胞胚状体发生过程

由外植体经胚状体形成完整植株可分：五个时期：原胚期、球形胚期、心形胚期 鱼雷形胚期、子叶期（成熟胚）、发育成完整植株 （二）胚性和非胚性或愈伤组织生理形态差异

1、胚性愈伤组织 （Embryonenic callus）：表面松脆、细胞小，这种小细胞聚集为丛状，被称为EC。DNA、RNA及蛋白质合成活跃，再生力强。

2、非胚性愈伤组织：表面粗糙、组织结构疏松、细胞大，大液泡的细胞。 （三）体细胞胚发生的基因表达机理 二、植物体细胞胚发生途径

（一）体细胞胚发生方式： 体细胞胚发生途径：直接途径、间接途径

（二）体细胞胚（Somatic embyo）的来源：外植体细胞经脱分化后直接产生体胚，多数起源于单细胞

三、植物体细胞胚发生的双极性和生理隔离

双极性是指：细胞发育初期，其内含物分布具不均匀性，而形成体细胞后，具有发育成芽端和根端的潜在能力。 （一）植物体细胞胚发生的极性 （二）植物体细胞胚发生的生理隔离

生理隔离：早期的胚性细胞与周围细胞还存在胞间连丝，随着胚性细胞的发育，细胞

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壁加厚，胞间连丝消失或被堵塞（维管束系统无直接联系），为孤立状态。生理隔离是体细胞胚发生的先决条件。

四、体细胞胚胎发生的生理学和生物化学 （一）蛋白质和核酸 （二） 多胺代谢

（三）糖类、金属离子和微量元素（自学） （四）内源激素

1、生长素 2、细胞分裂素 3、赤霉素 4、脱落酸（自学） （五）活性酶（自学）

第三节 影响植物离体形态发生的因素

一、植物种类和基因型：胡萝卜易诱导体细胞胚，烟草难。 二、培养材料的生理状态

1、植株发育年龄：幼嫰组织比老态组织具有较高的体形态发生力，特别生根能力。 2、培养器官或组织类型：

3、培养时间和细胞倍数：培养时间越长或继代次数越多，会推迟或降低形态发生能力。 三、培养基

1、植物营养：2、物理性质3、植物生长调节物质：生长素 、细胞分裂素、赤霉素 四、培养条件

（一）光照：一般来说光照强度为1000---5000LX，最常用每日是10--16h的光照。 （二）温度：大多数植物组织培养都是在23～27℃之间进行，一般采用25± 2℃。

[自学指导与训练方案]

思考题：

1、植物细胞的全能性概念。

2、什么是植物细胞分化、 脱分化 、再分化？ 3、愈伤组织是如何形成的？

4、植物离体培养中再生植株的主要途有哪些？ 5、简述愈伤组织细胞分化。 6、简述体细胞胚状体发生过成。

7、影响植体离体形态发生的因素有哪些？

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