第二章植物组织培养原理
植物组织培养的原理
植物组织培养的原理
植物组织培养是一种利用植物细胞、组织和器官在无菌条件下进行培养和繁殖
的生物技术。
通过植物组织培养，可以实现植物无性繁殖、基因转化、植物再生等目的。
其原理主要包括植物细胞的分化、植物激素的作用、培养基的配制和培养条件的控制等方面。
首先，植物组织培养的原理与植物细胞的分化密切相关。
在培养基中，植物细
胞会受到外界激素的刺激，从而发生分化，形成不同的组织和器官。
这一过程是植物组织培养成功的基础，也是实现植物再生和基因转化的关键。
其次，植物激素在植物组织培养中起着重要的调控作用。
不同类型的植物激素
可以诱导植物细胞的分化和增殖，促进愈伤组织的形成和植物再生。
通过合理调控激素的类型和浓度，可以实现对植物组织培养过程的精准控制，达到预期的培养效果。
另外，培养基的配制也是植物组织培养成功的关键。
培养基中含有植物所需的
营养物质、无机盐和植物激素，能够提供细胞分裂和分化所需的营养条件。
合理的培养基配制可以为植物组织培养提供良好的生长环境，促进植物细胞的增殖和分化。
最后，培养条件的控制对植物组织培养的成功至关重要。
包括温度、光照、湿度、通气等因素的控制都会影响植物组织培养的效果。
合理的培养条件能够为植物细胞提供良好的生长环境，促进植物组织培养的成功。
总之，植物组织培养的原理涉及植物细胞的分化、植物激素的作用、培养基的
配制和培养条件的控制等方面。
通过对这些原理的深入理解和合理应用，可以实现对植物组织培养过程的精准控制，取得预期的培养效果。
希望本文的内容能够对植物组织培养的理论和实践工作有所帮助。
植物组织培养应用的原理
植物组织培养应用的原理什么是植物组织培养植物组织培养是指在无菌条件下，通过培养植物组织和细胞，使其在合适的培养基上快速繁殖和生长，从而实现植物繁殖、育种和遗传改良等目的的一种生物技术。
植物组织培养的原理植物组织培养基于植物的细胞分化和再生能力，通过以下原理来实现：1.细胞分化和再生：植物组织培养利用植物细胞的分化和再生能力。
在培养基中，通过提供合适的激素和营养物质，可以促使植物组织分化出不同的细胞类型，如根、茎、叶等。
同时，在培养基上，通过调节激素的浓度和比例，可以控制细胞再生的过程。
2.愈伤组织的利用：植物组织培养常常利用愈伤组织来进行培养。
愈伤组织是一种具有再生能力的组织，通常是由受伤或刺激后产生的。
在组织培养中，将愈伤组织分离培养在合适的培养基上，可以快速生长和再生。
3.细胞的无菌培养：植物组织培养需要在无菌条件下进行，以防止外部微生物的污染。
在培养过程中，需要使用无菌器具和培养基，并对操作环境进行严格的无菌控制。
植物组织培养的应用1. 植物繁殖植物组织培养可以实现植物的无性繁殖，即通过组织培养快速繁殖大量植株。
这对于育种和遗传改良非常重要，能够提高繁殖效率和培育优良品种的速度。
此外，植物组织培养还可以用于繁殖濒危植物或困难繁殖植物，以保护物种的多样性和遗传资源。
2. 分子生物学研究植物组织培养在分子生物学研究中发挥着重要的作用。
通过组织培养，可以提供大量的植物材料进行基因表达、基因工程和蛋白质研究。
此外，植物组织培养还可以用于生物合成和次生代谢产物的生产，如药物、激素和香料等。
3. 植物病毒检测与病毒释放植物组织培养可用于检测植物病毒感染，并进行病原体的移除和病毒的释放。
通过组织培养，可以从受感染的植物组织中分离出病毒，并进行鉴定和研究。
同时，利用组织培养中的无菌条件和组织再生能力，可以移除病毒，并将无病毒的组织重新培养出健康的植物。
4. 植物细胞工程植物组织培养可以用于植物细胞工程的研究和应用。
植物组织培养所依据的原理
植物组织培养所依据的原理
植物组织培养的基本原理是通过人工控制营养培养基的成分和生长条件，使植物组织得以在无菌条件下生长和繁殖。
具体可分为以下几个方面：
1. 组织分化和再生能力：植物细胞具有一定的再生能力，可以在适当的培养基中通过分化再生成为新的组织或器官。
2. 营养培养基的配方：对于不同类型的植物组织，需要设计不同的营养培养基，使其能够提供必须的营养物质和生长因子，满足组织生长和分化的需要。
3. 温度、光照和湿度的控制：适宜的生长环境对于植物组织的培养非常重要。
温度、光照和湿度等因素需要仔细控制，以优化组织生长和分化过程。
4. 无菌技术：植物组织培养需要在无菌条件下进行，以避免细菌和其他微生物的污染对组织生长的影响。
因此，需要使用适当的无菌技术和设备来保证培养环境的纯净度。
基于以上原理，植物组织培养可以用于植物繁殖、遗传改良、组织工程等方面的研究和应用。
植物组织培养ppt课件
1948年：Skoog和崔真培养烟草茎段时，发现腺嘌呤或腺苷可解 除生长素对芽生长的抑制作用。
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1952-1953年：美国科学家Steward F.C. 用胡萝卜根的细胞悬浮 培养，发现单个细胞能象受精卵发育成胚一样的途径，发育成完 整植抹，证实了植物细胞全能性学说。
1952年：Morel和Martin首次报道茎尖分生组织的离体培养，获 得无病毒大丽花植株。
1954年：Muir将烟草愈伤组织置于固体培养基上，在其上放一 片滤纸，再在滤纸片上放上一 个烟草体细胞，单细胞培养成功。
1956年：Miller分离出Kinetin，Kinetin/激动素
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组织培养的奠基人
植物组织培养是由于人为控制培养条件，
根据不同植物不同部位的不同要求而提供不同
的培养条件，因此生长较快。另外，植株也比
较小，往往20-30天为一个周期。所以，虽然植 物组织培养需要一定设备及能源消耗，但由于 植物材料能按几何级数繁殖生产，故总体来说
成本低廉，且能及时提供规格一致的优质种苗
或脱病毒种苗。
细胞全能性的高低：
受精卵>生殖细胞>体细胞
植物细胞>动物细胞
分化程度低的细胞>分化程度高的细胞
细胞分化的实质：基因的选择性表达。
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②全能性的表达
少数体细胞在发育过程中可能丢失一部分遗传物质, 因而失去全能性。如筛管细胞,它在发育过程中失去细胞 核,因而没有全能性。
目前还无法使所有的离体植物细胞都实现其全能性。
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3、 迅速发展阶段（1960-1980）
第二章植物组织培养基本原理
第二节 植物的脱分化
一、愈伤组织的形成
1、形成条件： ① 外植体的细胞类型不同，形成的愈伤组织也常常异质。 ② 离体培养条件对于愈伤组织的诱导至关重要。两个因素起主要作
用：激素种类、浓度。此外，光照、基本培养基的选择、外植体 的不同生育期等条件也很重要。
诱导愈伤组织产生的主要激素有：生长素和细胞分裂素类。 生长素类主要有：2,4-D（2，4-二氯苯氧乙酸）, NAA（α-萘乙酸），IBA（吲
第二章 植物组织培养的基本原理
第二章植物组织培养基本原理
第一节 细胞全能性与细胞分化 一、细胞全能性理论的提出与发展：
植物细胞全能性理论是植物组织培养的核心理论。
1839年, Schwann提出有机体的每一个生活细胞在适宜的外部 环境条件下都有独立发育的潜能。
1901年, Morgan首次提出一个细胞应具有发育出一个完整植 株的能力。
第二章植物组织培养基本原理
分裂期
第二章植物组织培养基本原理
(3)分化期. 细胞体积大小稳定、细胞由平周分裂转为垂周分裂。 在分化末期，细胞的形态和结构上出现形态、功能不同的 区域。
第二章植物组织培养基本原理
5、 愈伤组织的生长过程的特点：
1）体积、重量： 2）生理生化特性：
诱导期、分裂期的细胞中RNA含量增加迅速、分化期含量 减少。 培养条件的改变影响了某些物质的合成。 继代培养时间的加长，愈伤组织可能出现“驯化现象”。 即在没有生长素的培养基上也能生长一段时间。
第二章植物组织培养基本原理
二、细胞分化：
分化： 植物体各个部分出现异质性的现象。 细胞分化
是导致细胞形成不同结构、引起功能改变或潜在的发育方 式改变的过程。 细胞分化 是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。 一个活细胞从植物体内分离出来，脱离开原有的环境，其被抑 制的功能将得以恢复，重新表现出全能性。
植物组织培养的概念原理
植物组织培养的概念原理
植物组织培养是通过将植物的组织或细胞分离培养在含有必要营养物质的培养基中，创造适宜的生长条件，促进细胞分裂和组织发生，从而实现对植物的繁殖、生长和遗传改良等方面的研究和应用。
植物组织培养的原理主要包括以下几个方面：
1. 营养培养基：培养基中含有适量的无机盐、有机物质、维生素和植物生长调节剂等，可以提供植物生长所需的各种养分。
2. 组织分离：通过适当的分离和处理方法，将植物的组织或细胞分离出来，去除杂质和干扰因素。
3. 培养条件调控：通过控制培养基的pH值、温度、光照、湿度等条件来创造适宜的生长环境，促进植物细胞的分裂和组织发生。
4. 生长调节剂：通过添加适量的植物生长调节剂，如激素和生长抑制剂，来调控植物细胞的分裂和发育过程，促进植物组织的增殖和再生。
5. 技术手段：植物组织培养可以通过离体培养、微繁殖、愈伤组织诱导、细胞融合等技术手段实现不同的目的，如繁殖植物、筛选优良品种、实现基因转化等。
综上所述，植物组织培养是一种通过创造适宜的生长条件，利用培养基提供的营养物质和生长调节剂，使植物细胞分裂和组织发生的技术手段，可以应用于植物繁殖、生长和遗传改良等方面的研究和应用。
植物组织培养综合实验2
通过满天星等的茎尖培养获 得完整的幼苗，学会茎尖组培快 繁的基本原理和操作技术。
实验原理
植物组织培养的原理: 植物细胞的全能性.
茎尖离体快繁技术
植物的茎尖和腋芽在适宜的培养基上，在合 适的激素条件下，其生长点分化形成大量芽并 能形成良好的苗。苗经诱导可长出根而形成完 整的植株，这就是茎尖组培快繁。此技术已广 泛用来繁育那些不能形成种子进行繁殖或难以 繁育的花卉杂交品种或其它具有重要经济价值 的植物，由于病毒一般不侵入生长点细胞，因 此，这种方法也广泛用来脱病毒获取脱毒苗。
室实 验
选材：材料类型、大小，年龄与发育状况等 修剪：去除较老和脏的叶片，尽量减小体积，减少污染 清洗：自来水冲洗，2％洗涤剂浸泡20分钟，清水冲洗
无 菌 间 室培 养
灭菌：75％乙醇30-60s；0.1%升汞8-10分钟; 无菌水
冲洗3-5次。
无菌修剪：用无菌镊子和剪刀进一步去除多余的叶片，
依据需要切割成相应大小的茎段（带2-3个叶片）。
接种：无菌操作将处理好的材料接种于培养基上，2-3个
材料/瓶
培养：25 ℃，光照培养
观察记录：污染，生长状况，分枝
实验结果与分析
培养过程请进行下列观察和记录:
1、污染情况：内生菌污染？外源菌污染？ 2、茎尖诱导情况，分枝状况，诱导率。 3、幼苗生长状况：弱小？健壮？玻璃化？
褐化？
理论基础
利用离体培养技术，将来自优良植株的茎尖、 腋芽、叶片、鳞片等器官、组织和细胞进行离 体培养。在短期内获得大量遗传性一致的个体 的方法（技术）称离体无性繁殖，由于这种方 式得到的植株群体来自一个单株（或一个单 芽），它们的遗传组成相同，这些株群可称单 株无性系或单芽无性系。 优越性：
植物的组织培养原理
植物的组织培养原理植物组织培养是一种体外培养植物组织、器官和细胞的技术方法，它可以实现对植物的快速繁殖、遗传改良和次生代谢产物的大规模生产。
植物组织培养的基本原理是利用植物胚胎、幼体、组织或细胞在体外地条件下生存和生长的能力，通过提供适当的培养基和生长条件，促进其不定分裂和分化，从而实现组织或细胞的增殖和发育。
植物组织培养的关键环节包括组织获取、表面消毒、培养基配制、组织定植、培养和生长、再生和壮苗培养等。
首先，需要从植物体中获取所需的组织、器官或细胞。
通常情况下，可以采用幼体、胚胎、种子、茎、叶片等组织作为起始材料。
不同植物材料的获取方法有所不同，常用的方法包括子叶分离法、胚轴分离法、茎尖分离法和愈伤组织分离法等。
接下来，需要进行对组织的表面消毒处理，以杀灭外源性的细菌、真菌和病毒等微生物，以防止其对培养过程的干扰。
一般常用的消毒剂包括酒精、漂白粉和过氧化氢等。
然后，需要配制适宜的培养基。
培养基是模拟植物生长所需的养分、激素和适宜环境的一种营养物质。
它通常包括基础培养基、有机添加剂和生长调节剂等。
基础培养基通常由含有氮、磷和钾等的无机盐和碳源组成，有机添加剂如维生素和氨基酸可以提供植物生长所需的微量元素和有机物质，生长调节剂如植物激素则可以促进分裂、分化和再生等过程。
接下来，将经过消毒处理的组织、器官或细胞定植到已经配制好的培养基上，并提供适宜的光照和温度等生长条件。
通过适当的培养基和生长条件的调控，可以促进组织的增殖和生长。
然后，经过一段时间的培养，组织开始分化和再生。
在组织分化阶段，细胞会发生分化和特化，形成不同类型的组织和器官。
在再生阶段，组织和器官通过形成新的分生组织和器官来实现自我修复和再生。
最后，经过一系列的培养和生长操作，可以得到健康的幼苗。
幼苗的壮苗培养则包括幼苗的营养供应、疾病防治和适宜环境的提供等，以保障幼苗的生长和发育。
总的来说，植物组织培养通过提供适宜的培养基和生长条件，促进植物组织和细胞的增殖、分化和再生，实现对植物的快速繁殖和遗传改良。
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从 一 个 细 胞 发 育 成 一 个 植 株
植物细胞全能性的证明是通过1958年 Steward等胡萝卜根段细胞体胚发生试 验及1964年Guha等进行的曼陀罗花药 培养。
细胞全能性的相对性:
细胞全能性并不意味着任何细胞均可以 直接产生植物;
动植细胞全能性的表现程度存在明显的 差异.
第一类是始终保持分裂能力,如茎尖、根尖及形 成层细胞；
（3）分化与极性（Polarity）关系密切。
（4） 细胞分裂对细胞分化具有重要作用。特定环境 条件下进行的细胞分裂可以导致特定的细胞分化， 由不等分裂形成的分化细胞说明了细胞质在细胞分 化中的作用。
（5）植物生长调节剂有明显调节作用。如生长素与 分裂素比值，高，促进生根；低，促进长芽。
（6）染色体和DNA的变化对细胞分化影响比较大。 如核内多倍体的形成。
细胞分化：指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜 在的发育方式改变的过程。是基因选择性活化或阻遏的结 果。
细胞分化是组织分化和器官分化的基础，是离体培养再分 化和植株再生得以实现的基础。
（1） 细胞分化分为形态结构分化和生理生化分化两类， 生理生化分化在形态结构分化之前。
（2）植物中细胞发育的途径一旦被“决定” （determination），通常不易改变。而离体培养可以 通过脱分化而丧失这种“决定”。
（7）生理隔离现象
植物的离体器官发生是指培养条件下的组织或
细胞团（愈伤组织）分化形成根、芽、茎等器官的 过程。不定根、不定芽是指在一些非正常发生部位 形成的根或芽，离体培养中通常是指从愈伤组织上 发生的根或芽。
一、脱分化
1、脱分化（Dedifferentiation）：也称去分化， 指离体条件下生长的细胞、组织或器官经过细胞分 裂或不分裂逐渐失去原来的结构和功能而恢复分生 状态，形成无组织结构的细胞团或愈伤组织或不分 化细胞的过程。
植物组织培养的核心理论： 植物细胞全能性理论
（Haberlandt, 1902）。
细胞全能性概述
细胞脱分化
细胞再分化
一、植物细胞的全能性（Totipotency）
定义：1902年由Haberlandt提出，即植物体细胞在 适当的条件下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整植 株的能力。 20世纪80年代，每一个植物细胞具有该植物的全部 遗传信息，在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传 信息，分化出植物有机体所有不同类型细胞，形成不 同类型的器官甚至胚状体，直至形成完整再生植株。
具有再生能力 的愈伤组织或 悬浮培养细胞
变异 植物干细胞
拟南芥顶端分生 组织中的干细胞
拟南芥根尖分生 组织中的干细胞
植物干细胞
自我 更新
再生 能力
遗传 稳定
干细胞能够很好的展现植物细胞的全能性，因此植 物干细胞的选择和诱导是植物离体培养再生技术体系的 关键环节。
二、植物细胞分化
1、定义：
分化（differentiation）：是指植物体各个部分出现异 质性的现象，体现在细胞分化、组织分化、器官分化三个 水平上。
如叶柄基部的薄壁细胞成为离层细胞；伤害导致局 部细胞形成愈伤组织。
2、脱分化的机理
脱分化诱导期间会导致细胞膜透性改变， 细胞核增大，内质网范围扩大，多核糖体形成， 过氧化物酶增加，蛋白质和酚类物质合成活跃 等。但目前对于脱分化的机理尚未完全阐明。
3、影响脱分化的主要因素
（1）损伤。切割损伤的刺激，促使细胞增殖。 （2）在诱导愈伤组织时常加入生长素类，但同时配合细
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>辅导组织> 厚壁组织
植物细胞全能性理论是植物组织培养的核 心理论。离体细胞具有生命的特征属性，在全 能性的基础上，提供合适的营养和环境条件， 离体细胞经历脱分化（dedifferentiation）和再 分化（redifferentiation）过程，可形成再生植 物。
细胞水平的再分化：愈伤组织生长、不 断分裂，分化出不同的细胞类群。主要 有薄壁细胞、分生细胞、色素细胞、石 细胞、纤维细胞等。
组织水平的再分化：在高水平生长素条件 下，最常见的是微管束（Vascular tissue） 的分化。松散的愈伤组织内含大量拟分生 组织或瘤状结构；致密的愈伤组织内组织 分化很少，大多由高度液泡化的细胞组成。
第二章 植物组织培养 的基本原理
细胞全能性和细胞分化 离体条件下器官发生 体细胞胚胎发生
影响植物离体形态发生的因素
基本概念：植物细胞全能性、细胞分化、 脱分化、再分化
植物离体培养中再生植株有哪些途径？ 愈伤组织是如何形成与生长的？ 植物体细胞胚胎发生有哪些途径？ 影响植物离体形态发生的因素有哪些？
第二类是永久失去分裂能力的终端分化细胞， 如筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞；
第三类是在通常情况下不分裂，但在受到外界 刺激后可重新启动分裂的细胞。如表皮细胞及 各种薄壁细胞。
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：
细胞全能性
脱分化
细的表达是通过细胞脱分化和再分化实现的， 在大多数情况下，脱分化是细胞全能性表达的前提， 再分化是细胞全能性表达的最终体现。
植物干细胞：存在于植物顶端分生组织（茎尖和根尖 分生组织）的原始细胞团，也存在于形成层等各种次生分 生组织中；植物离体胚性细胞定义为植物全能性干细胞。
胞分裂素的效果可能更好。 （3）弱光或黑暗条件有利于脱分化中的细胞分裂。 （4）细胞位置。外植体本身的各类细胞可能对培养条件
的刺激有不同的敏感性。 （5）外植体的生理状态。不同生理年龄和不同季节都会
有不同的培养反应。 （6）植物种类的差异。 一般双子叶植物比单子叶植物
及裸子植物容易。
二、再分化
细胞水平的再分化 组织水平的再分化 器官水平的再分化（器官发生） 植株水平的分化（植株再生）
器官水平的再分化：由分化出的不同组织形成 各种器官，如芽、茎、叶、根等。 根据起源不同，分为两种类型：