第四章 植物组织与细胞培养
植 物 细 胞 工 程
所采用技术 的理论基础
植物细胞的全能性
植物组织培养
通常采用的 技术手段
植物细胞培养 植物原生质体培 养与体细胞杂交
第一节 植物细胞工程概述 第二节 植物组织与器官培养 第三节 植物细胞培养 第四节 原生质体培养和体细胞杂交
第一节 植物细胞工程概述
与组织培养不同的是： 与组织培养不同的是：
细胞培养的目的不是使细胞形成组 织以致更多的植物体，而是通过大规模 的细胞培养获得人类所需的细胞次生代 谢产物。
方法： 2. 方法：
分类： 3. 分类：
根据培养对象
单细胞培养 单倍体培养 原生质体培养 悬浮培养（液体培养）
根据培养基类型 固体培养
二、植物细胞培养的培养基
一 植物细胞工程的定义 二 植物细胞工程的内容 三 存在的理论与生产问题 四 植物组织培养与细胞培养的区别 五 植物细胞与组织培养技术内容与分类
一、植物细胞工程（plant cell engineering）的定义： 植物细胞工程（ ）的定义： 是在植物细胞全能性的基础上，以植物细胞为基 本单位，在体外条件下进行培养、繁殖或人为的精 细操作，使细胞的某些生物学特性按照人们的意愿 发生改变，从而改良品种或创制新种，或加速繁殖 植物个体，或获得有用产物的过程。
植物体细胞杂交 过程示意图
(3)
(4) (5)
细胞A
细胞B 原生质体B
①获得原生质体
基 本 过 程
原生质体A
融合原生质体 杂种细胞 愈伤组织 杂种植株
②获得杂种细胞
③获得杂种植株
4. 意义
• 植物间的体细胞杂交所得到的杂交细胞， 已达到了完整的植株水平，获得了新的杂交 植物，使来自两个亲本细胞的基因有可能都 被表达，这就打破了远缘生物不能杂交的屏 障，提供了创造新物种的可能。
根据水平不同：
细胞类型（体、生殖细胞） 单倍体、二倍体和多倍体 离体、人工无菌环境
第二节 植物组织与器官培养
一、植物细胞的全能性 二、植物组织与器官培养
1.定义：
一、植物细胞的全能性
生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。
2. 原理：
生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质， 都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体 的每一个活细胞都应该具有全能性。
植物组织培养基本步骤： 5. 植物组织培养基本步骤：
① 培养材料的采集； ② 培养材料的消毒； ③ 制备外植体； ④ 接种和培养； ⑤ 根的诱导； ⑥ 组织苗的练苗移栽。
植物材料的采集和取材
外 植 体 的 制 备
外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织 或器官。 ① ② ③ ④ 外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、 花粉等）； 用消毒过的器械将外植体置于培养皿上； 切取所需的外植体； 将外植体接种于培养容器的培养基上。 整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！ 外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈 伤组织。
第三节
一 概述
植物细胞培养
二 植物细胞培养的培养基 三 植物细胞生物反应器大规模培养 四 植物细胞培养的应用
一、概述
1. 概念
植物细胞培养：是指在离体条件下，将 愈伤组织或其他易分散的组织置于液体培养 基中进行振荡培养，得到悬浮细胞，再通过 继代培养使细胞增殖，从而获得大量细胞群 体的技术。它是在组培基础上发展起来的。
2. 培养过程
59
60
四、植物细胞培养的应用 植物细胞培养的应用
第四节 原生质体培养和体细胞杂交
一、原生 质体培养 （技术线 路，以经 济海藻— — —红篱为 例）
原生质体：是指取出植物体细胞壁后获 得的裸露的植物细胞。 主要来源于各种植物的叶片、根尖 等部位，也可从组织培养产生的愈伤组 织中获得。
人工种子
• 用人工种皮包被体 细胞胚，可以制造 人工种子 • 人工种皮：藻酸钠 • 解决有些植物结子 困难、发芽率低、 繁殖困难等问题
胚状体
人工种子
人工种皮 人工胚乳
胚
自然种子
种皮 胚乳
制作过程
体细胞胚与藻 酸钠混合后， 滴入到硝酸钙 或CaCl2中， 20分钟后，表 面聚合，形成 人工种子
细 胞 产 物 的 工 厂 化 生 产
二、体细胞杂交 体细胞杂交
定义： 1. 定义： 用两个来自不同植物的体细胞融合成一个 杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的 方法。 优势： 与有性杂交方法比较） 2. 优势：（与有性杂交方法比较） 打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大 大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。
3. 基本步骤
(1) (2) (1)
三、存在的理论与生产问题
植物细胞全能性的本质 细胞分化机制和代谢途径的调控 理论 问题 培养细胞中的生理、后成杂种和遗传的变异 体细胞杂交和有性杂交的比较 不亲和性机制 细胞和组织培养方法 细胞器的分离和引入 技术 改进 原生质体诱导融合 细胞的培养筛选及鉴定 花粉和花药培养药物生产的中间试验 试管苗的大规模繁殖和生产
本章内容到此结束
谢谢大家
欢迎研讨
70
【复习思考题】 复习思考题】
一．名词解释：去分化、再分化、外植体、胚状体 二．简要比较植物组织培养与植物细胞培养。 三．判断题： 1. 根、茎、芽、嫩叶、种子、花粉均是植物组织培 养外殖体的来源。 2. 一个细胞由分生状态转变为成熟状态的过程，叫 脱分化。 3. 植物细胞的规模化培养方法包括：分批培养、半 连续培养、连续培养和固定化培养。
接种
愈伤组织培养的基本过程： 6. 愈伤组织培养的基本过程：
① 愈伤组织的形成； ② 愈伤组织的生长； ③ 愈伤组织的分化和形态的发生。
愈伤组织的形成
• 愈伤组织：在人工培 养基上由外植体长出 来的一团无序生长的 薄壁细胞（细胞排列 疏松、无规则）。
愈伤组织的形成
试管苗的形成
试管苗
培养室
全能性表现的条件？ 全能性表现的条件？
科学研究表明，处于离体状态的植物活细 胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件 的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整 的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植 物组织培养。
二、植物组织与器官培养
脱分化
再分化
外植体
愈伤组织试管苗来自植株定义： 1. 定义：
植物组织与器官培养——是指在无菌条件下， 将离体的植物器官（如根尖、茎尖、叶、花、未 成熟的果实、种子等）、组织（如花药组织、胚 乳、皮层等）、细胞（体细胞、生殖细胞等）、 胚胎（如成熟和未成熟的胚）、原生质体等培养 在人工配置的培养基上，给予适当的培养条件， 诱发产生愈伤组织、潜伏芽，或者长成新的完整 植株的一种实验技术。
试管苗、人工种子、单倍体诱导
植物组织培养技术（植物微繁殖技术） 原生质体培养、体细胞杂交、
体细胞变异、种质保存
植物细胞培养技术（植物细胞大量培养）——植物细胞大量培养技术 根据对象不同，培养方式也可分为：
植株培养（plantlet culture） 植物胚胎培养(plant embryo culture) 植物器官培养(plant organ culture) 植物组织培养(plant tissue culture) 愈伤组织培养(callus culture) 原生质体培养(plant protoplast culture)
发展历程： 3. 发展历程：
1934年 1934年
4. 几个概念
外植体（explantation）：是指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。 愈伤组织（callus）：是指由外植体组织增生的细胞产生的 一团不定型的疏散排列的薄壁细胞。 （细胞的大小、形状、液泡化程度、胞质含量和细胞壁特 性具很大差异；细胞水平已分化，但没有组织、器官水平分 化，无组织结构） （去）脱分化（dedifferentiation）：一个已经停止分裂的成 熟细胞转变为分生状态，并形成未分化的细胞团或愈伤组织 的现象。
必要条件： 2. 必要条件： 细胞离体、一定的营养物质、
激素和其他外界条件 环境条件：
温度：25℃±2℃ 光照：光照强度、光质（光波长）、光周期
营养条件：
无机成分：N，P，K， S，Ca，Mg等大量元素及 部分微量元素 碳源：2%～5%的蔗糖 维生素：B族，Vc；0.1～10mg/L 植物生长物质：生长素类，细胞分裂素类 有机附加物：如水解酪蛋白（CH）、酵母提取物 （YE）、麦芽提取物（ME）和椰子乳（CM）等
二、 植物细胞工程的内容： 植物细胞工程的内容：
A、植物细胞工程（对象或内容） 植物细胞与组织培养技术 植物细胞融合技术 植物细胞质工程技术 植物染色体工程技术 转基因植物技术 B、植物细胞工程（目的或应用） 植物细胞工程与育种 植物细胞工程与体外快速繁殖 植物细胞工程与优质种质体外保存 植物细胞工程与药物 食品工业化生产
再分化（redifferentiation）：指原已分化的细胞过脱分化后 再次分化的现象，最终可进一步形成完整的小植株。 继代培养（subculture）：是指愈伤组织在培养基上生长一 段时间后，营养物枯竭，水分散失，并已积累了一些代谢 产物，此时需要将这些组织转移到新的培养基上进行培养 的方式。 胚状体（embryoid）：是在植物组织培养中起源于非合子 细胞，经过胚胎发生和胚胎发育形成的胚状结构，其主要 特征是有根、芽两极，和母体植物或外植体的维管组织无 直接联系。
四、植物组织培养与细胞培养的区别
形成 时间 植物 组织 培养 植物 细胞 培养 对象 培养 方式 模拟体内 体外培养 目标 特点
早
组织 或细胞
植物快速繁 殖的组织培 养技术 生产次生代 谢产物
无性 繁殖
细胞 晚 （不能形成 组织）
实验室无 菌条件