植物组织培养细胞全能性与形态发生

名词解释：1.外植体：离体培养的器官、组织、细胞、细胞器称外植体。

2.细胞全能性：植物体的每一个细胞都携带有一套完整的基因组，并具有发育成为完整植株的潜在能力。

3.脱分化：将已分化的不分裂的静止细胞，放在培养基上培养后，细胞重新进入分裂状态。

一个成熟的细胞转变为分生状态的过程叫脱分化。

4.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。

5.继代培养：将初代培养得到的培养体移植于新鲜培养基中这种反复多次移植的培养，称为继代培养。

6.植物组织培养：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，也称之为离体培养或试管培养。

7.MS培养基：它是1962年由Murashige和Skoog为培养烟草细胞而设计的。

特点是无机盐和离子浓度较高，为较稳定的平衡溶液。

其养分的数量和比例较合适，可满足植物的营养和生理需要。

它的硝酸盐含量较其他培养基为高，广泛地用于植物的器官、花药、细胞和原生质体培养，效果良好。

有些培养基是由它演变而来的。

8.胚培养：植物在受精后，受精卵形成合子，随即进行第一次分裂，进而形成分生组织和幼胚，再发育成成熟胚。

在这个过程，胚靠消耗胚乳的营养而发育，同时胚处在胚囊环境中，可吸收氨基酸、维生素等营养。

9.花粉培养：花粉培养是指把花粉从花药中分离出来，以单个花粉粒作为外植体进行离体培养的技术。

由于花粉已是单倍体细胞，诱发它经愈伤组织或胚状体发育成的植株都是单倍体植株。

10. 细胞胚的发生：指在组织培养中，由一个非合子细胞(体细胞)，经过胚胎发生和胚胎发育过程（经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚5个时期），形成的具有双极性的胚状结构。

胚状体途径：非合子细胞通过与合子胚相似的胚胎发生过程形成的胚状结构，经过球型期、鱼雷期、心型期、子叶期发育过程的成熟胚状体可以萌发成为植株。

11.器官发生途径：外植体先脱分化形成愈伤组织，再由愈伤组织分化成不定芽，最后不定芽伸长、生根培养形成小植株（间接途径）或者外植体不经过愈伤组织直接形成不定芽，再经伸长、生根培养形成植株（直接途径）。

植物组织培养的含义：将植物的离体材料（器官、组织、细胞、原生质体等）无菌培养，使其生长、分化、繁殖，再生出完整植株或生产次生代谢物质的技术。

植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性：指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，在适宜条件下具有发育成完整植株的能力。

外植体：在植物组织培养中，在活体植物上提取下来的，接种在培养基上的无菌细胞、组织、器官等均称为外植体。

外植体选择的原则：①、再生能力强；②、遗传稳定性好；③、来源丰富；④、灭菌容易。

植物组织培养的类型：根据培养材料（即外植体）的不同，可将植物组织培养划分为植株、胚胎、器官、组织、细胞和原生质体五个水平上的培养类型。

愈伤组织：原指植物在受伤后于伤口表面形成的一团薄壁细胞，在组织培养中，则指在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞。

植物组织培养的特点：①、培养材料经济；②、培养条件可以人为控制；③、生长周期短，繁殖率高；④、管理方便，利于工厂化生产和自动化控制。

White（1943）撰写的《植物组织培养》是第一部有关植物组织培养的专著。

PH值最适5.6，高温、高压灭菌后PH值会降低，配制时一般为5.7~5.8，若PH值偏高，培养基会偏硬，会不利于植物材料吸取营养；PH值偏低，培养基凝固不好，不利于植物材料的固定。

MS培养基特点：①、无机盐成分很高，硝酸盐、NH+、K+含量高；②、元素平衡较好；③、缓冲性能也比较好；④、微量元素、有机成分丰富、齐全。

无机盐母液适度冷藏保存。

维生素等有机营养元素在—20℃保存，使用前用温水溶解。

MS培养基母液的成分：大量元素母液、微量元素母液、铁盐母液、有机物母液。

CuSO4、CuCl2取25mg溶于10mL，制成2.5mg/mL溶液，配制50mL微量元素母液，吸取该溶液0.05mL。

灭菌的条件：培养基的成分：1、水分2、无机盐①、大量元素：指植物生长发育所需浓度大于0.5mmol/L的营养元素。

植物生理学植物的生长生理植物的生长生理一、植物生长和形态发生的细胞基础1.细胞的生长分化规律细胞周期:从亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束的时期称为细胞周期。

细胞生长的控制细胞生长受多种因素的影响：受核质遗传基因的控制，因为细胞核与细胞质的数量比只能维持在一定的范围内；受细胞壁以及周围细胞作用力的影响；受环境因素的制约。

2.细胞分化的控制因素细胞分化的分子机理细胞分化的分子基础是细胞基因表达的差别。

同一植物体中的细胞都具有相同的基因，因为它们都是由同一受精卵分裂而来的，而且其中的每一个细胞在适宜的条件下有可能发育成与母体相似的植株。

在个体的发育过程中，细胞内的基因不是同时表达的，而往往只表达基因库中的极小部分。

这就是个体发育过程中基因在时间和空间上的顺序表达。

细胞的基因是如何有选择性地进行表达，合成特定蛋白质的，即基因是如何调控的，这是细胞分化的关键。

从某种意义上讲，具有相同基因的细胞而有着不同蛋白质产物的表达，即为细胞分化。

细胞分化的控制因素：（1）极性是细胞分化的前提极性是指细胞（也可指器官和植株）内的一端与另一端在形态结构和生理生化上的差异。

主要表现在: 细胞质浓度的不一，细胞器数量的多少，核位置的偏向等方面。

极性的建立会引发不均等分裂，使两个子细胞的大小和内含物不等，由此引起分裂细胞的分化。

(2)植物激素在细胞分化中的作用；植物激素可以诱导细胞分化。

3.细胞全能性与组织培养技术植物细胞的全能性是指植物的每个细胞都携带一个完整的基因组，具有发育成完整植物的潜力。

组织培养:指在无菌条件下，在培养基中离体分离培养植物组织(器官或细胞)的技术。

其理论基础是植物细胞的全能性。

（1）组织培养的概念与分类植物组织培养是指植物的离体器官、组织或细胞在人工控制的环境下培养发育再生成完整植株的技术。

用于离体培养的各种植物材料称为外植体。

根据外植体的类型，又可将组织培养分为：器官培养、组织培养、胚胎培养、细胞培养以及原生质体培养等。

第一章 植物细胞全能性与形态发生教学目标 (1)掌握细胞离体培养的基本理论；(2)掌握培养条件下组织细胞脱分化和再分化的调控原理；(3)掌握植物的离体器官发生；(4)掌握体细胞胚胎发生与人工种子；(5)了解“挑战杯”获奖作品“红掌气生根再生快繁体系建立”研究的全过程培养学生的创新精神；(6)介绍相关科研论文的研究结果培养学生的科研意识。

引言 植物细胞工程的理论基础是植物细胞全能性，所以深入理解植物细胞全能性及其表达与调控对学习理解后几章内容非常重要，本章作为重点章节介绍。

一、植物细胞全能性（totipotency）的概念植物体每个正常细胞都含有该植物的全部遗传信息，在适宜的条件下能发育成完整的植株。

把这种生活的植物细胞所具有的产生完整植株的潜在能力称为植物细胞全能性。

植物细胞按分裂能力分为3类（参照动物细胞分类类型）：①周期细胞：始终保持分裂能力，从一个周期进入另一个周期，包括茎尖、根尖及形成层细胞。

②终端分化细胞：永久失去分裂能力的细胞，包括筛管导管、气孔保卫细胞等特化细胞。

③Go细胞：一般不分裂，但当受到外界刺激时可重新启动分裂，包括表皮细胞及薄壁细胞。

一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它的分化程度。

差异：1、受精卵的全能性最高 2、受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。

植物细胞只要有一个完整的膜系统和一个有生命力的核，即使是已经高度成熟和分化的细胞，也还保持着回复到分生状态的能力，其回复过程取决于该细胞原来所处的自然部位、生理状态和外部环境条件。

营养生长中心 形成层细胞 伴胞及分泌细胞 薄壁细胞 厚壁细胞 纤维细胞 筛管不同类型细胞脱分化可能达到的程度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〉输导组织〉厚壁组织。

植物组织培养植物组织培养：在无菌的条件下，将离体的植物材料包括器官，组织，细胞以及原生质体在人工培养基上进行培养，使其再生发育成完整植株的过程，又称植物离体培养。

细胞全能性：植物体的任何一个细胞都携带该物种的全部遗传信息，离体细胞在一定的条件下具有发育成完整植株的潜在能力。

外植体：植物组织培养中离体的植物材料，包括植物器官，胚胎、组织、细胞和原生质体。

细胞分化：导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。

脱分化：已分化成熟的植物组织或器官回复到分生状态，细胞开始分裂形成无组织结构的细胞团或愈伤组织的过程。

再分化：是指在一定条件下，脱分化形成的愈伤组织转变成为具有一定结构、执行一定生理功能的细胞团和组织、并进一步形成完整植株的过程，即从愈伤组织再生形成完整植株的过程。

愈伤组织：植物体受伤后的伤口处或在植物组织培养中外植体切口处产生的一团不定型的薄壁组织。

离体无性繁殖：根据植物细胞全能性原理，在无菌条件先短时间内形成大量植株。

玻璃化苗：在植物组培中，茎叶形成透明矮小肿胀的形态，生根能力差。

问答题：1、无菌操作是贯穿于整个组织培养过程的一门关键技术，请根据自己的体会论述如何在植物组织培养过程中做到无菌？1〕取少菌的材料〔春夏，中午的幼芽〕 2〕严格灭菌3〕合理安排操作程序 4〕无菌保存 5〕操作标准2、组培在生产上的应用有哪些？学好植物组培的意义？1〕植物快速繁殖：增殖速度快，本钱低，易于批量生成和管理。

比方利用一小块叶片或一个茎尖，一年内可繁殖出1000-100000株幼苗2〕脱除病毒：植物在生长过程中几乎都要蒙受到病毒的危害，采用茎尖培养方法可以除去植物体内的病毒。

脱毒苗恢复了原有的优良种性，生长势明显增强，整齐一致。

3〕培养新品种：克服远缘杂交不亲合性；克服远缘杂交的不孕性；选择细胞突变体；单倍体育种；转基因育种。

4〕植物次生代谢产物生产：利用植物组织后细胞的大规模培养，可以生产一些天然有机化合物，这些次生代谢产物，往往具有一些特定的功能，对人类有重要的影响和作用。

植物组织培养的理论基础：植物细胞全能性细胞全能性：植物体的每一个具有完整细胞核的细胞都具有该物种全部遗传的物质，在一定条件下具有发育成完整植物体的潜在能力。

外植体：由活体植物体上切取下来的，用于组织培养的各种接种材料。

包括器官、组织、细胞或原生质体等。

愈伤组织：植物外植体脱分化后形成的无组织结构，无明显极性的无定型薄壁细胞，具有再度分化的能力。

脱分化：离体培养条件下细胞，组织，器官经过细胞分裂或不分裂逐渐失去结构和功能而恢复分生状态，形成无组织结构的细胞团和愈伤组织或成为未分化细胞特性的细胞过程。

再分化：离体培养的细胞和组织由脱分化状态重新进行分化，形成另一种或几种类型细胞，组织，器官和完整植株的过程。

植物细胞全能性实现的条件：1.离体条件：任一分化细胞从植物体其余部分的抑制性影响下解脱出来，消除抑制作用就可以使细胞恢复分化。

2.切割损伤刺激：是细胞分化的重要条件之一，它会使细胞呼吸速度增大，酶活性增加，代谢含量变化。

3.营养物质及激素的刺激：离体细胞需要适当营养和外源激素刺激，以打破抑制力恢复细胞分裂，外源激素对脱分化和再分化起重要作用4.光照和温度等条件：温度，空气，无菌条件，合适的PH，适时光照等培养条件。

红花，乌饭树需要再黑暗条件下诱导愈伤组织。

植物离体培养中植株再生的途径：器官发生途径体胚发生途径体细胞胚：由体细胞产生的的类似于合子胚结构胚状体：在离体培养过程中产生的具有明显的根端和芽端，一种形似胚且功能与胚相同。

植物体细胞胚胎发生的途径有：1.器官外植体直接发生途径2.悬浮培养细胞发生途径3.愈伤组织发生途径 : 幼胚、和子叶4.单细胞发生途径：花药培养中的小孢子发育成5.原生质体发生途径影响植物离体形态发生的因素：1.植物种类和基因型2.材料的生理状态3.培养条件培养基：是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。

灭菌：指用化学方法和物理方法杀死物体表面和空隙内的一切微生物或生物体，即把所以生命的物质全部杀死。

植物组织培养技术一、植物细胞的全能性植物组织培养的理论依据是细胞全能性。

所谓细胞全能性就是指植物体的任何一个有完整细胞核的活细胞都具有该种植物的全套遗传信息和发育成完整植株的潜在能力。

例如，一个受精卵通过细胞分裂和分化产生具有完整形态和结构机能的植株，这是受精卵具有该物种全部遗传信息的表现。

同样，由合子分裂产生的体细胞也具备全能性。

但在自然状态下完整植株不同部位的特化细胞只表现出一定的形态与生理功能，构成植物体的组织或器官的一部分，是因为细胞在植物体内所处的位置及生理条件不同，其分化受到各方面的调控，某些基因受到控制或阻遏，致使其所具有的遗传信息得不到全部表达的缘故。

植物细胞的全能性是潜在的，要实现植物细胞的全能性，必须具备一定的条件：①体细胞与完整植株分离，脱离完整植株的控制；②创造理想的适于细胞生长和分化的环境，包括营养、激素、光、温、气、湿等因子。

只有这样，细胞的全能性才能由潜在的变为现实的。

植物的离体组织、器官、细胞或原生质体在无菌、适宜的人工培养基和培养条件下培养，就满足了细胞全能性表达的条件，因而能使离体培养材料发育成完整植株。

二、植物的再生性(一)植物再生性的含义在植物分化根、茎、叶等器官的过程中，某处组织受到一定的损伤，则在受伤部位往往会产生新的器官，长出不定芽和不定根，从而形成新的完整植株。

人们利用这种植物的再生作用进行无性繁殖，并结合应用生根激素，使原来扦插不易成活的种类也可达到成苗的目的。

植物之所以会产生器官，是由于受伤组织产生了创伤激素，由此促进愈伤组织的形成，并凭借内源激素和贮藏营养的作用又产生了新的器官。

植物组织培养技术的成功，使植物的再生作用在更大的范围内表现出来。

其中，不但表现为植物种类大大的增加，再生的部位不断扩大，甚至小到肉眼无法辨别、在解剖镜下操作的材料也可培养再生。

在自然情况下，有些植物的营养器官和细胞再生比较困难，主要是由于内源激素调整缓慢或不完全，以及外界条件不易控制等因素所致。

植物生理学实验思考题考试要求：1.口答部分，30分，主要包括课后思考题、实验原理、实验结果。

2.实验部分，50分，主要是仪器的操作，有分光光度计、CO2气体分析仪、电导仪、阿贝折射仪。

实验到达30分以上才能及格。

考试不会太难，但也希望大家能够好好复习。

实验一、植物组织培养技术及烟草叶组织培养中形态发生和器官形成烟草叶组织培养中的形态发生和器官形成1.植物组织培养的原理、培养基的种类、现象原理：（1）植物细胞具有全能性，即每个植物细胞包含着能产生完整植株的全部遗传基因。

（2）只要条件合适，包含着全部遗传基因的细胞都能分裂分化，产生完整的植株。

培养基成分中生长素和细胞分裂素的比例决定了根或芽的分化。

培养基的种类及现象：（1）MS（不加激素）无生长现象（2）MS+BA1mg/L+NAA2mg/L 生长出愈伤组织2.外植体为什么不能切太小？不易成活3.植物组织组织中卫生么出现发霉？在操作过程中出现了污染。

4.植物激素对愈伤组织形成及器官分化有何影响？生长素/细胞分裂素：（1）高不定根（2）中愈伤组织（3）低不定芽5.在组织培养过程中应注意什么？灭菌无菌操作实验二、叶绿体色素的提取、分离及其理化性质色素含量的测定（分光光度计）1.实验原理及现象（1）色素提取植物叶绿体色素一般由叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素等组成。

利用叶绿体色素不易溶于水而溶于有机溶剂的特性，可用80%丙酮、95%乙醇等有机溶剂提取。

（2）色素分离可用纸层析来分离叶绿体色素，当溶剂不断地从纸上流过时，由于混合物中各成分在两相（即流动相和固定相）间具有不同的分配系数，所以她们的移动速度不同，因而使样品混合物分离。

色素带分布:从上至下橙黄色（胡萝卜素）、鲜黄色（叶黄素）、蓝绿色（叶绿素a）、黄绿色（叶绿色b）。

（3）荧光现象叶绿素分子吸收光量子。

由基态上升到激发态，激发态不稳定，有回到基态的趋向，当由第一单线态回到基态时发射出的光称为荧光。

植物组织培养名词解释1.细胞的全能性：指植物体的任何一个有完整细胞核的活细胞都具有该植物的全套遗传基因和产生完整植株的潜在能力。

2.分化：指细胞、组织、器官或整株植物从分生组织或幼小状态发育为成熟状态的过程，并在生理、形态上发生的变化。

其最大的特征是失去分裂能力。

3.脱分化：植物离休的器官、组织、细胞在人工培养基上，经过多次细胞分裂而失去原来的分化状态，形成无结构的愈伤组织或细胞团的过程，使其回复到胚性细胞的状态。

其特征是已失去分裂能力的细胞重新获得了分裂能力。

4.再分化：指由脱分化的细胞再度分化成另一种或几种类型的细胞、组织、器官，甚至最终再生成完整的植株的过程。

5.试管苗：指在无菌离体条件下，对植物组织、细胞、器官进行组培所获得的的再生植株。

6.根芽激素理论：根和芽的分化由生长素和细胞分裂素的比率所决定，这一比率高时促进生根，比率低时促进茎芽的分化，比率适中时，组织则倾向于以一种无结构的方式生长。

通过改变培养基中这两类生长调节物质的相对浓度可以控制器官的分化。

7.污染：批在组培过程中，由于真菌、幼苗等微生物的侵染，在培养容器内滋生大量的菌斑，使试管苗不能生长和发育的现象。

8.褐变：指在组培过程中，培养材料向培养基中释放褐色物质，致使培养基逐渐变成褐色，培养材料也随之慢慢变褐而死亡的现象。

9.玻璃化现象：指试管苗因生理失调而引起的嫩茎、叶片出现半透明状和水渍状的现象。

10.无菌操作：亦称接种。

指将经过表面灭菌后的植物材料在无菌环境中切碎或分离出器官、组织或细胞转移到无菌培养基上的过程。

由于整个过程均在无菌条件下进行，所以将这个过程称为无菌操作。

11.植物组织培养：指在无菌条件下，将离体的植物器官(如叶、花、未成熟的果实、种子)、组织(如形成层、花药组织、胚乳)、胚胎(如成熟和未成熟的胚)、细胞或原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，使其长成完整的植株或生产具有经济价值的其他产品。