第8章 植物的细胞培养及次生物质生产
园艺植物育种学(9.1)--植物离体培养育种
园艺植物育种学—离体培养育种
第八章 植物离体培养育 种
第一节 植物离体培养的概念及应用 第二节 组织与器官培养 第三节 花药和花粉培养与单倍体育种 第四节 植物细胞培养及其突变体筛选 第五节 原生质体培养与体细胞杂交
园艺植物育种学—离体培养育种
第一节 植物离体培养的概念及其应用
三、植物离体培养在园艺植物育种中的应用 3 、获得体细胞杂种
通过原生质体融合途径可以部分克服有性 杂交种间的障碍，获得体细胞杂种。
不同种间、属间甚至科间通过该技术可以广 泛杂交，这对于无性繁殖的园艺植物具有更特殊的 意义。
对称融合、非对称融合。
园艺植物育种学—离体培养育种
第一节 植物离体培养的概念及其应用
一、植物离体培养的概念
植物离体培养（ Plant in vitro culture ）：即广义的植 物组织培养（ Plant tissue culture ），是指通过无菌 操作，将植物的组织、器官、细胞以及原生质体等 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。是现代生物 技术的一个重要组成部分。
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第二节 组织与器官培养
一、实验室 1 、无菌操作室 2 、培养室 3 、化学实验室、洗涤消毒室和细胞学实验室
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第二节 组织与器官培养
二、培养条件 1 、培养基 2 、无菌操作 3 、培养的环境条件
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第二节 组织与器官培养
二、培养条件 1 、培养基 种类：固体培养基 液体培养基 营养成分：无机成分、有机成分、天然复合物、
第七章植物细胞和次生物质生产详解
（三）成功的悬浮细胞培养体系必须满足 三个条件：
• 悬浮培养物分散性良好，细胞团较小，一般 在30～50个细胞以下
• 均一性好，细胞形状和细胞团大小大致相同。
• 细胞生长迅速，悬浮细胞的生长量一般2～3 天甚至更短时间便可增加一倍。
• 1悬浮培养体系的建立
①材料
• 愈伤组织
• 外植体：幼苗、胚轴、子叶。
如果使处在静止期的细胞悬浮液保存时间太 长，则会引起细胞的大量死亡和解体。因此，当 细胞悬浮液达到最大干重产量之后，即在刚进入 静止期的时候，须尽快进行继代。
• （2）连续培养
指在培养过程中，不断注入新鲜培养基， 排掉用过的培养基，保持培养物的容积恒 定，使培养液中的营养物质得到不断补充。 类型分为封闭型和开放型两种
例如： 麻醉药物：莨菪碱 健身药品：人参皂苷、人参三醇 心血管系统方面：芸香苷、槲皮素 天然色素：叶黄素、类胡萝卜素 香水香料类：挥发油
• 3、植物细胞大规模培养是生产植物次生产 物的理想途径 保护生态环境 提高生产效率 发展新型生物技术产业
植物次生代谢产物市场潜能
产品成分 用途
年销售额（亿美元）
• 例如：新疆紫草愈伤组织的诱导
• 种子 消毒 萌发 根、胚轴、子叶（作 为外植体） 接种到含2.4-D和KT的MS培养基 上诱导愈伤组织。
② 筛选方法
• 愈伤组织外观为大小均一的小颗粒，疏 松易碎、外观湿润、，细胞色泽呈鲜艳 的乳白或淡黄色。
• 挑出愈伤组织培养于高有机质、高激素、 低糖的培养基中培养，诱导出更多得到 愈伤组织。
平板培养技术
二、植物细胞的悬浮培养
• （一）定义： • 细胞悬浮培养（cell suspension culture）：
植物生理学习题大全——第8章植物生长物质
第八章植物生长物质一。
名词解释植物生长物质(plant growth substance）：是指一些调节植物生长发育的物质，包括植物激素和植物生长调节剂。
植物激素（plant hormone , phytohormone)：指在植物体内合成,并从产生之处运送到别处，对生长发育起显著作用的微量有机物。
植物生长调节剂(plant growth regulator)：指一些具有植物激素活性的人工合成的物质.植物生长调节物质（plant growth regulator substance)：指在植物体内合成的、能调节植物生长发育的非激素类的生理活性物质。
生长素的极性运输(polar transport of auxin)：生长素只能从植物体形态学的上端向下端运输，而不能倒转过来运输。
激素受体(hormone receptor ）：能与激素特异地结合，并引起特殊生理效应的蛋白质类物质。
自由生长素（free auxin）:指具有活性、易于提取出来的生长素。
束缚生长素（bound auxin)：指没有活性，需要通过酶解、水解或自溶作用从束缚物释放出来的生长素。
生长素结合蛋白（auxin—binding protein):即位于质膜上的生长素受体,可使质子泵将膜内的质子泵至膜外，引起质膜的超极化，胞壁松弛；也有的位于胞基质和核质中，促进mRNA的合成。
自由赤霉素(free gibberellin）：指易被有机溶剂提取出来的赤霉素.结合赤霉素（conjugated gibberellin）：指没有活性，需要通过酶解、水解从束缚物释放出来的赤霉素。
乙烯“三重反应"（triple response of ethylene)：指乙烯使黄化豌豆幼苗变矮、变粗和横向生长。
植物生长促进剂(plant growth promotor）：促进分生组织细胞分裂和伸长，促进营养器官的生长和生殖器官发育的物质。
生长抑制剂(growth inhibitor）：抑制植物顶端分生组织生长、破坏顶端优势的生长调节剂,如整形素、马来酰肼、抗生长素.生长延缓剂（growth retardant）:抑制植物亚顶端分生组织生长、抑制节间伸长的生长调节剂，如矮壮素、烯效唑等。
细胞工程学相关考试题及答案
细胞工程学名词解释及问答题一、名词解释1、细胞工程（cytotechnology或cell engineering）：它是以生物细胞、组织或器官为研究对象，运用工程学原理，按照预定目标，改变生物性状，生产生物产品，为人类生产或生活服务的科学。
或应用细胞生物学和分子生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。
通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。
2、看护培养（nursing culture）：用一块活跃生长的愈伤组织来促进培养细胞持续分裂增殖的方法。
3、细胞杂交（cell hybridization）：指用人工方法把不同类型的两个或两个以上细胞合并成一个细胞的技术。
4、外植体〔explant〕：从植物体上分离下来的用于离体培养的植物组织、器官等材料。
5、人工种子：是指植物离体培养中产生的胚状体或不定芽包裹在含有养分和保护功能的人工胚乳和人工种皮中所形成的能发芽出苗的颗粒体。
6、花药培养（anther culture）：将成熟或未成熟的花药从母体植株上取下，放在无菌的条件下，使其进一步生长、发育成单倍体细胞或植株的技术。
（指离体培养花粉和花药，使小孢子改变原有的配子体发育途径，转向孢子体发育途径，形成花粉胚或花粉愈伤组织，最后形成花粉植株，并从中鉴定出单倍体植株，使之二倍化的细胞工程技术。
7、条件培养基(conditioned medium)：培养过程中，有些细胞可能会分泌活性物质到培养液中，这种培养过某种细胞以后，含有细胞分泌物的培养液称为条件培养基。
8、植物脱毒：由人工用物理、化学和生物方法将植物体组织器官病原体消除，以使这些组织器官生成完整植株。
9、原代细胞系：指从机体中取出而直接培养的细胞，从一代到十代的细胞培养是原代培养，形成的整个系统叫原代细胞系。
10、体细胞杂交：指在人工控制条件下，不经过有性过程，两种体细胞原生质体相互融合产生杂种的方法。
第八章微生物的生长及其控制
获得同步生长的方法：
同步培养法
诱导法
筛选法
化学诱导 物理诱导
过滤法 区带密度梯度离心法 膜洗脱法
二、微生物的生长曲线 生长曲线(Growth Curve)：
二、氧气对微生物生长的影响
根据微生物与氧的关系,可把它们分 为几种类群: 专性好氧菌: 兼性厌氧菌: 微好氧菌： 耐氧厌氧菌： 厌氧菌 (专性)厌氧菌：
好氧菌
一）好氧菌
1、专性好氧菌（obligate or strict aerobes）
必须在较高氧分压的条件下才能生长，有完
整的呼吸链，以分子氧作为最终氢受体，细胞含
②发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体 密度
③食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期 ④是生理代谢及遗传研究或进行染色、形态观察 等的良好材料。
③稳定期（stationary phase）
又称：恒定期或最高生长期 特点： ①培生长速率常数R＝0，正、负增 长相等；
②菌体产量达到了最高点；
③细胞内开始积聚糖原、异染粒和 脂肪等内含物；
一）、直接法 比例计数法、 薄膜过滤染色镜检法 血球计数板法、 薄膜过滤荧光镜
检法
二）、间接法（活菌计数法）
平板菌落计数法、平板涂布法、
薄膜过滤平皿计数法
1 总细胞计数法 1） 血球计数板法
薄膜过滤吖叮橙染色荧光镜检法
2 活细胞计数法
1）平皿菌落计数法(稀释倒平板法)
2）平皿菌落计数法(平板涂布法)
第八章
微生物的生长繁殖 及其控制
• 目的和要求： • 本章主要使大家掌握微生物生长繁殖的规律， 微生物生长的测定方法，及各种物理、化学因 素对微生物生长的影响，有害微生物的控制方 法
3.植物细胞培养（植物组织培养）
3.植物细胞培养（植物组织培养）第三章植物细胞培养植物细胞培养：指对从植物器官或由愈伤组织上分离的单细胞（或⼩细胞团）进⾏培养，形成单细胞⽆性系或再⽣植株的技术。
Haberlandt（1902）⾸次尝试分离和培养植物叶⽚单细胞。
细胞培养的意义有利于进⾏细胞⽣理代谢以及各种不同物质对细胞代谢影响的研究。
进⾏细胞培养，通过单细胞的克隆化，即称为“细胞株”（cell line），可以把微⽣物遗传技术⽤于⾼等植物以进⾏农作物的改良。
细胞培养的增殖速度快，适合⼤规模悬浮培养，⽣产⼀些特有的产物，如许多种植物的次⽣代谢产物，包括各种药材的有效成分等，⽤于医药业、酶⼯业及天然⾊素⼯业，这是植物产品⼯业化⽣产的新途径。
由于植物组织培养中细胞之间在遗传和⽣理⽣化上会出现种种变异，这些细胞形成的植株也都表现出⼀定的差异。
这种差异反映在它们的植株的形态、产量、品质、抗病⾍和抗逆性等⽅⾯。
所以由单细胞培养获得的单细胞⽆性繁殖系，并对不同的细胞进⾏研究，在理论上和实践上都有很重要的意义。
细胞培养就是从⾼等植物的某个特定的器官或组织中取得单个细胞进⾏培养，并诱导其分裂增殖，由细胞分裂形成细胞团，再通过细胞分化形成芽根等器官或胚状体，长成完整植株。
第⼀节植物细胞培养⼀. 单细胞培养(⼀)单细胞分离1.机械法2.酶解法3.从愈伤组织中分离(⼆)单细胞的培养⽅法1、平板培养（细胞的⽣长周期）2、看护培养3、微室培养 4. 条件化培养⼆. 细胞悬浮培养（⼀）悬浮培养的⽅法1、分批培养（细胞的⽣长周期）2、半连续培养3、连续培养——封闭型、开放型（化学、浊度恒定式）4、固定化培养（⼆）培养细胞的同步化1. 化学⽅法(饥饿法、抑制法、有丝分裂抑制法）2. 物理⽅法（分选、低温）（三）培养基振荡⼀、单细胞培养（⼀）单细胞的分离1.机械法: Ball(1965)⾸次由花⽣成熟叶⽚利⽤机械的⽅法使叶⾁细胞得到分离的技术。
⑴⼑⽚刮: 取下叶⽚→叶⽚消毒(75%酒精或7%次氯酸钠)→撕去下表⽪(露出叶⾁细胞) →⽤解剖⼑刮下细胞→单细胞悬浮培养⑵研磨离⼼法: 取下叶⽚→叶⽚消毒(75%酒精或7%次氯酸钠) →研磨匀浆(10g叶⽚+40ml研磨介质)→匀浆过滤(细纱布) →离⼼(先低速去碎屑) →游离细胞沉降到底部(净化细胞) →植株培养或悬浮培养研磨介质: 20µmol蔗糖+ 10µmol MgCl2 + 20µmol Tris-HCl (pH7.8)机械法的特点：⑴细胞不受酶的伤害；⑵不发⽣质壁分离。
A47-植物生理学-7版第8章植物生长物质
(四)促进雄花分化
对于雌雄异花同株的植物，用GA处理后， 雄花的比例增加；对于雌雄异株植物的雌 株，如用GA处理，也会开出雄花。GA在这 方面的效应与生长素和乙烯相反。
（五）其它生理效应
GA还可加强IAA对养分 的动员效应，促进某些植 物坐果和单性结实、延缓 叶片衰老等。
此外，GA也可促进细 胞的分裂和分化，主要是 缩短了G1期和S期。
从图中可以看出，14C 标 记 的 葡 萄 糖 向 着 IAA 浓 度高的地方移动。
IAA对草莓“果实”的影响 A.草莓的“果实”实际是一个膨大的花柱，其膨大是由其内 的
“种子”生成的生长素调节的。 B.当将瘦果去除时，花柱就不能正常发育。 C.用IAA喷施没有瘦果的花柱时，其又能膨大。
(四)生长素的其它效应
生长素还与植物向光性和向重力性有关，引 起单性结实、促进菠萝(凤梨)开花、引起顶端优 势、诱导雌花分化和促进形成层细胞向木质部细 胞分化。此外，生长素还与器官的脱落有一定的 关系。
引起顶端优势
图 生长素抑制了菜豆植物株中腋芽的生长 A.完整植株中的腋芽由于顶端优势的影响而被抑制； B.去除顶芽后腋芽生长； C.对顶芽切面用含IAA的羊毛脂凝胶处理，从而抑制了腋芽的生长。
2.运输抑制剂响应1蛋白 （transport inhibitor response 1，TIR1） 这类蛋白位于细胞中， 是负责蛋白质降解的SCF （SKP1/cullin/F-box）蛋 白复合体的组分之一。
转录因子：Aux/IAA蛋白 响应因子：ARF
（二）生长素的作用机理 生长素最明显的生理效应之一就是促进细胞
蛋白降解复合体 阻遏蛋白
第三节 细胞分裂素类
一、细胞分裂素的发现和化学结构
氨
第八章第九章植物原生质体培养与体细胞杂交ppt课件
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
第二节 植物原生质体培养的发展与意义
原生质体的培养技术，近年来也有很大改进，特别 值得指出的是单个原生质体培养再生植株的成功 （Spangenberg等，1986）。
利用这一技术，可以在单细胞水平上研究不同类型原 生质体的生理特性，相互之间的作用以及单个原生质体 的遗传操作。对不同亲本单个原生质体进行融合的研究 也是有利的（Schweigo等，1987）。
饲养层培养法可大大提高水稻（Kyozu等，1987）、 玉米（Rhodes等，1988）等作物原生质体的植板率。 已有不少报道说明，琼脂糖能促进原生质体的分裂 （Shillto等，1983），并有利于对原生质体生长过程 的观察。
第一节
植物原生质体的定义及特点
（5）能摄取外来物质，可作遗传转化工具。
外来物质如核酸、蛋白质等高分子物质乃至病毒、 叶绿体、细胞核和细菌等，是进行遗传转化研究的 理想工具。
（6）变异为单细胞，变异性状易纯。
原生质体在培养中会发生变异，由于其是纯粹单 细胞，因此变异原生质体再生植株的变异性状会更 纯。
第三节 植物原生质体培养方法
2、酶法分离原生质体： 即用细胞壁降解酶，脱除植物细胞壁，获得原生
质体的方法（Cocking,1960）。目前多用此法。 常用的细胞壁降解酶种类有：纤维素酶、半纤维
素酶、果胶酶、R-10（日本纤维素酶）、蜗牛酶 胼胝质酶、EA3-867酶等。 国内常用EA3-867酶是一种复合酶，其成分含 纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶（上海植物生化研 究所产）。
特别是一直认为难以培养的禾谷类作物，例如，水 稻（Fujimura等，1985）、玉米（蔡起贵等，1987； Rhodes等，1988）、小麦（Harris等，1988；王海 波等，1989）、谷子（夏镇澳等，1989），以及高粱 的原生质体培养都已相继成功。
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第八章植物的细胞培养及次生物质生产
植物细胞培养（plant cell culture）：是
指在离体条件下对植物单个细胞或小的细胞团进行培养使其增殖的技术。
分类：
根据培养规模:小规模培养和大批量培养；根据培养方式:悬浮培养、单细胞培养等；
根据要求获得产物:用于诱变的细胞培养和生产次生代谢产物的细胞培养。
内容：
⏹§1.单细胞分离
⏹§2.悬浮培养
⏹§3.单细胞培养技术
⏹§4.植物细胞大规模培养与次生产物生产
§1.单细胞分离
由完整的植物器官分离单细胞。
由培养组织中分离单细胞。
1、由完整的植物器官分离单细胞叶片是分离单细胞的最好材料
机械法
酶解法
1-1、机械法
第一种方法：用刀片刮叶片
撕去下表皮
露出叶肉细胞
用解剖刀刮下细胞
第二种方法：叶片研碎、离心
加研磨介质
研碎成粉
过滤、离心
原因：只有薄壁组织排列松散，细胞间结触点很少，用机械法分离叶肉细胞才能取得成功。
1-2、酶解法
Takebe等（1968）最早报道：用果胶酶处理可以分离大量的叶肉细胞。
加果胶酶
过滤、离心
2、由培养组织分离单细胞
茎段
步骤：
(1)诱导产生愈伤组织；
(2)愈伤组织反复继代，
使组织不断增殖，提高愈
伤组织的松散性；
120rpm culture transfer
15ml medium/1g
继代悬浮
摇床用于振荡(3)（Suspension1time/3d culture)将愈伤组织
在液体培养基中培100-130目网过滤
3weeks 养，建立悬浮培养
物Centrifuge(离心）isolation
注意：
1、选择适宜的外植体：幼胚、胚轴、子叶是最常使用的外植体。
2、选择适宜的培养基：较高浓度激素浓度，特别是生长素，必要的附加物质，例如水解酪蛋白、Pro、Gln。
3、继代多次，以获得均匀一致疏松的愈伤组织。
§2.细胞悬浮培养(cell suspension culture)一、细胞悬浮培养的概念和意义
悬浮培养是将单个游离细胞或小细胞团悬浮在液体培养基中进行培养增殖的技术。
Bioreactor for continuous
cell suspensions
Shaker for suspension culture Culture wheel
意义：
1、细胞可以不断增殖，形成高密度的细胞群体，适于大规模培养；
2、能够提供大量较为均匀的细胞，为研究细胞的生长、分化创造方法和条件。
Cell suspension
二、细胞悬浮培养的应用
Plants
Artificial seeds
Isolation protoplasts
Mutation select
Secondary products
影响悬浮细胞生长的因素：
⏹起始愈伤组织的质量：松散性好、增殖快、再生能
力强。
其外观一般是色泽呈鲜艳的乳白或淡黄色，呈细小颗粒状，疏松易碎。
⏹接种细胞密度：接种初期的细胞密度过低往往使延
迟期加长，悬浮细胞的起始密度一般在0.5～
2.5×105个细胞/毫升，低于这一密度则会使细胞生
长延迟。
⏹培养条件：方式、温度、继代周期
§3.植物细胞大规模培养与次生代谢产物生产
一.概述
二.培养系统
三.植物细胞规模培养技术要点
四.提高细胞次生代谢产物的途径
Introduction
⏹⏹Primary metabolites are compounds needed in the basic processes that keep the plant alive,such as carbohydrates,proteins and lipids.
Secondary metabolites are compounds produced in plants that are not necessary for the plants basic functions.Some secondary metabolites are produced as chemical defense against microbes and animals.
1.Type:
Secondary metabolites are used in the
pharmaceutical（制药）industry,as
flavourants（香料）and dyes,and in
perfumery（香水）.Secondary
metabolites include terpenes（萜类）,
cardiac glycosides（皂苷）,steroidal（类
固醇）compounds,alkaloids（生物碱）
and many more.
⏹2．植物次生代谢产物在医药、食品、轻化工业等领域具有重要意义。
⏹李时珍（1593）在《本草纲目》中所开列的1892种药物
绝大多数是植物药物，目前仍有约25％的法定药品来自植物。
其药物的有效成分均为次生产物。
许多植物次生代谢产物是优良的食品添加剂和名贵
化妆品原料。
有些是生物毒素的主要来源，可以用
于杀虫、杀菌，而对环境和人畜无害，是理想的环
保产品。
例如：
从胡萝卜、万寿菊提取色素
从黄菊提取芳香油
栀子提取果酸：果酸含有大量的维生素，如维生素C、柠檬酸等。
主要用作食品的调味剂，化妆行业用于
制作护肤品和洗发香波等，美容院用作换肤液。
3．规模化细胞培养是生产植物次生产物的理想途径
优点：
保护生态环境
提高生产效率
发展新型生物技术产业
来自于植物体和细胞培养的紫草宁含量比较
紫草宁含量（％干重）
4、植物细胞培养的特性
（1）植物细胞较微生物细胞大得多，有纤维素细胞壁．细胞耐拉不耐扭，抵抗剪切力差；
（2）培养过程生长速度缓慢，易受微生物污染，需用抗生素；
（3）细胞生长的中期及对数期．易凝聚为直径达350JJm一400Pm的团块，悬浮培养较难；
（4）培养时需供氧，培养液粘度大；
(6)因为有细胞壁,培养细胞产物滞留于细胞内，产量较低；
(7)细胞培养过程具有结构与功能全能性,因而易分化,从而导致目的产物低于原植物体内的浓度；
(8)悬浮培养中要求有一定的细胞浓度，否则不生长（25000~50000个/ML）。