教学课件PPT植物细胞工程的理论基础 55页

'细胞工程邢朝斌科技楼0510Tel:3726238E-mail:xingzhb@mail.edu.cnCellEngineering 第二章植物细胞工程的理论基础细胞工程——邢朝斌第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性第二节器官发生第三节离体培养下的遗传与变异 第一节细胞分化与细胞全能性第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性一、细胞全能性的一般概念二、细胞分化三、离体培养中细胞的脱分化、再分化 一、细胞全能性的一般概念一个细胞所具有的产生完整生物个体的固有能力称之为细胞的全能性。细胞全能性的绝对性与相对性:一、细胞全能性的一般概念第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性 植物细胞全能性表现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>特化细胞一、细胞全能性的一般概念第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性 根据细胞所处的组织不同从强到弱为：顶端分生组织>居间分生组织>侧生分生组织>薄壁组织>厚角组织>输导组织>厚壁组织。一、细胞全能性的一般概念第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性 脱分化途径完整植株体细胞胚愈伤组织外植体二、离体培养中细胞的脱分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性不定器官 直接伸长途径完整植株发育茎尖幼胚原植物二、离体培养中细胞的脱分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性 外植体（explant）：植物组织培养中用来进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。二、离体培养中细胞的脱分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性外植体 脱分化后的细胞，经过细胞分裂，产生无组织结构、无明显极性的、松散的细胞团称为愈伤组织。二、离体培养中细胞的脱分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性愈伤组织 愈伤组织的种类：1、胚性愈伤组织：表面光滑、组织结构紧凑、细胞小、再生力强。二、离体培养中细胞的脱分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性胚性愈伤组织 愈伤组织的种类：2、非胚性愈伤组织：表面粗糙、组织结构疏松、细胞大。二、离体培养中细胞的脱分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性非胚愈伤组织 注意：1、并不是所有的细胞脱分化的结果都必然形成愈伤组织。有些植物体的细胞脱分化以后直接形成胚性细胞，进而形成体细胞胚。2、多数愈伤组织内的细胞并不都是未分化的细胞，即同一愈伤组织内的细胞之间其状态存在一定的差异。二、离体培养中细胞的脱分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性 细胞分化：是指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。时间上的分化：空间上的分化：三、细胞分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性 1.细胞分化与极性建立：极性建立的标志——细胞的不均等分裂。极性的建立和维管成分的产生，是植物细胞分化的基本特征。三、细胞分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性 2.影响细胞分化的因素：a.激素生长素能促进维管组织形成细胞分裂素与木质部的发生有关三、细胞分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性 三、细胞分化1％2％2.5～3.5%4％数量很少的木质部木质部形成，韧皮部不能形成木质部和韧皮部都能形成韧皮部形成，木质部不能形成第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性b、蔗糖浓度 2.影响细胞分化的因素：c.光照光照对于维管组织的分化具有促进作用d.温度三、细胞分化第二章植物细胞工程的理论基础第一节细胞分化与细胞全能性暗培养下的烟草愈伤组织 第二节器官发生第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生一、离体培养中器官发生的方式二、器官分化的过程三.影响器官分化的因素 第二节器官发生植物的离体器官的发生：培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根、不定芽等器官的过程。第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 一、离体培养中器官发生的方式第一种方式是先芽后根如小麦，芦荟、苹果第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 一、离体培养中器官发生的方式第二种方式为先根后芽如枸杞、苜蓿等第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 一、离体培养中器官发生的方式第三种方式是在愈伤组织的不同部位形成芽和根，再通过维管组织的联系形成完整植株。如胡萝卜、石刁柏第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 二、器官分化的过程离体条件下，经过愈伤组织再分化器官一般要经过三个生长阶段：1、外植体经过诱导形成愈伤组织。第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 二、器官分化的过程离体条件下，经过愈伤组织再分化器官一般要经过三个生长阶段：2、形成生长中心。第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 二、器官分化的过程离体条件下，经过愈伤组织再分化器官一般要经过三个生长阶段：3、器官原基及器官形成。第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 注意：在有些情况下，外植体不经过典型的愈伤组织即可形成器官原基，这一途径有两种情况，一是外植体中已存在器官原基，进一步培养即形成相应组织器官进而再生植株，另一种情况是外植体形成分生细胞团后在分生细胞团上直接形成器官原基。二、器官分化的过程第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 一般认为，芽和茎原基通常起源于培养组织中比较表层的细胞，即外起源，而根原基则发生在组织较深处，是内起源。二、器官分化的过程第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 三、影响器官分化的因素1.外植体——位置、状态及组织类型外植体不同取材组织类型对芦荟增殖的影响第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生取材部位接种数量产芽数量增殖倍数茎尖10151.50茎盘27963.56叶盘2000 三、影响器官分化的因素1.外植体——位置、状态及组织类型外植体不同取材位置类型对芦荟茎盘增殖的影响第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生茎盘位置接种外植体数量产生不定芽数茎盘平均产芽数1900290039262.8949525.7859182.0069007900 三、影响器官分化的因素具有变态器官（如鳞茎、球茎、块茎等）的植物，在培养中往往也容易形成相应的变态器官。第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 三、影响器官分化的因素2.生长调节剂生长调节剂在细胞生长与个体发育中具有重要的调控作用。离体培养下的器官分化在大多数情况下是通过外源提供适宜的植物生长调节剂来实现的。种类、浓度和不同类型生长调节剂的比例是影响根芽等分化的关键。第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 三、影响器官分化的因素3.光照光照有利于维管组织和叶绿体形成进而分化芽。愈伤组织的诱导培养一般在黑暗或弱光照条件下进行分化培养的初期连续光照能促进愈伤组织变绿，随后的昼夜交替则有利于细胞极性的建立，从而促进器官分化。第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 三、影响器官分化的因素4.温度愈伤组织诱导培养时，温度可以适当提高，而分化温度比诱导温度要低。与光周期相似，某些需要通过低温春化的植物，在离体培养中器官形成有时也需要低温处理第二章植物细胞工程的理论基础第二节器官发生 第三节离体培养下的遗传与变异第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异一、培养细胞变异的类型二、变异原因三、影响培养细胞遗传变异的因子四、体细胞无性系变异的诱导五、优良变异的筛选方法六、体细胞无性系变异的利用七、变异的抑制 一、培养细胞变异的类型离体培养中，组织、细胞、原生质体培养再生植株中，会有各种各样的变异。组织培养条件下所表现的遗传与变异特征称之为体细胞遗传与变异。第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异第三节离体培养下的遗传与变异 自发产生的变异变异率：10-7~10-6诱发产生的变异变异率：10-5~10-4第二章植物细胞工程的理论基础一、培养细胞变异的类型第三节离体培养下的遗传与变异一、培养细胞变异的类型12 一、培养细胞变异的类型1.自发产生的变异第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异A.染色体多倍性和非整倍性 一、培养细胞变异的类型1.自发产生的变异第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异B.畸形变异 一、培养细胞变异的类型1.自发产生的变异第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异C.非遗传变异（a）外遗传变异 一、培养细胞变异的类型1.自发产生的变异第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异C.非遗传变异（b）生理适应 筛选静置抗毒诱导确定浓度转移到致死剂量转移至无毒素培养基逐代增加毒素浓度确定半致死剂量浓度一、培养细胞变异的类型第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异2、诱发产生的变异（抗镰刀菌毒素细胞变异系的分离） 二、变异原因1、植物本身的异质性（嵌合性）第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异不是真正意义上的突变 二、变异原因2、培养条件引起的变异1）培养基中添加的激素2）形成愈伤组织时，细胞分裂异常3）环境条件的改变第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 三、影响离体培养细胞遗传变异的因子1、供体植株倍性水平、基因型、细胞的分化程度2、培养基及培养方式培养基的成分、物理状态及培养类型3、继代培养的次数越多，细胞变异的几率就越大第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 四、体细胞无性系变异的诱导自发变异往往频率较低，为了增加变异频率，在培养基中添加化学诱变剂或使用物理方法处理，这样，细胞群体中就会产生各种各样的变异。第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 四、体细胞无性系变异的诱导诱变剂类型：物理诱变剂：X射线、γ射线、中子、β粒子、α粒子和紫外线等。化学诱变剂：烷化剂、碱基类似物、移码诱变剂和某些抗生素类等。第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 五、优良变异的筛选方法1、离体条件下体细胞无性系变异的筛选的优点：（1）所需空间小。（2）不受季节限制，筛选效率高。（3）诱变和筛选条件可控。（4）接触面大、突变率高。（5）避免了嵌合体。第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 五、优良变异的筛选方法2、体细胞变异材料的选择（1）目标性状的可行性。选择综合性状良好的植物品种材料（2）试验植物的细胞培养技术水平。起始材料要有良好的培养技术（3）选择合适的细胞类型。优先考虑原生质体和悬浮细胞系第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 五、优良变异的筛选方法3、筛选方法（1）直接筛选法在设计的选择条件下，能使培养细胞或再生个体获得直接感官上的差异。如：抗除草剂、抗盐碱的突变个体第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 培养及筛选过程（在细胞水平上）：培养细胞耐性愈伤组织再生植株耐性植株五、优良变异的筛选方法第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 培养及筛选过程（在再生植株水平上）：外植体愈伤组织再生植株耐性植株五、优良变异的筛选方法第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 2、间接筛选法间接选择法是一种借助于与突变表现型有关的性状作为选择指标的筛选方法。由于在离体培养中直接接种病原物会严重阻碍细胞生长，因此常用于抗病突变体的筛选。五、优良变异的筛选方法第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 1．创造育种中间材料或直接筛选新品种2．遗传研究3．发育生物学研究4．生化代谢途径研究六、体细胞无性系变异的利用第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异 1、利用比较稳定的品种材料。2、利用茎尖、幼胚等再生能力较强的组织进行培养。3、避开使用高浓度激素。4、不经过愈伤组织，而直接从脱分化细胞再生。5、促使植株早再生，缩短培养时间。七、变异的抑制第二章植物细胞工程的理论基础第三节离体培养下的遗传与变异'