医学-植物组织培养第八章植物体细胞无性系变异

试卷编号NO：高等函授教育《植物组织培养》试题学号：姓名：一名词解释：（10*2分=20分）1、植物细胞组织培养2、细胞全能性3、脱分化4、外植体5、试管苗驯化6、间接不定芽发生7、双极性8、微体嫁接9、人工种子10、体细胞无性系变异二填空：（30*1分=30分）1、目前植物组织培养应用最广泛的方面是和。

2、由脱分化的细胞再分化出完整植株有两种途径，一种叫做，另一种叫做。

3、培养用具的常用灭菌方法有、、。

4、某些生长调节物质及抗生素、酶类物质遇热不稳定，对其灭菌时不能进行，而要进行。

5、一般来说，黑暗条件下有利于的增殖，而往往需要一定的光照。

6、植物离体授粉技术通常包括、、三个方面。

7、一般液体培养的继代时间较短，继代一次；而固体培养继代时间可以长些，继代一次。

8、外植体器官发生的三种途径包括、、。

9、从再生植株倍性来看，小孢子培养通常产生植株，胚培养通常产生植株，通常产生三倍体植株。

10、脱毒苗鉴定与检测的主要方法有、、、。

11、在生长素中，对于许多作物花粉的启动、分裂、形成愈伤组织和胚状体起着决定性作用，但是对却有抑制作用。

12、用平板培养法培养单细胞或原生质体时，常用来衡量细胞培养效果。

13、用药剂处理是诱导染色体加倍的传统方法。

三计算题（1*10分=10分）某培养基的配方是MS＋BA 2.0mg/L＋NAA 0.5mg/L＋2.5%蔗糖＋0.7％琼脂粉。

MS母液的浓度分别是：大量元素２０倍，微量元素500倍，铁盐100倍，有机物５０倍；BA母液浓度1.0 mg/ml ，NAA母液浓度0.1mg/ml。

要配制400ml 该培养基，需要吸取各种母液各多少ml？分别称取蔗糖、琼脂粉各多少克？（要求写出计算步骤）四简答题（5*5分=25分）1、造成组织培养过程中发生污染的原因有哪些？如何有效控制污染？2、简述外植体消毒的一般步骤。

3、胚培养在科学研究及生产实践中有哪些应用？4、结合花粉培养，简述看护培养法。

植物细胞全能性:植物体的每个细胞都携带有该物种的全部遗传信息，因而只要在适当的条件下，植物一切生活细胞都具有分化为一个完整植株的潜在能力，这就是细胞的全能性。

这是细胞工程的理论基础。

细胞分化:个体细胞发育过程中，后代细胞在形态、结构和生理功能上发生差异的过程。

脱分化:原已分化的细胞，失去原有的形态和机能，又回复到没有分化的无组织的细胞团或愈伤组织，这个过程称为脱分化。

再分化:由脱分化状态的细胞再度分化形成另一种或几种类型的细胞的过程，称为再分化愈伤组织:外植体在离体条件下，细胞经脱分化等一系列过程，转变为一种能迅速增殖的无特定结构和功能的细胞团，称为愈伤组织。

愈伤组织细胞大而不规则,高度液泡化、没有次生细胞壁和胞间连丝。

继代培养:对来自于外植体所增殖的培养物通过更新新鲜培养基及不断切割或分离,进行连续多代的培养.外植体:植物组织培养中用来进行离体无菌培养的材料,可以是器官、组织、细胞和原生质体。

器官发生:指离体培养条件下的组织或细胞团分化形成不定根、不定芽等器官过程。

体细胞胚：由外植体可直接形成胚状体，外植体也可以经脱分化先形成愈伤组织，再由愈伤组织形成胚状体。

胚状体是由体细胞发育而来人工种子：通过将植物组织培养中所产生的体细胞胚或珠芽等包埋在“人工胚乳”和“人工种皮”里，制成的具有播种功能、类似天然种子的颗粒就称为人工种子。

繁殖系数：也叫增殖系（倍)数或增殖率，是指繁殖材料在一个培养周期内增殖的倍数。

污染：指在组织培养过程中培养基和培养材料滋生杂菌，导致培养失败的现象。

褐变：指在组织培养中，由于材料被切割而使多酚氧化酶活化将组织中的酚类物质氧化形成棕褐色的醌类物质，并向培养基中扩散，抑制培养物生长甚至导致其死亡的现象。

玻璃化：指组织培养过程中的特有的一种生理失调或生理病变，试管苗呈半透明状外观形态异常的现象。

悬浮培养：将游离的单细胞或小的细胞团，按照一定的细胞密度，悬浮在液体培养基中进行培养的方法。

28841 植物组织培养课程考试说明一、本课程使用的教材、大纲植物组织培养课程指定使用的教材为《植物组织培养》，由王蒂主编，中国农业出版社，2004年版。

二、本课程的试卷题型结构及试题难易度试卷分别针对领会、掌握、重点掌握三个认知和能力层次命制试题，三个不同能力层次在试卷中所占的比例大致是：“领会”20%，“掌握”40%，“熟练掌握”为40%。

3. 试题难易程度大致可分为：容易、中等偏易、中等偏难、难四个等级，试卷中不同难易度试题所占的比例，大致为容易占20%，中等偏易占30%：中等偏难占30%：难占20%。

三、各章内容分数的大致分布根据自学考试大纲的要求，试卷在命题内容的分布上，兼顾考核的覆盖面和课程重点，四、考核重点及难点第一章绪论（1）植物组织培养的学科基础；（2）植物组织培养的基本概念、特点、研究领域和应用。

第二章实验室及基本操作（1）植物组织培养培养基构成原理和组织培养的理论基础；（2）植物组织培养的实验室构成、重要设备的操作方法；（3）各种器具和材料的洗涤和灭菌方法；培养基的组成和配制，以及灭菌技术。

第三章植物组织培养的基本原理（1）植物组织培养的原理和组织分化的途径；（2）离体条件下器官的发生的途径，离体条件下植物形态形成的条件；（3）植物细胞的全能性；分化、脱分化、再分化、愈伤组织等名词的含义。

第四章植物器官和组织培养（1）离体条件下植物形态发生和植株再生的途径；（2）无菌外植体的获得过程，植株再生的途径，培养产物的观察记载和统计方法，植物茎段培养、叶和种子培养各自的产物的异同。

第五章植物胚胎培养及离体授粉（1）植物胚胎培养和离体授粉的应用；（2）植物胚培养的类型、应用和影响因素，植物胚乳培养的应用。

第六章植物花药和花粉培养（1）花粉小孢子的发育途径，（2）植物花粉和花药培养的概念和应用。

第七章植物细胞培养（本章不作考核要求！）第八章植物体细胞无性系变异（1）植物体细胞无性系变异的影响因素；（2）植物体细胞无性系变异的概念及其在育种中的应用。

第一章绪论植物组织培养类型根据培养材料不同分为：（1）完整植株培养：对幼苗和较大植株等的培养。

（2）胚胎培养：包括成熟胚、幼胚、子房、胚珠等的培养。

（3）器官培养：包括离体根、茎、叶、果实、种子、花器官的培养。

（4）组织培养：如分生组织、薄壁组织、输导组织培养。

（5）细胞培养：指对单细胞或较小的细胞团进行培养。

（6）原生质体培养：指对去掉细胞壁后所获得的原生质体进行培养。

根据再生途径分为：（1）器官发生途径（2）体细胞胚胎发生人工种子：是指植物离体培养产生的胚状体或不定芽被包裹在含有营养和保护功能的人工胚乳和人工种皮中，从而形成能发芽出苗的颗粒体。

作为繁殖材料。

植物组织培养技术的应用：1、优质种苗的快速无性繁殖1）无性繁殖作物及不易繁殖作物的快速繁殖2）通过茎尖培养生产脱毒健康种苗2、用于植物遗传育种包括种质资源离体保存；花粉花药培养产生单倍体；胚乳培养产生三倍体；胚培养拯救杂种胚克服远缘杂交障碍；原生质体培养进行体细胞杂交；植物体细胞无性系变异诱导和筛选；用于植物基因转移操作等。

3、大规模植物细胞、组织和器官培养生产次生代谢物质4、用于植物生长发育理论研究，包括生理学、病理学、胚胎学和细胞与分子生物学等第二章植物组织培养的基本技术组培实验室：包括化学实验室或准备室、接种室以及培养室三部分，并且按顺序排列。

在化学实验室与接种室之间应留有缓冲空间。

（1）准备室：用于培养器皿的清洗、培养基的配制、分装和灭菌、试管苗的出瓶及整理等工作。

冰箱、天平、高压灭菌锅、pH计、干燥箱、实验台、水槽、凉干架、药品柜、离心机、水浴锅、微波炉、电炉、磁力搅拌器、蠕动泵、移液器、各种玻璃器皿（烧杯、量筒、容量瓶、试剂瓶、三角瓶等）及培养基分装用品等。

（2）接种室：植物材料的灭菌、接种以及培养物的继代转接等。

超净工作台、紫外灯、小推车、搁架、磁盘、接种工具（各种镊子、解剖刀、手术剪、普通剪刀接种针、酒精灯、手持喷雾器、细菌过滤器等）等。

植物体细胞无性系变异及其育种上的应用在Schleiden和Schwann的细胞学基础上，1902年德国Haberlandt提出植物细胞具有全能性（totipotent）的理论，直到二十世纪四十年代，组织培养得以建立。

经众多科学家和学者的不断努力，植物组织培养技术得以完善，被应用于植物生产的众多领域。

植物组织培养（plant tissue culture）是指植物的一个细胞、器官或组织，在无菌条件下，经人工培养，使其最终形成完整的新植株的过程。

虽然植物细胞、器官或组织具有分化成完整的植株的能力已广为人知，但是在未来的几十年里，这仍然被视为科学界的重大问题之一[1]。

1980年，Shepard等[2]发现利用可无性繁殖的植物——马铃薯（Solanumtuberosum）栽培品种“Russet Burbank”的叶肉原生质体培养，可获得突变频率较高的突变体。

随后，Larkin和Scowcroft[3]将这种现象命名为体细胞无性系变异（somaclonal variation）来描述植物细胞组织培养过程中的再生细胞存在的大量变异现象，为体细胞无性系的筛选和新变异来源做了铺垫。

目前，对于体细胞无性系变异的研究已有很多，但仍有许多没有研究清楚的地方，有待后人在这一方面做出更多贡献，并大规模推广应用。

1.体细胞无性系变异的遗传基础体细胞无性系变异是具有遗传基础的，具体表现在染色体变异、基因突变以及转座子激活等方面[4]。

在水稻[5]、小麦[6]和大蒜[7]等植物愈伤组织培养过程中，均发现了染色体数目倍性变异的现象；组培大蒜愈伤组织[8]，再生黑麦根尖细胞[9]，均发现其中发生了不同类型的染色体结构变异。

袁云香等[10]用含Ac/Ds转座元件的愈伤组织组培，结果6%的再生植株仅含Ac，而Ds因切离而丢失，表明组织培养可获得突变体。

此外，组织培养还会造成植物DNA甲基化的变异，经组织培养的香蕉[11]和豌豆[12]等，研究表明其DNA甲基化水平上升；而在大豆[13]、大麦[14]和草莓[15]上发现，DNA甲基化水平降低。

8 体细胞无性系变异Somaclonal variationEpigenetic variation体细胞无性系的变异●由任何形式的组织或细胞培养所产生的植株统称为体细胞无性系somaclones(Larkin & Scowcroft,1981）。

●在植物组织培养阶段发生变异，导致再生植株发生遗传改变的现象，称为体细胞无性系变异somaclonal variation。

（1%-3%）8.1 体细胞无性系变异的遗传基础染色体数目变异：细胞有丝分裂中纺锤丝的形成受阻，造成整倍性变异；个别染色体滞后分离或者不分离，会导致一个子细胞染色体数目增加，另一个子细胞染色体数目减少。

8.1 体细胞无性系变异的遗传基础染色体结构变异：染色体易位发生频率较高。

双着丝粒染色体、无着丝粒染色体、环状染色体等结构。

●ＤＮＡ复制和缺失●转座因子的活化●ＤＮＡ甲基化●细胞质基因组改变-白化苗、雄性不育●嵌合性：遗传组成不同的细胞在个体中同时存在的现象。

●后生变异/表观遗传变异epigenetic variation：不基于DNA序列差异的变异。

The inherited changes in phenotype (appearance) or gene expression is caused by mechanisms other than changes in the underlying DNA sequence. 组蛋白修饰(histone modifications)、DNA 甲基化(DNA methylation)和小RNA (miRNA, siRNA)等。

8.2 影响体细胞无性系变异的因素●基因型和倍性水平：植物种基因型间变异频率差异较大。

倍体和染色体数目较多的植物其变异频率比二倍体和单倍体高。

●外植体类型：以分生组织为外植体的再生植株通常可以维持供体植物的典型性，体细胞变异频率很低。

以分化组织(in dedifferentiation stage)为外植体的再生植株容易发生体细胞变异，其频率与分化程度有关。

从总体上讲，组织培养后植株变异的原因有三：一是由源植株中预先存在的变异的表达，二是组织培养过程中引起的可遗传的变异（DNA改变），三是由外遗传及生理作用引起。

（一）外植体中预先存在变异的表达研究表明，某些体细胞无性系变异是由于外植体中细胞预先存在的变异的表达。

一般说来，除非采用单细胞或原生质体，否则，对由不同类型细胞组成的多细胞外植体进行培养会导致再生植株表型的不一致性。

预先存在变异包括内复制造成的细胞间染色体倍性差异，体细胞突变及DNA甲基化状态的变化等。

由不定芽再生导致的嵌合体的分离（破坏、丢失或重排）是最明显的预先存在变异的表现。

嵌合体一般可分为扇形嵌合体、部分周缘嵌合体和周缘嵌合体三种。

前两种在常规繁殖中不稳定，而周缘嵌合体在常规繁殖中较为稳定，但即使是周缘嵌合体，利用组织培养进行快速繁殖或不定繁殖时，也会引起大部分嵌合体破坏（＞30%）。

颜色、形态和生理习性嵌合体是可见的，而细胞嵌合体（染色体或染色体组不同的细胞）通常是难以直接观察到的，只对植株的营养价值、同工酶谱等表现有很小的影响。

另一方面，由于病毒在植物体内不均匀分布，利用植物组织培养手段（分生组织培养、不定芽再生或原生质体培养等）可脱除植物病毒，从而也可引起性状的改变。

通常植物（指二倍体植物）的分生组织中都是二倍体细胞，所以采用顶端分生组织或幼嫩组织或器官作外植体进行启动培养，再生植株表型和倍性水平的稳定性远大于其他类型外植体培养获得的植株。

（二）培养中诱导产生的变异培养中诱导产生的变异主要受培养类型（或植株再生方式）、外植体类型（或组织来源）、生长调节物质、培养物的年龄（或继代培养时间）、遗传组成（或基因型）等因素的影响。

1. 培养类型（或植株再生方式）一般而言，一个已分化的细胞经历变化剧烈的脱分化和再分化很容易产生变异，因而愈伤组织培养常与体细胞无性系变异联系在一起；另一方面，愈伤组织通常从切口处产生，因而与活体中的伤口反应极为类似，容易激发转座子的活动，以及胁迫刺激诱导产生某种酶类或特异性附产物。