植物细胞工程发展 1.探索阶段
在这一阶段中，细胞学说的产生和细胞全能性学说的提 出为组织培养技术的产生奠定了理论基础。在这些理论的指 导下所开展的有关试验，对组织培养技术的建立进行了有益 的探索。 • 细胞学说（cell theory）是Schleiden和Schwann分别于183 8年和1839年提出的，其核心内容是，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。 • 细胞全能性学说是德国著名植物学家G. Haberlandt在细胞 学说的基础上于1902年提出的。他认为，高等植物的组织、 器官可以不断分割，直到单个细胞。每个细胞都有具有发展 成为一个完整植株的能力。
3、远缘杂交 • 利用组织培养可以使难度很大的远缘杂交取得成功，从而 育成一些罕见的新物种。比如辽宁果树研究所利用这种方 法获得苹果与梨的杂交种。 4、突变育种 • 采用组织培养可以直接诱变和筛选出具抗病、抗盐、高赖 氨酸、高蛋白等优良性状的品种。象中国林科院用逐步加 大培养基中盐的浓度，直接获得耐盐的杨树株系。
• 定义：植物组织在离体（in vitro)条件下和无菌 条件下利用人工培养条件培养、生长、发育再生 出完整植株的过程。 • 植物组织培养是二十世纪发展起来的新技术，近 三十年来由于组织培养基础理论研究的深入，发 展极为迅速，发表的文献浩如烟海，几乎以植物 为研究对象的各个分支学科都在广泛进行组织培 养。
4.1 植物细胞工程的基本原理
4.1.1植物全能性理论
• 1902年Haberlandt根据细胞学说提出了植物全能性理论 • 植物细胞的全能性（totipotent)：植物细胞具有该植物 体全部遗传的可能性，在一定条件下具有发育成完整植物 体的潜在能力。 • 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。
子叶组织脱分化
胚轴组织脱分化
胚轴组织脱分化后发根
细胞的再分化方式
器官发生： • 愈伤组织在不同培养基上分别 可以诱导发生根或芽 胚状体发生： • 愈伤组织也可以诱导形成类似 于种子的胚结构，同时产生芽 端和根端结构，称为胚状体。 • 体细胞胚 • 生殖细胞胚
影响植物细胞脱分化和再分化的因素： • 内部因子：植物的遗传性状和生理状况。 • 外部因子：营养条件（植物激素、无机盐、有机营养、微 量元素等等）和环境条件（温度、湿度、光照等等）。
植物分裂素： • 能够促进细胞分裂，使已经脱分化的细胞保持持续 的有丝分裂。在细胞和组织培养中它们的主要作用 是促进细胞的分裂和器官的分化、延缓组织的衰老、 增强蛋白质的合成、抑制顶端优势、促进侧芽的生 长及显著改变其他的激素作用； • 天然：6-BA（6－苄基酰嘌呤）、KT（激动素，糠基 酰嘌呤）；人工：ZT（玉米素）、2-iP（2-异戊烯 酰嘌呤）；作用的强弱顺序为：TDZ,4PU>ZT>2-iP>6 -BA>KT。
5、基因工程 • 基因工程主要研究DNA的转导，而基因转导后必须通过组 织培养途径才能实现植株再生。
6、生物制品 • 有些极其昂贵的生物制品，如抗癌首选药物--紫杉醇等， 可以用大规模培养植物细胞来直接生产。近年国内在红豆 杉组织培养中获得生长量高达0.49gFW/（gFW·d）的细胞 系，每升细胞培养物中紫杉醇的产量可达0.25mg。
生长素： • 对启动细胞脱分化、形成胚性细胞团起很重要作用。 在细胞和组织培养中它们的主要作用是诱导愈伤组 织的形成、胚状体的产生以及试管苗的生根，更重 要的是配合一定比例的细胞分裂素诱导腋芽及不定 芽的产生；
• 主要包括IAA（吲哚乙酸）、NAA（萘乙酸）、2,4-D （2，4-二氯苯氧乙酸）、IBA（吲哚丁酸）；作用 的强弱顺序为：2，4-D>NAA>IBA>IAA。
2.培养技术建立阶段
作为一门技术，它必须具有一定的程序性。也就是说，它应该 具有一定的技术模式。在这一阶段，植物组织培养建立了两个与 培养技术有关的重要模式，一是培养基模式，二是激素调控模式。
3．应用研究阶段
• 组织培养领域的研究迅速在世界各国的有关实验室广泛展 开。 • 技术体系更加完善。这一阶段的技术体系包括：根据不同 的培养目的外植体的取材和灭菌方法，不同外植体及其培 养产物的培养程序，适合于不同植物种类和外植体类型的 培养基等。 • 形成了较为完整的理论体系。在植物组织培养研究的基础 上，植物细胞工程现已形成了以细胞全能性为基本理论基 础，以细胞脱分化和再分化调控为中心的理论体系。 • 研究目的性更加明确，并已广泛应用到生物科学研究的各 个领域，以细胞工程为基础的新型生物技术产业正在兴起。
植物细胞和组织的脱分化和再分化
1、细胞分化 • 细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程称为细胞分 化 • 全能性－多能性－单能性－成熟细胞（功能细胞，一般不 再具有分化能力的细胞）
2、细胞的脱分化 • 分化的细胞在一定条件下，可以转变成为胚性状态，重新 获得分裂能力，称为脱分化 • 脱分化的细胞经过分裂产生无组织结构、无明显极性、松 散的细胞团，称为愈伤组织。 3、细胞的再分化和器官发生 • 细胞再分化是指脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在一定 条件下，重新分化成为各种类型的细胞，进而发育成完整 植株的过程。
其他影响植物细胞脱分化和再分化的条件
• 物理因素：切割损伤和辐射处理 • 化学因素：化学试剂诱导
4.1.2植物激素程中必不可少。
• 植物激素有五类，即生长素（Auxin）、赤霉 素（GA）、细胞分裂素（CTK）、脱落酸（ABA） 和乙烯（ethyne，ETH）。
应用领域
1、快速繁殖 • 运用组织培养的途径，一个单株一年可以繁殖几万到 几百万个植株。例如一株葡萄一年繁殖到3万多株，一 株兰花一年繁殖到400万株。 2、种苗脱毒 • 针对病毒对农作物造成的严重危害，通过组织培养可 以有效地培育出大量的无病毒种苗。已经取得成功的 有马铃薯、草莓、香蕉、葡萄等等。
第4章 植物细胞工程的基本原 理和技术基础
• 植物细胞工程是一门以植物组织和细胞的离体操作 为基础的实验性学科。 • 它是以植物组织细胞为基本单位，在离体条件下进 行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生 物学特性按人们的意愿发生改变，从而改良品种或 创造新物种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物 质的过程统称为植物细胞工程。