组培第一章讲课稿精品文稿.ppt
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1、组培第一章讲课稿第1页,本讲稿共63页 课程设置课程设置植物组织培养技术植物组织培养技术 Plant Tissue Culture Technology 本课程是一门学科基础选修课,第本课程是一门学科基础选修课,第6学期上课。学期上课。课程总学时数:课程总学时数:32,学分:,学分:2.0;。;。其中:理论教学其中:理论教学16学时,分学时,分8章讲授;章讲授;实践训练实践训练16学时,有学时,有5次综合性实践训练。次综合性实践训练。第2页,本讲稿共63页 课程简介课程简介n植物组织培养植物组织培养是以植物细胞、组织、器官为研究对象,运用工程学原理,利用是以植物细胞、组织、器官为研究对象,运用
2、工程学原理,利用人工培养基按照预定目标,对植物的器官、组织、细胞和原生质体进行培养,人工培养基按照预定目标,对植物的器官、组织、细胞和原生质体进行培养,改变生物学性状,生产生物产品,为人类生产和生活服务的一门改变生物学性状,生产生物产品,为人类生产和生活服务的一门综合性技术科综合性技术科学学,也是,也是现代生物技术的核心技术之一现代生物技术的核心技术之一。n它的主要研究内容它的主要研究内容是研究在无菌及离体条件下,细胞、组织、器官所需是研究在无菌及离体条件下,细胞、组织、器官所需 营养条件和环境条件;细胞、组织、器官的形态发育规律,植物材料的营养条件和环境条件;细胞、组织、器官的形态发育规律,
3、植物材料的 快速大量繁殖方法;原生质体融合方法与机理;再生个体的遗传变异;快速大量繁殖方法;原生质体融合方法与机理;再生个体的遗传变异;种质资源的离体保存机理与方法,通过植物细胞工程实现对植物的遗传种质资源的离体保存机理与方法,通过植物细胞工程实现对植物的遗传 改造,创造新的生物种质,为人类造福。改造,创造新的生物种质,为人类造福。第3页,本讲稿共63页 教学要求教学要求1.考勤纪律要求考勤纪律要求 学生务必上完所有课时,不准请假,否则取消考试资格。学生务必上完所有课时,不准请假,否则取消考试资格。注意仪表,不准开手机、否则驱逐出教室,计旷课。注意仪表,不准开手机、否则驱逐出教室,计旷课。2.
4、作业:理论课后留有作业,实验课后写实验报告。作业:理论课后留有作业,实验课后写实验报告。3.考核考核平时成绩占平时成绩占30%:包括课堂考勤表现;课后作业、实验报告;:包括课堂考勤表现;课后作业、实验报告;期末考试占期末考试占70%。第4页,本讲稿共63页教材及参考书教材及参考书教材名称:教材名称:植物组织培养教程植物组织培养教程李浚明编译李浚明编译 中国农业大学出版社中国农业大学出版社2005推荐参考书:推荐参考书:1.谭文澄谭文澄 观赏植物组织培养中国林业出版社观赏植物组织培养中国林业出版社19922.曹孜义、刘国民曹孜义、刘国民 实用植物组织培养技术教程(修订本)甘肃科学技术出版社实用植
5、物组织培养技术教程(修订本)甘肃科学技术出版社19993.谢从华、柳俊主编谢从华、柳俊主编 植物细胞工程植物细胞工程 高等教育出版社高等教育出版社 2005 4.植物生理学通讯植物生理学通讯植物组织培养栏目植物组织培养栏目第5页,本讲稿共63页最新网络资源最新网络资源1.中国组培网:中国组培网:http:/2.中国植物组织培养培网:中国植物组织培养培网:http:/ 第一章第一章 绪绪 论论n1.1.植物组织培养的一般概念植物组织培养的一般概念(重点重点)n2.2.植物组织培养发展简史植物组织培养发展简史(一般了解一般了解)n3.3.植物组织培养技术的应用植物组织培养技术的应用(了解了解)n4
6、.4.植物组织培养技术在农业上的应用植物组织培养技术在农业上的应用(了解了解)第7页,本讲稿共63页1.植物组织培养的一般概念植物组织培养的一般概念主要内容主要内容n植物组织培养的定义植物组织培养的定义n植物组织培养的分类植物组织培养的分类第8页,本讲稿共63页狭义概念广义概念有何区别?1936年年White提出,指分离一个或数个体细胞,提出,指分离一个或数个体细胞,分离植物体的一部分在无菌试管的适当条件分离植物体的一部分在无菌试管的适当条件下培养的技术下培养的技术指在无菌条件下,将离体的植物器官、组指在无菌条件下,将离体的植物器官、组织、细胞以及原生质体,培养在人工配制织、细胞以及原生质体,
7、培养在人工配制的培养基上,给予适当的培养条件,使其的培养基上,给予适当的培养条件,使其长成完整的植株,统称为植物组织培养长成完整的植株,统称为植物组织培养1.1 植物组织培养的定义植物组织培养的定义第9页,本讲稿共63页广义和狭义概念有何区别?广义和狭义概念有何区别?组培范围不同,即外植体范围不同。组培范围不同,即外植体范围不同。广义组培广义组培狭义组培狭义组培第10页,本讲稿共63页与组织培养有关的几个概念与组织培养有关的几个概念外植体(外植体(Explants):):由活植物体上切取下来的可以用于组织培养的组织或器官。由活植物体上切取下来的可以用于组织培养的组织或器官。愈伤组织(愈伤组织(
8、callus):):原是指植物在受伤之后于伤口表面形成的一团薄壁细胞。原是指植物在受伤之后于伤口表面形成的一团薄壁细胞。在组织培养中,指在人工培养基上由外植体上形成的一团无在组织培养中,指在人工培养基上由外植体上形成的一团无序生长状态的薄壁细胞。序生长状态的薄壁细胞。第11页,本讲稿共63页外植体外植体:由活植物体上切取下来的可以用于组织培养的材料。由活植物体上切取下来的可以用于组织培养的材料。胚轴胚轴花粉花粉胚乳胚乳胚胚种子种子果实果实花器花器叶叶芽芽茎茎根根组织组织原生质体原生质体子叶子叶子房子房苞片苞片胚珠胚珠花药花药花梗花梗分生组织分生组织成熟组织成熟组织花托花托叶柄叶柄幼苗幼苗第12
9、页,本讲稿共63页愈伤组织愈伤组织第13页,本讲稿共63页植物组织培养的具体涵义植物组织培养的具体涵义 组织培养的主要过程都是在组织培养的主要过程都是在无菌无菌的条件下进行的,外植体、的条件下进行的,外植体、培养基和培养容器等都必须经过灭菌处理,各项操作都须在无培养基和培养容器等都必须经过灭菌处理,各项操作都须在无菌环境中进行的。菌环境中进行的。组织培养在多数情况下是利用组织培养在多数情况下是利用成分完全确定的人工培养基成分完全确定的人工培养基进进行的,因此植物材料处于行的,因此植物材料处于异养异养状态。状态。组织培养的组织培养的起始材料起始材料可以是植物的器官、组织,也可以是单可以是植物的器
10、官、组织,也可以是单个的细胞以及原生质体,它们都处于个的细胞以及原生质体,它们都处于离体状态离体状态下。下。第14页,本讲稿共63页 组织培养的目的是最终组织培养的目的是最终实现细胞的全能性实现细胞的全能性,在离体培养条件下再生成,在离体培养条件下再生成为完整植株。为完整植株。组织培养物通过连续继代培养可以不断增殖,形成克隆;通过改变组织培养物通过连续继代培养可以不断增殖,形成克隆;通过改变培养基成分,特别是其中激素的种类和配比,还可调控培养物的状态培养基成分,特别是其中激素的种类和配比,还可调控培养物的状态和发育方向,达到不同的实验目的。因此,和发育方向,达到不同的实验目的。因此,植物激素或
11、植物生长调节植物激素或植物生长调节物质在组织培养中起着至关重要的作用。物质在组织培养中起着至关重要的作用。植物组织培养的具体涵义植物组织培养的具体涵义第15页,本讲稿共63页 组织培养是在组织培养是在封闭的容器封闭的容器中进行的,容器内气体和环境气中进行的,容器内气体和环境气体通过瓶塞或其他封口材料可以进行交换,但水分不易散体通过瓶塞或其他封口材料可以进行交换,但水分不易散失,容器内的相对湿度通常情况下几乎是失,容器内的相对湿度通常情况下几乎是100%,因此,因此组培苗组培苗叶片表面一般都缺乏角质层或蜡质层,而且气孔保卫细胞不叶片表面一般都缺乏角质层或蜡质层,而且气孔保卫细胞不具正常功能,气孔
12、始终都是张开的。具正常功能,气孔始终都是张开的。组织培养中的组织培养中的环境温度、光照强度和光照时间等都是人工环境温度、光照强度和光照时间等都是人工设定的设定的,找出这些物理因素的最适参数对于组织培养的成功,找出这些物理因素的最适参数对于组织培养的成功也很重要。也很重要。植物组织培养的具体涵义植物组织培养的具体涵义第16页,本讲稿共63页植物组织培养植物组织培养(tissue culture)技术技术第17页,本讲稿共63页培养基培养基固体培养固体培养液体培养液体培养静止培养静止培养旋转培养旋转培养纸桥培养纸桥培养振荡培养振荡培养1.2 植物组织培养的分类植物组织培养的分类 -根据培养基状态分
13、类根据培养基状态分类 第18页,本讲稿共63页 植植 株株 培培 养养 器器 官官 培培 养养 组组 织织 培培 养养胚胚胎胎 培培 养养 细细 胞胞 培培 养养 原原 生生 质质 体体 培培 养养根据培养材料分类根据培养材料分类第19页,本讲稿共63页各类培养方法的基本概念各类培养方法的基本概念A A 植株培养:植株培养:培养幼苗或较大的植物体。即通常的试管小植株培养培养幼苗或较大的植物体。即通常的试管小植株培养,如从植株到如从植株到植株的继代繁殖。植株的继代繁殖。B B 胚胎培养:胚胎培养:培养成熟以及未成熟的离体胚。包括胚、胚乳、胚珠和子房等培养。培养成熟以及未成熟的离体胚。包括胚、胚乳
14、、胚珠和子房等培养。C C 器官培养:器官培养:培养植物的根尖、茎尖、叶片、茎段、花器部分、果实。培养植物的根尖、茎尖、叶片、茎段、花器部分、果实。D D 细胞培养:细胞培养:培养分散的细胞或小的细胞团。培养分散的细胞或小的细胞团。E E 原生质体培养:原生质体培养:培养去除细胞壁、裸露的原生质体。培养去除细胞壁、裸露的原生质体。F F 愈伤组织培养愈伤组织培养:即经植物各种外植体培养形成的愈伤组织培养,最为常见的组织即经植物各种外植体培养形成的愈伤组织培养,最为常见的组织培养为愈伤组织培养。培养为愈伤组织培养。第20页,本讲稿共63页 植株培养植株培养扦扦 插插 苗苗 培培 养养种种 子子
15、苗苗 培培 养养第21页,本讲稿共63页组织培养组织培养分生组织培养分生组织培养薄壁组织培养薄壁组织培养输导组织培养输导组织培养第22页,本讲稿共63页 器官培养器官培养 离体根培养离体根培养 茎尖和茎段培养茎尖和茎段培养 离体叶培养离体叶培养 花器培养花器培养 果实培养果实培养 种子培养种子培养 第23页,本讲稿共63页胚胎培养胚胎培养胚乳培养胚乳培养原胚培养原胚培养胚珠培养胚珠培养种胚培养种胚培养第24页,本讲稿共63页细胞培养细胞培养看看护护培培养养平平板板培培养养微微室室培培养养悬悬浮浮培培养养第25页,本讲稿共63页细胞培养方法的基本概念细胞培养方法的基本概念单细胞培养单细胞培养:用
16、机械法或酶解法由完整的植物器官分离和培养单细胞,使:用机械法或酶解法由完整的植物器官分离和培养单细胞,使其产生完整的植株的组织培养方法。主要培养方法如下:其产生完整的植株的组织培养方法。主要培养方法如下:A A 平板培养:平板培养:最常用的单细胞培养法。最常用的单细胞培养法。B B 看护培养:看护培养:是一种把单个细胞置于一块活跃生长的愈伤组织上进行培养,是一种把单个细胞置于一块活跃生长的愈伤组织上进行培养,愈伤组织和培养的细胞之间,有一片滤纸相隔的单细胞培养方法。愈伤组织和培养的细胞之间,有一片滤纸相隔的单细胞培养方法。C C 微室培养微室培养:是一种单细胞培养方法,用条件培养基代替看护培养
17、基,将细:是一种单细胞培养方法,用条件培养基代替看护培养基,将细胞置于微室中进行培养。胞置于微室中进行培养。悬浮培养悬浮培养:一种在受到不断搅动或摇动的液体培养基里,培养单细胞及小:一种在受到不断搅动或摇动的液体培养基里,培养单细胞及小细胞团的组织培养系统。细胞团的组织培养系统。第26页,本讲稿共63页根据培养目的分类根据培养目的分类脱脱毒毒繁繁殖殖微微体体快快繁繁试试管管嫁嫁接接试试管管育育种种第27页,本讲稿共63页根据培养过程分:根据培养过程分:初代培养初代培养(Primary culture):指外植体的最初培养。):指外植体的最初培养。继代培养继代培养(Subculture):将初代
18、培养得到的培养体移植于新):将初代培养得到的培养体移植于新鲜培养基中这种反复多次移植的培养,称为继代培养。鲜培养基中这种反复多次移植的培养,称为继代培养。第28页,本讲稿共63页根据培养基的作用及培养条件分类根据培养基的作用及培养条件分类1.根据培养基的作用分为:根据培养基的作用分为:1).诱导培养;诱导培养;2).增殖培养;增殖培养;3).生根培养生根培养2.根据培养条件分为:根据培养条件分为:1)光培养;)光培养;2)暗培养)暗培养第29页,本讲稿共63页 2.植物组织培养发展简史植物组织培养发展简史 植物组织培养这门学科的研究开始于德国著名植物生理学植物组织培养这门学科的研究开始于德国著
19、名植物生理学家家G.Haberlandt,至今已有,至今已有100年的历史,学科的基础是在施年的历史,学科的基础是在施莱登莱登(M.J.Schleiden)和施旺和施旺(T.Schwann)创立的细胞学说,大致创立的细胞学说,大致经历经历3个阶段个阶段:2.1 植物组织培养的植物组织培养的探索阶段探索阶段2.2 植物组织培养的植物组织培养的奠基阶段奠基阶段2.3 植物组织培养的植物组织培养的迅速发展及逐步实用化阶段迅速发展及逐步实用化阶段第30页,本讲稿共63页2.1 植物组织培养的探索阶段植物组织培养的探索阶段 (20世纪初世纪初-20世纪世纪30年代年代)n在这一阶段中,在这一阶段中,细胞
20、学说的产生和细胞全能性学说的提出为植物组织培养技术的产生细胞学说的产生和细胞全能性学说的提出为植物组织培养技术的产生奠定了理论基础,奠定了理论基础,在这些理论的指导下所开展的有关实验,为其建立进行了有益的探在这些理论的指导下所开展的有关实验,为其建立进行了有益的探索。索。n细胞学说细胞学说:细胞是有机体,亦是生物体的基本结构单位,由它构成整个生物细胞是有机体,亦是生物体的基本结构单位,由它构成整个生物个体。同时植物细胞又是在生理和发育上具有潜在全能性的功能单位。如果个体。同时植物细胞又是在生理和发育上具有潜在全能性的功能单位。如果具有与有机体内一样的条件时,每个细胞应该可以独立生活和发展。具有
21、与有机体内一样的条件时,每个细胞应该可以独立生活和发展。(Schleiden 和和 Schwann分别与分别与1838年和年和1839年提出的)年提出的)n细胞全能性学说:细胞全能性学说:高等植物的组织和器官可以不断分割,直到单个细胞。如果每个细胞高等植物的组织和器官可以不断分割,直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力,那么,可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个都有植物个体一样的性质和能力,那么,可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个新个体。(新个体。(1902年德国著名植物生理学家年德国著名植物生理学家G.Haberlandt提出,他本人被誉为提出,他本人被誉为“植
22、物组植物组织培养之父织培养之父”。)。)第31页,本讲稿共63页探索阶段探索阶段-Haberlandt观点:观点:高等植物的组织和器官可以分割成单个细胞高等植物的组织和器官可以分割成单个细胞贡献:贡献:提出细胞全能性,首次进行离体细胞培养,提出细胞全能性,首次进行离体细胞培养,发表了植物组织培养的第一篇论文植物离体细胞发表了植物组织培养的第一篇论文植物离体细胞培养实验,提出了胚囊液在组织培养中的作用和培养实验,提出了胚囊液在组织培养中的作用和看护培养法等可行性的预见。看护培养法等可行性的预见。实验:实验:小野芝麻和凤眼兰的栅栏细胞和虎眼万年青小野芝麻和凤眼兰的栅栏细胞和虎眼万年青属表皮细胞的离
23、体培养。属表皮细胞的离体培养。培养基:培养基:Knop+Knop+蔗糖蔗糖细胞细胞 无分裂无分裂培养失败的原因:培养失败的原因:取材不当:细胞高度分化取材不当:细胞高度分化 培养基中无生长激素培养基中无生长激素Haberlandt第32页,本讲稿共63页 我愿意指出:我愿意指出:在我的培养实在我的培养实验中,虽然经常观察到细胞的明验中,虽然经常观察到细胞的明显生长,但从未观察到细胞分显生长,但从未观察到细胞分裂。发现单细胞培养的条件,将裂。发现单细胞培养的条件,将是未来培养试验的难题。在未是未来培养试验的难题。在未来,人们可以成功地从营养细胞来,人们可以成功地从营养细胞培养出人工胚。培养出人工
24、胚。关于关于植物植物离体离体单单细胞培养实验细胞培养实验Haberlandt第33页,本讲稿共63页探索性的实验探索性的实验 1904年:年:德国植物胚胎学家汉宁(德国植物胚胎学家汉宁(E.Hanning)在无机盐和蔗糖溶液中培在无机盐和蔗糖溶液中培养萝卜和辣根菜的养萝卜和辣根菜的胚胚,并使其在离体条件下发育成熟,得到植株,首次获得,并使其在离体条件下发育成熟,得到植株,首次获得胚培养成功,发表胚培养的第一篇论文胚培养成功,发表胚培养的第一篇论文 1922年:年:Knudson采用采用胚培养胚培养法获得兰花幼苗,克服其种子发芽困难的法获得兰花幼苗,克服其种子发芽困难的问题。问题。1925年年:
25、Laibach亚麻亚麻种间杂交幼胚培养种间杂交幼胚培养得到杂种,从而证明了胚培养在得到杂种,从而证明了胚培养在植物远缘杂交中利用的可能性植物远缘杂交中利用的可能性 第34页,本讲稿共63页 1933年:年:我国李继侗等进行我国李继侗等进行银杏离体胚培养银杏离体胚培养,获得了,获得了3mm以上大小的以上大小的胚,即可正常生长成小植株,并发现胚,即可正常生长成小植株,并发现胚乳提取物胚乳提取物能促进银杏离体胚的生长,能促进银杏离体胚的生长,为后人利用植物组织提取液促进培养物生长提供了实验根据。为后人利用植物组织提取液促进培养物生长提供了实验根据。1922年,年,美国的美国的Robbins和德国的和
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