下载文档原格式
植物组织离体培养-概念和基础理论(1)摘要：植物组织培养技术是现代生物技术的重要部分，已经广泛地应用于农林业、工业、医药业等，对社会的经济发展作出了贡献，更应认识到其深入发展的潜能。
就当前而言，植物组织培养技术的应用至少包括；植物组织离体快繁、通过原生质体融合和体细胞变异等方法创造新品种、次生代谢物的生产、种质资源保存以及用于研究揭示植物的生理生化规律等等，植物组织离体快繁则是被利用最广泛最有成效的方面，可以认为是现代农业、工厂化农业中最具进步性显示其价值的方面，因此系统地理解其基本理论和疏理当前的研究成果和发展很有必要。
植物组织离体培养将分几个部分陆续发表，供同行参考评论。
关键词：植物组织培养、发展简史、植物组织培养的类型、植物组织培养的特点、植物组培养体系的建立、植物细胞的全能性与植物的再生性、愈伤组织、根芽激素理论、遗传稳定性。
植物组织培养（Plant Tissue Culture；In Vitro Culture）是现代生物技术的重要部分，是利用植物体离体的器官（如根、茎、叶、花、果实等）组织（如分生组织、表皮组织、薄壁组织等）或细胞（如大孢子、小孢子、体细胞等）以及原生质体，在无菌和适宜的人工培养基及适宜的光照、温度、气体等人工条件下，能诱导出愈伤组织、不定芽、不定根，最后形成完整的植株的新兴学科和技术，同时，组织培养的组培苗是一项能获得大量同源母本基因幼苗的生物技术, 又称植物克隆育苗技术。
植物组织培养是生物技术在农业上应用较成熟、较广泛，产业化程度也较高。
我国植物组织培养产业化始于20世纪70年代，从马铃薯去病毒、建立马铃薯无病毒薯基地开始，80年代的葡萄、草莓、苹果、甘蔗、香蕉、大蒜等的成功应用和产业化，90年代后期的芦荟和洋兰使我国的试管苗产业得到了极大的发展，已形成了规模生产能力的新兴产业——植物组培业亦称植物微繁业。
1.植物组织培养的概念、类型与特点1.1.植物组织培养的概念植物组织培养（plant Tissue culture）是指用无菌方法使植物体的离体器官、组织和细胞在人为提供的条件下生长和发育的所有培养技术的总称。
园艺植物育种学一.名词解释1. 品种：具有在特定条件下表现为不妨碍利用的优良、适应、整齐、稳定和特异性的家养动植物群体。
2.良种：常说的良种有两层含义:一是优良品种。
二是优良种子,即优良品种的优良种子。
3. 种质资源：即携带种质的材料或载体的总称。
4. 引种：人类为了某种需要把植物从其原分布区移种到新的地区。
5.无性系:指具有相同遗传组成的植物利用无性繁殖方式所得来的群体。
6. 无性系品种：采用无性繁殖方法育成的遗传组成同质，个体杂合的一类品种。
7. 自交系品种：群体遗传组成基本同质，个体基本纯合的可用于生产的群体8. 杂交种品种：指用遗传上纯合的亲本在控制授粉条件下生产特定组合的一代杂种群体9. 遗传力：广义—基因型方差占表现型方差的百分率；狭义—基因型加性方差占表现型方差的百分率。
10.芽变：发生在芽内分生组织细胞中的突变，属于体细胞突变的一种。
11. 异花授粉植物：在人工选择的情况下构成的一个遗传基础比较复杂又在主要经济性状相对一致而保持遗传平衡的异质群体。
12.有性杂交育种：经过有性杂交途径获得新品种的过程13.组合育种：又叫常规杂交育种，是通过人工杂交，把分散于不同亲本上的优良性状组合在杂种中，对其后代进行多代培育选择，获得基因型纯合或接近纯合的新品种的育种途径。
14. 回交育种：为了积累亲本的性状而进行的一再回复与该亲本杂交的育种方式。
,15. 普通配合力：指一个自交系在一系列杂交组合中的平均表现16. 特殊配合力：指特定组合某性状的观测值与根据双亲一般配合力所预测的值之差。
17.轮回亲本:多次参加回交的的亲本。
18.杂交不亲和性:同种材料中不同品种间相互授粉不能受精结实的现象，称之为杂交不亲和性19. 杂种不育性：指不同品种或不同的种、属间的杂种缺乏生殖能力的现象。
20. 自交不亲和性和自交不亲和系:指两性花植物，雌雄性器官正常，在不同基因型的株间授粉能正常结籽，但是花期自交不能结籽或结籽率极低的特性；通过连续多代自交选择，可育成具有自交不亲和性特点，且能稳定遗传的自交系。
实验名称：植物组织细胞离体培养实验日期：2023年11月10日实验地点：实验室实验目的：1. 了解植物组织细胞离体培养的基本原理和方法。
2. 掌握植物组织细胞离体培养过程中的操作技术。
3. 观察植物组织细胞在离体条件下的生长和分化情况。
实验材料：1. 植物材料：拟南芥种子2. 培养基：MS培养基（添加了植物激素）3. 器械：超净工作台、无菌操作箱、手术刀、镊子、剪刀、移液枪、培养皿、培养箱等4. 试剂：70%乙醇、无菌水、无菌滤纸等实验方法：1. 植物材料处理：将拟南芥种子用70%乙醇消毒30秒，再用无菌水冲洗3次，置于无菌滤纸上晾干。
2. 无菌操作：将处理好的种子放入无菌操作箱中，用手术刀将种子切开，取出胚芽。
3. 接种：将胚芽接种于MS培养基中，置于培养箱中培养。
4. 观察记录：定期观察记录植物组织细胞在离体条件下的生长和分化情况。
实验步骤：1. 种子消毒：将拟南芥种子用70%乙醇消毒30秒，再用无菌水冲洗3次，置于无菌滤纸上晾干。
2. 无菌操作：将消毒后的种子放入无菌操作箱中，用手术刀将种子切开，取出胚芽。
3. 接种：将胚芽接种于MS培养基中，置于培养箱中培养。
4. 观察记录：- 第1周：观察胚芽的生长情况，记录生长速度、颜色等。
- 第2周：观察胚芽的分化和增殖情况，记录芽长、芽宽、芽数量等。
- 第3周：观察芽的分化和增殖情况，记录芽长、芽宽、芽数量等。
- 第4周：观察芽的分化和增殖情况，记录芽长、芽宽、芽数量等。
实验结果：1. 生长速度：接种后，胚芽生长速度较快，1周内胚芽长度可达1-2cm。
2. 分化情况：在第2周，部分胚芽开始分化出芽，芽长1-2cm，芽宽0.5-1cm。
3. 增殖情况：在第3周，芽的数量逐渐增多，芽长、芽宽也有所增加。
4. 分化程度：在第4周，芽的数量最多，芽长、芽宽最大，部分芽开始分化出叶和根。
实验讨论：1. 植物组织细胞离体培养的原理：植物组织细胞离体培养是利用植物组织细胞的全能性，通过适宜的培养条件，使植物组织细胞在体外条件下生长、分化和再生。
植物组织培养技术及其在生产中的应用植物组织培养技术是指利用植物体内的一些生物学特性，在不同培养基作用下，实现植物组织的再生、分化、增殖等过程，从而获得与母体相同或不同的植株或植株部分。
植物组织培养技术是植物学研究中一个比较重要的分支，具有多种应用价值，可广泛应用于植物生产、环境修复、药用植物等领域。
本文将介绍植物组织培养技术及其在生产中的应用。
一、植物组织培养技术的分类按照植物组织来源的不同，植物组织培养技术可以分为离体培养和原位培养两大类。
离体培养是指将植物体内某些片段或细胞分离出来，放入含适量营养物质的培养基中，通过不同的激素和营养盐的应用，诱导这些细胞分化、增殖等，最终得到与母体细胞相同或不同的植株或植株部分。
原位培养是指将特定植物组织放置在特定培养基上，并间歇进行刺激，促进细胞的再生和修复。
二、植物组织培养技术在生产中的应用1.植物繁殖和育种植物组织培养技术可以用于植物繁殖和育种。
在离体培养过程中，组织培养技术可以通过不同的组合培养基和适当的生长调节剂来诱导植物组织快速分化，从而实现大规模繁殖。
同时，植物组织培养技术也可以用于育种过程中的胚性诱导和突变筛选。
2.植物次生代谢产物的生产很多药用植物的生产过程依赖于某些特定的生物活性成分。
通过植物组织培养技术，可以控制植物能量代谢和次生代谢产物的合成，实现高产、高品质药材的生产。
3.植物病毒检测植物病毒对植物生长和繁殖产生极大影响，会直接导致植物的死亡或减产。
利用植物组织培养技术，可以大量培育无病毒植株，用于保障植物生产的健康和稳定。
4.水生植物生产水生植物在水体中生长和繁殖，为水产养殖产业提供各种服务。
通过组织培养技术，可以将水生植物离体培养后再长到水体中，从而实现大规模水产强化生草。
5.环境修复植物生长对环境具有改善作用。
通过植物组织培养技术，可以获得不同类型的植物体细胞和组织，从而用于植物生态修复，修复各种污染的环境。
三、植物组织培养技术的创新目前，植物组织培养技术的应用已经非常广泛，但一些新兴领域和技术仍需要不断发展。
绪论二、园艺植物离体培养学的基本含义（一）、植物离体培养（Plant in vitro culture）是指通过无菌操作分离植物体的一部分即外植体（explant），接种于人工配制的培养基上，在人工控制的环境条件下进行离体培养最终获得再生植株或目的产品的技术与方法。
（二）、植物离体培养包括：1．器官和器官原基培养：包括根、茎、叶、花器官及其原基的培养。
2．胚胎培养：以胚胎为基础的培养技术,包括原胚和成熟胚培养,胚乳培养,胚珠或子房培养以及离体授粉。
3．组织培养：包括分生组织，形成层组织，节间组织，愈伤组织或其他组织的培养。
4．细胞培养：包括体细胞、花粉性细胞；单细胞、多细胞或是悬浮细胞的培养。
5．原生质体培养及其以原生质体为基础的培养：包括原生质体培养，原生质体融合和原生质体的遗传转化的培养等。
三、园艺植物离体培养学的特点1．培养条件可以人为控制2．生长周期短、繁殖率高3．管理方便，利于自动化控制四、园艺植物组织培养学的研究对象及任务1.采用植物组织培养的技术来进行快繁，以促进良种繁育工作的开展；2.采用植物组织培养技术改良育种技术和途径，以不断创造更多更好的品种；3.采用植物组织培养技术来培育无病毒苗，以解决病毒危害，克服退化，提高种性；4.采用植物组织培养技术保存重要的种质材料；5.开展园艺植物激素生理、营养代谢、光合作用和形态建成等基础理论方面的研究；6.研究高频再生体系为转基因等分子生物学研究打下基础。
第一章植物细胞全能性及培养条件一、植物细胞的全能性指植物的每个细胞都具有该植物体的全部遗传信息，并且有形成植物体所有细胞类型，直至发育成完整植株的能力。
二、植物离体培养的外界环境条件（一）温度1、温度的影响为保持一定的温度，一般在密闭保温较好的培养室中进行，由空调机或调湿机等来调节室温和湿度。
若要求更高或更低的温度，可使用装有日光灯的培养箱。
培养箱可安装在培养室之外任何方便和安全的地方。
无论液体或固体培养，大多采用25±2℃的温度，因种类不同，适合的范围也不同。
专题16 杂交育种与诱变育种1．单倍体育种和多倍体育种四倍体――→①二倍体――→②单倍体――→③纯合二倍体（1）图中①和③的操作是秋水仙素处理，其作用原理是抑制纺锤体的形成。
（2）图中②过程是花药离体培养。
（3）单倍体育种的优点是能明显缩短育种年限。
2．杂交育种与诱变育种 （1）杂交育种①概念：将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。
②过程：选择具有不同优良性状的亲本→杂交→获得F 1→F 1自交→获得F 2→鉴别、选择需要的类型→优良品种。
（2）诱变育种①概念：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，从而获得优良变异类型的育种方法。
②过程：选择生物→诱发基因突变→选择理想类型→培育。
3．基因工程（1）概念：基因工程，又叫做基因拼接技术或DNA 重组技术。
通俗地说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。
（2）操作的基本步骤：提取目的基因→目的基因与运载体结合→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。
4．生物育种原理、方法、实例(连线)5、育种方式的选择（1）根据育种目的和提供的材料选择合适的育种方法①集中不同亲本的优良性状：a.一般情况下，选择杂交育种，这也是最简捷的方法；b.需要缩短育种年限(快速育种)时，选择单倍体育种。
②培育果实较大或植株较大或营养物质含量较高的新物种——多倍体育种。
③提高变异频率，“改良”“改造”或“直接改变”现有性状，获得当前不存在的基因或性状——诱变育种。
④若要培育隐性性状个体，可选择自交或杂交育种，只要出现该性状即可。
（2）根据育种流程图来辨别育种方式①杂交育种：涉及亲本的杂交和子代的自交。
②诱变育种：涉及诱变因子，产生的子代中会出现新的基因，但基因的总数不变。
③单倍体育种：常用方法为花药离体培养，再人工诱导染色体加倍，形成纯合子。
（0721）《园艺植物离体培养》网上作业名词解释1．外植体用于组织培养（离体培养）的植物材料，如根、茎、叶、花药、胚珠等。
2．离体培养指从植物体分离符合需要的组织，器官或细胞（包括去壁后的原生质体、离开花药的花粉细胞等）等作为外植体，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生物产品的一种技术。
3．不定芽在植物离体培养中，由外植体脱分化形成愈伤组织，继而形成一些分生细胞，分化形成一些芽丛，这些芽即是不定芽。
4．细胞全能性一个完整的植物细胞拥有形成一个完整植株所必需的全部遗传信息，植物细胞在适宜条件下具有发育成完整植株的潜在能力。
5．胞质杂种所谓胞质杂种（Cybrid）是指一个物种的细胞质（不包括核基因组）基因与另一个物种的细胞质和胞核基因融合为一体的体细胞杂种产物。
6．继代培养组织培养中，培养物培养一段时间后，为了防止培养的细胞团老化，或培养基养分利用完而造成营养不良及代谢物过多积累毒害等的影响，要及时将其转接到新鲜培养基中进行培养。
7．胚状体所谓胚状体（embryoid）：指在组织和细胞培养中产生的在形态结构上与合子胚相类似的结构。
对称体细胞胚（Somatic embryo），简称体胚。
8．原生质体培养原生质体就是除去细胞壁后的裸露细胞，经分离纯化的原生质体作为外植体，在适当的培养基和培养条件下进行组织培养的方法。
9.体细胞杂交体细胞杂交（Somatic hybridisation），或称原生质体融合，是以植物体细胞原生质体为亲本进行融合而获得杂种后代的一种细胞工程技术10. 愈伤组织培养答：是一团没有分化的可以持续旺盛分裂的细胞团，是组织培养过程中经常出现的一种组织形态。
有致密和疏松两类之分。
11. 单倍体育种答：通过花药或花粉培养获得的单倍体植株，经过秋水仙素等加倍成纯合二倍体。
12. 灭菌答：组织培养中，器皿和培养基可以分别采用干热灭菌和湿热灭菌。
植物组织培养：离体条件下利用人工培养条件在无菌情况下培养、生长、发育再生出完整植株的过程。
外植体：由活体植物体上提取下来的，接种在培养基上的无菌细胞、组织、器官等。
植物细胞的全能性：植物细胞具有该植物体全部遗传的可能性，在一定条件下具有发育成完整植物体的潜在能力。
脱分化：将来自已分化组织的已停止分裂的细胞从植物体部分的抑制性影响下解脱出来，恢复细胞的分裂活性。
再分化经脱分化的组织或细胞在一定的培养条件下可有转变为各种不同细胞类型的能力。
第二章设备与培养条件实验室组成：化学实验室、洗涤菌室、无菌操作室、培养室、细胞学实验室。
1化学实验室：完成所使用的各种药品的贮备、称量、溶解、配制、培养基分装等。
主要设备：药品柜、防尘橱（放置培养容器）、冰箱、天平、蒸馏水器、酸度计及常用的培养基配制用玻璃仪器. 2 洗涤、灭菌室：完成各种器具的洗涤、干燥、保存、培养基的灭菌等。
主要设备：水池、操作台、高压灭菌锅、干燥灭菌器（如烘箱）等。
3无菌操作室（接种室）：主要用于植物材料的消毒、接种、培养物的转移、试管苗的继代、原生质体的制备以及一切需要进行无菌操作的技术程序。
主要设备：紫外光源、超净工作台、消毒器、酒精灯、接种器械（接种镊子、剪刀、解剖刀、接种针）等。
4培养室：培养室是将接种的材料进行培养生长的场所。
主要设备：培养架（控温控光控湿）、摇床、培养箱、紫外光源等。
5细胞学实验室：用于对培养物的观察分析与培养物的计数等。
主要设备：双筒实体显微镜、显微镜、倒置显微镜等。
6其他小型仪器设备：分注器、血球计数器、移液枪、过滤灭菌器、电炉等加热器具、磁力搅拌器、低速台式离心机等。
第三章培养基及其制备培养基的成分主要可以分水、无机盐、有机物、天然复合物、培养体的支持材料等五大类。
常用的培养基及特点如下：(1)MS培养基特点是无机盐和离子浓度较高，为较稳定的平衡溶液。
(2)B5培养基其主要特点是含有较低的铵，这可能对不少培养物的生长有抑制作用。
细胞工程育种之花药离体培养季定根植保1001一般是离体培养花粉处于单核时期（小孢子）的花药。
通过培养使它离开正常的发育途径（即形成成熟花粉最后产生精子的途径）而分化成为单倍体植株，这是目前获得单倍体植株的主要方法。
大体上要经过制备培养基、接种花药和培养三步骤。
途径：由花粉长成单倍体一般有两条途径。
一是由花粉脱分化形成愈伤组织（即分化程序很低的薄壁细胞团），再由愈伤组织再分化出根和芽，最后形成植株。
二是由花粉分裂形成胚状体（不是由合子发育成的胚叫胚状体），再由胚状体长成植株。
当瓶中花药内长出的小苗达到一定大小时，应调节温度、湿度及光照等条件，使幼苗得到锻炼并逐步适应自然的环境条件，然后从试管中移出种植于土壤中，进行一般的栽培和管理；或将形成的胚状体包裹人工种皮，制成人工种子。
与单倍体育种差异：花药离体培养是一种组织培养技术，其过程是：①把花粉发育到一定阶段的花药，通过无菌操作技术，接种在人工培养基上进行离体培养；②花粉在培养基所提供的特定条件下可以发生多次分裂，形成类似胚胎的构造（胚状体）或愈伤组织；③诱导愈伤组织分化出芽和根，最后长成植株。
单倍体育种是一种育种方法，其过程是：在花药离体培养的基础上，用秋水仙素继续处理单倍体幼苗，使染色体数目加倍，重新恢复为二倍数。
因为它们的二倍数染色体是由单倍数染色体本身加倍而来的，所以都是纯系，自交后代不会发生性状分离，因此在育种上有很高的应用价值。
由此可知，花药离体培养与单倍体育种关系密切——花药离体培养是单倍体育种的首要环节，但两者的步骤和结果是不同的。
花药离体培养得到的植株不一定是单倍体，其原因还得从花药的结构和培育过程谈起。
花药是花的雄性器官，包括体细胞性质的药壁和药隔组织，以及雄性性细胞的花粉粒。
按染色体的倍性来看，前者为二倍体细胞，后者为单倍体细胞。
在离体培养过程中，由于花药愈伤组织的多倍化、核融合、花药壁和花丝等二倍体体细胞参与愈伤组织的形成、愈伤组织染色体的变化等因素，导致培养中有非单倍体植株出现。
