,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,植物细胞工程,Plant Cell Engineering,2010.9,本课程的学习内容及成绩评定,课程内容安排(课程总时数32=16+16):,理论部分共十三章，分为植物细胞工程研究历史、消毒灭菌技术、培养基的配制方法、植物体细胞胚胎发生、植物细胞培养、原生质体培养、体细胞杂交、单倍体育种、植物遗传转化等。,实验部分主要是植物组织与细胞培养的基础实验。,成绩评定,70%,30%,参考书目录,谢从华等，植物细胞工程。高等教育出版社，,2004,杨淑慎，细胞工程。科学出版社，,2009,朱至清，植物细胞工程，化学工业出版社，,2002,周维燕，植物细胞工程原理与技术，中国农业大学出版社，,2001,。,绪论 植物细胞工程的概念及发展历史,本节教学重点,了解生物技术及细胞工程的含义,能理解植物细胞全能性的含义,掌握植物细胞全能性、细胞分化、脱分化、再分化、愈伤组织等关键概念,通过对植物细胞工程发展简史的学习，了解植物细胞工程的主要研究内容、研究方法及对社会、经济发展的意义,各位同学能否用已学过的知识试述一下，什么是“生物技术”？,Bio,technology,一、生物技术,Bio,technology,1986年，原国家科委制订中国生物技术政策纲要:以现代生命科学为基础，结合,先进的工程技术手段,和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造,生物体,或加工,生物原料,，为人类生产出所需,新产品,或达到,某种目的,。,基因工程、酶工程、,细胞工程,、发酵工程,动物、,植物,、微生物品系,粮食、医药、食品、能源、化工原料等,疾病预防、诊断与治疗，环境污染物监测、治理与修复,二、细胞工程 Cell engineering,细胞工程：以应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程学的实验方法或技术，在细胞水平上研究改造,生物,遗传特性和生物学特性，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和技术方法的科学。,四、植物细胞工程的理论基础,植物细胞的全能性,1、细胞全能性 Totipotentiality,植物细胞全能性,一个植物细胞所具有的产生,完整,植物个体的,潜在能力,。,2、细胞的全能性的实现,Plant,Tissue Removed,Plantlet,Medium,1）“生理脱离”效应,植物细胞或组织从完整的有机体上分离下来，脱离母体（,离体,）的影响，在适宜的条件下（,培养,），有利于激发植物细胞全能性的表达。,2）培养条件下的,细胞脱分化,脱分化（dedifferentiation):,培养条件下使已分化的细胞 回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程。,Tissue;organ,dedifferentiation,？,愈伤组织（callus),愈伤组织,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。,愈伤组织原是指生物在受伤以后于伤口表面形成的一团薄壁细胞。,组织,分裂,生长分化,分生组织细胞,分裂,已分化组织细胞,脱分化,分裂生长,再分化,器官,植株,愈伤组织,离体条件下,活体条件下,离体培养条件下，细胞全能性的表达是通过细胞,脱分化和再分化,实现的。,五、植物细胞工程的研究历史,（一）探索阶段（1902-1929）,Haberlandt：提出了植物细胞全能性的假说；首次进行了植物细胞的离体培养实验；,(Haberlandt,1902),The father of plant,tissue culture,Haberlandt 对高等植物的叶肉细胞、髓细胞、腺毛细胞、气孔保卫细胞、表皮细胞等材料进行了离体无菌培养，虽然某些细胞存活了很长时间，但始终没能发生细胞分裂和增殖，大家推测一下他失败的可能原因是什么？,1904年,：,Hanning培养萝卜和辣根菜的胚，得到幼苗。,1922年,：,Kotte和Robbins根培养,1925年,：,Laibach亚麻种间杂交幼胚培养得到杂种,其它研究,1922年：,Knudson采用胚培养法获得,兰花幼苗,，克服其种子发芽困难的问题。,（White）,五、植物细胞工程的研究历史,（二）培养技术与理论的建立与发展阶段 （1930-1959）,White,:美国植物生理学家,1934年，建立了第一个活跃生长的无性繁殖系,建立了第一个人工合成培养基,1937年，研配了综合培养基（,White培养基,）,发现了,B族维生素和生长素,对离体培,养的促进作用。,1939年：Gautherete培养胡萝卜根外植体成功,1939年：White培养烟草种间杂种幼茎切段原形成层成功,1939年：Nobecourt培养胡萝卜根块茎薄壁组织成功,20世纪40-50年代：,1944-1948年，Skoog、崔澂等发现嘌呤类物质能诱导芽的形成。,1952年，Morel 和Martin成功培养兰花和大丽菊,脱毒,苗,。,1954年，Muir,单细胞培养,获得成功。,1957-58年，Miller 和Skoog发现,激动素,；提出有关,植物激素控制器官形成理论。,1959,Reinert Steward Shantz分别报道,在胡萝卜愈组组织培养中形成了,体细胞胚.,培养条件和培养,基成分的广泛研究,MS培养基(MS Media),1962 Murashige and Skoog 发表了,MS培养基,配方,包括了无机化合物类、维生素类、氨基酸类、有机碳源、（激素）及培养材料的支持物等部分。提供了离体植物材料正常生长发育所需的营养物质。,Murashige,五、植物细胞工程的研究历史,（三）快速发展和实践应用阶段(1960年以后),1、原生质体培养取得重大突破,1960年：,Cocking酶解法,分离,原生质体,获得成功。为植物体细胞杂交奠定了基础。,1971年,，Takebe等人在烟草上首次由,原生质体培养获得植株,。,到20世纪90年代，全世界约有180种植物原生质体培养获得再生植株。,五、植物细胞工程的研究历史,（三）快速发展和实践应用阶段(1960年以后),1、原生质体培养取得重大突破,1972年：,Carlson利用甘露醇和硝酸盐诱诱获得两种不同烟草的,原生质融合体,。,1978年,，Melchers进行了马铃薯和番茄的融合实验，获得了第一个,体细胞杂种植株,。,到目前为止，已诱导了不同种间、属间甚至科间的细胞融合，获得了一些具有优良性状或抗性的种间或属间杂种。体细胞杂交技术已作为重要的育种途径在多种作用中应用。,五、植物细胞工程的研究历史,2,、花药培养技术,1964年：,Guha和 Maheshwari（印）离体培养毛叶曼陀罗的,花药,，获得了世界上第一株,花粉单倍体植株,。,花粉植株的研究主要集中于烟草、水稻和小麦的育种研究上，对其它植物也有研究；目前世界上已有300多种植物成功地获得花粉植物。,五、植物细胞工程的研究历史,3、植物脱毒和快繁技术,1960年,：,Morel用兰花茎尖离体培养，既脱除了兰花的病毒，又建立了兰花的快速繁殖体系。这种技术被迅速运用到兰花,工厂化生产,，实现了试管苗产业化，取得了巨大的经济与社会效益。,目前，已广泛应用于观赏植物和经济植物的,脱毒繁育,和,工厂化生产,，走向了组培苗市场的国际化。,五、植物细胞工程的研究历史,4、次生代谢产物的生产,1967年,：,Kaul和Staba采用发酵罐从对小阿米的细胞培养中首次获得了药用物质呋喃色酮。,1983年,：,日本三进石油公司首次利用培养的紫草生产出紫草宁。,目前，世界上已对近千种植物进行了细胞培养研究，实现了如紫草宁、人参皂苷、黄连素、紫杉醇等药物的工厂化生产。,六、植物细胞工程的应用,1、在植物育种上的应用,2、种苗脱毒与快速繁殖,3、细胞培养生产次生代谢产物,4、在细胞生物学和发育生物学研究中的应用,5、在植物遗传、生理生化及植物病理等基础研究中的应用,快速获得特殊倍性材料,;,克服远缘杂交不亲和,;,克服杂种胚早期夭折,;,导入外源基因,;,突变体的筛选,;,种质资源保存,七、植物细胞工程的研究内容,组织与器官培养,胚胎培养,细胞,培养,原生质,体培养,细胞工程新产品,思考题,1、简述植物细胞工程的概念、研究范畴。,2、如何理解“植物细胞全能性”的概念？,3、概念辨析：细胞分化；细胞脱分化；细,胞再分化,思考题：为什么植物培养技术能实现大规模的植物繁育？与传统繁殖途径相比优点何在？,1、培养条件可以人为加以控制,，摆脱了大自然中四季、昼夜的变化以及灾害性气候的不利影响。,2、培养周期短,繁殖系数大,，能及时提供规格一致的优质种苗或脱病毒种苗。,3、管理方便，有利于实现工厂化生产和自动化控制,orchid ovary cut lengthwise,Tissue Culture Systems,