1、2.22.2植物的植物的克隆克隆1958年年,斯图尔德斯图尔德(F.C.Steward、美、美)胡萝卜组织培养胡萝卜组织培养开花的胡开花的胡萝卜植株萝卜植株胚状体胚状体胡萝卜根的切片胡萝卜根的切片从根切片分从根切片分离的细胞离的细胞愈伤愈伤组织组织试管植株试管植株离体、消毒离体、消毒的植物的植物器官、组织或细胞器官、组织或细胞植物体植物体根、芽根、芽愈伤愈伤组织组织脱分化脱分化胚胚状状体体再分化再分化问题问题1 1：为什么胡萝卜根的培养细胞能培养成一个完整的胡萝卜为什么胡萝卜根的培养细胞能培养成一个完整的胡萝卜植株呢？植株呢？植物细胞的全能性植物细胞的全能性问题问题2：什么是细胞的全能性？为什
2、么具有全能性？什么是细胞的全能性？为什么具有全能性？植物体的每个细胞都植物体的每个细胞都包含该物种的包含该物种的全部遗传全部遗传物质物质，具有发育成为完整个体所必需的全部基因。具有发育成为完整个体所必需的全部基因。、概念：、概念：2、原因：、原因：3、细胞全能性大小的顺序：、细胞全能性大小的顺序：植物细胞植物细胞 动物细胞（核）动物细胞（核）植物体的每个植物体的每个生生活细胞活细胞都都具有遗传上的全能性具有遗传上的全能性,因而因而都具有发育都具有发育成成完整植株的潜能。完整植株的潜能。一、植物细胞的全能性一、植物细胞的全能性受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞不同种类不同种类植物或植物或同
3、种植物的不同基因型同种植物的不同基因型个体之间因遗传性个体之间因遗传性的差异的差异,细胞全能性的表达程度细胞全能性的表达程度大不相同大不相同.细胞或组织中激素平衡被打破细胞或组织中激素平衡被打破 对外源生长物质的敏感性发生改变对外源生长物质的敏感性发生改变 其他原因产生了缺乏成胚性的细胞系其他原因产生了缺乏成胚性的细胞系4.某些植物细胞在多次继代培养后，会丧失细胞全能某些植物细胞在多次继代培养后，会丧失细胞全能性的表达能力，原因有哪些？性的表达能力，原因有哪些？染色体畸变染色体畸变细胞核变异细胞核变异非整倍体产生非整倍体产生内在遗传因素改变内在遗传因素改变（结果不可逆结果不可逆）外在生化性外在
4、生化性质改变质改变5.克隆成功的前提克隆成功的前提（1）探讨特定植物细胞全能性表达的条件）探讨特定植物细胞全能性表达的条件（2）选择性能优良、细胞全能型表达充分的基因型）选择性能优良、细胞全能型表达充分的基因型 为什么体内细胞没有表现出全能性为什么体内细胞没有表现出全能性,而是分化成而是分化成为不同的组织或器官呢为不同的组织或器官呢?基因在特定的时间和空间条件下基因在特定的时间和空间条件下选择性表达选择性表达的结果的结果。在个体发育的在个体发育的不同时期不同时期，生物体，生物体不同部位不同部位的细的细胞胞表达的基因不同表达的基因不同，合成的蛋白质也不同合成的蛋白质也不同，从而形，从而形成了不同
5、的组织和器官。成了不同的组织和器官。如何将植物细胞培养成一个完整的植株的呢？如何将植物细胞培养成一个完整的植株的呢？二、植物组织培养程序二、植物组织培养程序 植物生长调节剂：植物生长调节剂：PH值：值：（1）配制配制培养基（培养基（半固体的、灭菌的半固体的、灭菌的）无机营养成分：无机营养成分：有机营养成分：有机营养成分：（2）切取切取小组织块（小组织块（消毒的根、茎、叶消毒的根、茎、叶）（3）培养培养（半（半固体培养基固体培养基），获得愈伤组织），获得愈伤组织（4）诱导诱导愈伤组织，再生出新植株愈伤组织，再生出新植株植物所必须的大量元素及微量元素植物所必须的大量元素及微量元素 碳源：蔗糖碳源：
6、蔗糖 氮源：氨基酸、维生素等氮源：氨基酸、维生素等 琼脂：琼脂：0.7%0.7%1%1%，起凝固支持作用起凝固支持作用细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素5.06.0（外植体）（外植体）诱导出芽和根诱导出芽和根植物组织培养的一般程序植物组织培养的一般程序脱脱分分化化愈伤组织：愈伤组织：一种相对没有分化的一种相对没有分化的活的薄壁细胞团活的薄壁细胞团组成的新组成的新生组织。生组织。（细胞排列疏松、无规则）（细胞排列疏松、无规则）再再分分化化脱分化：脱分化：已经高度分化的植物细胞，经过诱导已经高度分化的植物细胞，经过诱导重新恢复了重新恢复了分裂能力，产生愈伤组织分裂能力，产生愈伤组织的过程，又称的
7、过程，又称去分化去分化。再分化：再分化：脱分化产生的愈伤组织经培养，重新分化根或芽脱分化产生的愈伤组织经培养，重新分化根或芽等器官的过程。等器官的过程。3、培养的条件：、培养的条件：n前提：前提：离体状态离体状态n条件条件：n（1 1）营养物质营养物质n（2 2）植物生长调节剂）植物生长调节剂n（3 3）适宜的外界环境条件）适宜的外界环境条件n（如：无菌环境、一定的温度、空气、适合的（如：无菌环境、一定的温度、空气、适合的PHPH、适、适时光照等）时光照等）胚性细胞胚性细胞的特征：细胞质丰富、液泡小而细胞核大的特征：细胞质丰富、液泡小而细胞核大，可发育成胚状体，胚状体继续发育可形成植株。，可发
8、育成胚状体，胚状体继续发育可形成植株。摇床：摇床：由恒温培养箱和振荡器组合而成，专为细胞由恒温培养箱和振荡器组合而成，专为细胞培养提供控制和均衡的培养条件而设计，特培养提供控制和均衡的培养条件而设计，特别是悬浮液培养应用。别是悬浮液培养应用。超大容量恒温双层摇床超大容量恒温双层摇床 恒温摇床恒温摇床 1.植物细胞培养 对植物单个细胞或小的细胞团进行对植物单个细胞或小的细胞团进行培养的技术称为植物细胞培养。培养的技术称为植物细胞培养。（1）定义）定义三、细胞培养和器官培养三、细胞培养和器官培养（2）目的）目的1）使细胞增殖，形成细胞系，提取代谢产物）使细胞增殖，形成细胞系，提取代谢产物2）获得胚
9、状体，从而再生出完整植株）获得胚状体，从而再生出完整植株植物器官主要包括：植物器官主要包括：根、茎、叶、花、果实根、茎、叶、花、果实指将植株上的各种器官从母体上分离出来，放在无菌指将植株上的各种器官从母体上分离出来，放在无菌的人工环境让其进一步发育，最终长成幼苗的过程。的人工环境让其进一步发育，最终长成幼苗的过程。（1）定义）定义2.植物器官培养 思考：对二倍体植物花器官进行培养，获得的新植思考：对二倍体植物花器官进行培养，获得的新植株可能含几个染色体组？株可能含几个染色体组？（2）意义）意义1、培养过程？、培养过程？2、培养条件（如何实现器官发生和形态建成）？、培养条件（如何实现器官发生和形
10、态建成）？单细胞单细胞细胞团细胞团球形胚球形胚心形胚心形胚胚状体胚状体完整的植株完整的植株3、主要意义？、主要意义？主要是通过主要是通过平衡的植物激素配比平衡的植物激素配比进行调控进行调控研究发育过程中的环境因素、遗传基础和分研究发育过程中的环境因素、遗传基础和分子及生理生化机理子及生理生化机理研究与植物生长发育有关的重要基因或影响研究与植物生长发育有关的重要基因或影响因素因素培育植物新品种培育植物新品种诱导生芽（茎叶）诱导生芽（茎叶）细胞分裂细胞分裂素素多多，生，生长素长素少少诱导生根诱导生根细胞分裂细胞分裂素素少少，生，生长素长素多多仍为愈伤仍为愈伤组织组织细胞分裂细胞分裂素素中等量中等量
11、，生长素生长素少少新植株新植株细胞分裂素细胞分裂素少和生长素少和生长素比例合适比例合适四、原生质体培养四、原生质体培养0.5-0.6mol/L甘露醇溶液甘露醇溶液环境（较高渗透压）环境（较高渗透压）1、如何获得原生质体、如何获得原生质体?2、原生质体培养技术的应用？、原生质体培养技术的应用？批量培养经济作物、粮食作物、果木、花卉批量培养经济作物、粮食作物、果木、花卉的部分需求。的部分需求。五、植物细胞工程五、植物细胞工程1、操作过程、操作过程?外源遗传物质（外源遗传物质（DNA）受体植物细胞（包括原生质体）受体植物细胞（包括原生质体）转基因细胞转基因细胞具有特定性状的新植株具有特定性状的新植株
12、基因工程、细胞融合、显微注射基因工程、细胞融合、显微注射植物组织培养植物组织培养导入导入植物细胞工程植物细胞工程:1借助借助基因工程基因工程方法，将外源基因导入受体细胞。方法，将外源基因导入受体细胞。2通过通过细胞融合细胞融合将不同来源的遗传物质重新组合。将不同来源的遗传物质重新组合。3通过通过显微注射显微注射将不同来源的遗传物质重新组合。将不同来源的遗传物质重新组合。2、植物细胞工程的应用、植物细胞工程的应用白菜白菜甘蓝甘蓝植物细胞工程技术培育白菜植物细胞工程技术培育白菜甘蓝甘蓝(1)(1)(2)(3)(4)(5)白菜体细胞白菜体细胞甘蓝体细胞甘蓝体细胞白菜原生质体白菜原生质体甘蓝原生质体甘
13、蓝原生质体正在融合的原正在融合的原生质体生质体杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织白菜白菜-甘蓝幼苗甘蓝幼苗物理法：离心、振动、电刺激物理法：离心、振动、电刺激化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG）六、多途径的植物克隆实践六、多途径的植物克隆实践1、想要大量获得某植物的、想要大量获得某植物的次生代谢产物次生代谢产物（如某些中（如某些中药，紫草素）最好如何生产？药，紫草素）最好如何生产？2、如何获得、如何获得单倍体植株单倍体植株？3、如何获得抗盐或抗病突变体？、如何获得抗盐或抗病突变体？大量培养特定细胞系（愈伤组织）大量培养特定细胞系（愈伤组织）花药（花粉培养）花药（花粉培养）-花药离体
14、培养花药离体培养单倍体克隆单倍体克隆（单倍体育种）（单倍体育种）单倍体植株单倍体植株六、多途径的植物克隆实践六、多途径的植物克隆实践1、想要大量获得某植物的、想要大量获得某植物的次生代谢产物次生代谢产物（如某些中（如某些中药，紫草素）最好如何生产？药，紫草素）最好如何生产？2、如何获得、如何获得单倍体植株单倍体植株？3、如何获得、如何获得抗盐或抗病突变体抗盐或抗病突变体？大量培养特定细胞系（愈伤组织）大量培养特定细胞系（愈伤组织）在培养基上加入不同浓度的在培养基上加入不同浓度的NaCl或病原体的或病原体的毒蛋白（诱变育种）。毒蛋白（诱变育种）。花药（花粉培养）花药（花粉培养）-花药离体培养花药离体培养单倍体克隆单倍体克隆（单倍体育种）（单倍体育种）人工种皮：人工种皮：人工薄膜，透气人工薄膜，透气透水透水胚状体胚状体胚乳：胚乳：营养物质、植物激素、营养物质、植物激素、抗生素抗生素
