植物组织培养技术在植物遗传改良方面有哪些用途
关于植物组织培养技术在育种中的应用的疑问?
植物细胞的全能性
植物细胞的全能性即是每个植物的本细胞或性细胞都具有该植物的全套遗传基因,因此在一定培养条件下每个细胞都可发育成一个与母体一样的植株。
植物组织培养的利用途径
(一)增加遗传变异性,改良作物
(二)繁殖植物
(三)有用化合物的工业化生产
(四)种质储藏
植物组织培养
http://www.jlau.edu.cn/jiaowu/jpk/jpk/id6_xxzd_33.asp
植物组织培养是把植物的器官,组织以至单个细胞,应用无菌操作使其在人工条件下,能够继续生长,甚至分化发育成一完整植株的过程。植物的组织在培养条件下,原来已经分化停止生长的细胞,又能重新分裂,形成没有组织结构的细胞团,即愈伤组织。这一过程称为“脱分化作用”,已经“脱分化”的愈伤组织,在一定条件下,又能重新分化形成输导系统以及根和芽等组织和器官,这一过程称“再分化作用”。植物激素在此过程中起着重要的作用,吲哚乙酸( IAA )和 6 –苄基氨基腺嘌呤( 6 – BA )的比例,决定了根和芽的分化。
近年来,组织培养作为一种研究技术,已广泛地应用于许多学科中,它不仅对理论研究有重要意义,并已展现了十分广阔的应用前景。
一、原理
植物组织经过脱分化作用,形成愈伤组织,经过再分化作用,愈伤组织又能重新分化为有结构的组织和器官,最终形成完整的植株。早在 1957 年 Skoog 即发现培养基中植物激素的类型和它们的比例,对再分化过程起着重要的作用。
二、试剂与仪器设备
(一)试剂
• 乙醇。
• IAA 或 2 , 4 – D 。
• HgCl 2 (或次氯酸钠)。
• 6- 苄基氨基腺嘌呤( 6-BA )
• MS 培养基(见附录)。
(二)仪器设备
培养室,高压灭菌锅,水浴锅,解剖刀,三角烧瓶( 100mL ),烧杯,量筒,培养皿,棉线,接种箱或超净工作台,分析天平,长镊子,剪刀,容量瓶,移液管,牛皮纸。
三、实验步骤
1. 配制培养基
( 1 )愈伤组织诱导培养基: MS 培养基(蔗糖含量为 10 g/L , 2,4 – D 含量为 2 mg/L ,琼脂 10 g/L )。
( 2 )试验培养基:在 MS 培养基中按表 33 – 1 加入 IAA 和 6–BA 。
吲哚乙酸先用少量 0.1 mol/L NaOH 溶解, 6- 苄基氨基腺嘌呤先用少量 0.1 mol/L HCl 溶解,然后用蒸馏水稀释,再加入培养基中。
表 33 – 1 试验培养基中 IAA 和 6 – BA 含量
序号
IAA ( mg/L )
6-BA ( mg/L )
相对比值
1
0
2.0
2
0.2
2.0
1:10
3
0.5
2.0
1:4
4
1.0
2.0
1:2
5
2.0
2.0
1:1
6
2.0
1.0
2:1
7
2.0
0.5
4:1
8
2.0
0.2
10:1
9
2.0
0
2. 培养基灭菌
将配好的培养基加入琼脂加热溶解,调至 pH 5.8 ,趁热分装于 100 mL 三角烧瓶中,每瓶约 20 mL 。待培养基冷却凝固后,用一层称量纸和一层牛皮纸包扎瓶(管)口,并用棉线扎牢,然后在高压灭菌锅中 121 ℃( 1 kg/cm 2 )下灭菌 20 min 。取出三角烧瓶放在台子上,冷却后备用。接种操作所需的一切用具(如长镊子、解剖刀、剪刀等)及灭菌水,需同时灭菌。
3. 诱导产生愈伤组织
( 1 )取健壮的烟草茎数段,每段约 5 cm 长,于烧杯中用 0.1% 氯化汞(升汞)浸泡 20 min ,取出用无菌水洗 3 ~ 4 次,置于无菌培养皿中,在接种箱中按无菌操作要求剥去外皮(接种箱事先用紫外灯灭菌 30 min ),用解剖刀切成 5 mm 厚的圆片(弃去开始一片和最后一片),用长镊子将它接种在诱导培养基上,注意圆片的切口朝向培养基,每瓶接种 4 片,接种后扎好瓶口。
( 2 )将已接入植物组织(外植体)的三角烧瓶,培养在 25 ℃温室中,每星期检查 l ~ 2 次,剔除材料已被杂菌污染的三角烧瓶, 3 ~ 4 周后产生愈伤组织。
( 3 )选取愈伤组织生长良好的三角烧瓶,用解剖刀将愈伤组织切下,转移到含有不同激素的试验培养基中(也可以连同原来的外植体一起转移),每瓶放 1 ~ 2 块,仍培养在 25 ℃温室中,每周 1 ~ 2 次观察不同处理的三角烧瓶中,愈伤组织分化情况,直至长出根和芽。长成的幼小植株即为“试管苗”,可移栽于花盆中。
植物组织培养发展简史植物组织培养是20世纪30年代初期发展起来的一项生物技术。它是在人工配制的培养基上,于无菌状态下培养植物器官、组织、细胞、原生质体等材料的方法。
植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础。20世纪初,曾有人提出能否将植物的薄壁细胞培养成完整植株?研究者从胡萝卜根的韧皮部取下一块组织,并在液体培养基中培养,使其分化出了愈伤组织,从愈伤组织又得到胚状体,胚状体转移到固体培养基上继续培养后,获得了完整的胡萝卜试管植株。经过栽培,此植株能够正常生长并开花结果,其种子繁衍出来的后代与正常植株的种子所繁衍出的后代别无二致。根据此实验可以得出以下结论:即不经过有性生殖过程也能将植物的薄壁细胞培养出与母体一样的完整植株。由于植物的每个有核细胞都携带着母体的全部基因,故在一定条件下,它们均能发育成完整植株,这就是所谓的植物细胞全能性。
科学家在植物激素对器官建成,及改进培养基配方等方面所取得的成果,极大地推动了组织培养技术的发展,使这项技术可以实际应用于快速繁殖、品种改良等方面。20世纪50年代初期,法国科学家利用组织培养技术成功地脱除了染病大丽花植株所携带的病毒,从而为脱毒苗的生产提供了一种可行日夏养花网的途径。现在凭借组织培养技术来脱除植物的病毒已经在生产中广泛应用。20世纪50年代中期,由于细胞分裂素的发现,使组织培养状态下外植体芽的形态建成成为可人为调控的因素,从而使在组织培养状况下进行植株再生成为现实。进入60年代以后,组织培养技术在基础理论、实际操作方面不断取得进展,相继在植物体细胞杂交、单倍体育种、种质资源保存、快速育苗、人工种子制造、次生代谢物生产等方面有了可喜的成果。时至今日,组织培养技术已经成为基础坚实、易于掌握、应用面广的一种技术手段。
愈伤组织及其形成 愈伤组织(callus)原指植物体的局部受到创伤刺激后,在伤口表面新生的组织。它由活的薄壁细胞组成,可起源于植物体任何器官内各种组织的活细胞。在植物体的创伤部分,愈伤组织可帮助伤口愈合;在嫁接中,可促使砧木与接穗愈合,并由新生的维管组织使砧木和接穗沟通;在扦插中,从伤口愈伤组织可分化出不定根或不定芽,进而形成完整植株。在植物器官、组织、细胞离体培养时,条件适宜也可以长出愈伤组织。其发生过程是:外植体中的活细胞经诱导,恢复其潜在的全能性,转变为分生细胞,继而其衍生的细胞分化为薄壁组织而形成愈伤组织。从植物器官、组织、细胞离体培养所产生的愈伤组织,在一定条件下可进一步诱导器官再生或胚状体而形成植株。在单倍体育种中,也可由花粉产生的愈伤组织或胚状体分化成单倍体植株。甚至可由原生质体培养诱导植株或器官再生。故愈伤组织的概念已不局限于植物体创伤部分的新生组织了。
在植物的组织培养中,从一块外植体形成典型的愈伤组织,大致要经历三个时期:启动期、分裂期和形成期。启动期指细胞准备进行分裂的时期。外源植物生长激素对诱导细胞开始分裂效果很好。常用的有萘乙酸、吲哚乙酸、细胞分裂素等。通常使用细胞分裂素和生长素比例在1∶1来诱导植物材料愈伤组织的形成,如MS+6-BA6-BA是一种人工合成的细胞分裂素6�基腺嘌呤的简称。0.5 mg/L+IBAIBA是一种人工合成的生长素吲哚丁酸的简称。0.5 mg/L日夏养花网。分裂期是指外植体细胞经过诱导以后脱分化,不断分裂、增生子细胞的过程。分裂期愈伤组织的特点是:细胞分裂快,结构疏松,颜色浅而透明。分化期是指在分裂的末期,细胞内开始出现一系列形态和生理上的变化,从而使愈伤组织内产生不同形态和功能的细胞。这些细胞类型有薄壁细胞、分生细胞、色素细胞、纤维细胞等等。外植体的细胞经过启动、分裂和分化等一系列变化,形成了无序结构的愈伤组织。如果在原来的培养基上继续培养愈伤组织,会由于培养基中营养不足或有毒代谢物的积累,导致愈伤组织停止生长,甚至老化变黑、死亡。如果要让愈伤组织继续生长增殖,必须定期地(2~4个星期)将它们分成小块,接种到新鲜的培养基上,这样愈伤组织就可以长期保持旺盛的生长。
愈伤组织的形态发生方式 经过启动、分裂和分化期产生的愈伤组织,其中虽然发生了细胞分化,但并没有器官发生。只有满足某些条件,愈伤组织的细胞才会发生再分化,产生芽和根,进而发育成完整植株。组织培养中诱导丛芽产生一般使用较高的细胞分裂素和较低的生长素配比,如MS+6-BA1 mg/L+IAA(IAA是一种生http://www.rixia.cc长素3-吲哚乙酸的简称。)0.1 mg/L。而诱导生根时则可采用1/2MS+IAA0.1 mg/L等。当然,不同的植物种类、不同的生长状态,激素的配比会有很大变化,这需要在实践中摸索,取得经验。
植物组织培养技术在当前农业生产上的主要应用
2、可用组培中的愈伤组织制取特殊的生化制品
3、可短时间大量繁殖,用于拯救濒危植物
4、解决有些植物产种子少或无的难题,
5、不存在变异,可保持原母本的一切遗传特征
6、投资少,经济效益高
植物组织培养技术在我们生活中的应用
用组织培养方法培育作物新品种,已经取得了多方面的成就。例如利用组织培养解决杂交育种中的种胚败育问题,获得了杂种子代,使远缘杂交得以成功;用花药培养和对未传粉的子房进行离体培养,获得了单倍体植株,从而开辟了单倍体育种的途径;通过胚乳离体培养,获得了三倍体植株,为改良农、林、果树和蔬菜的三倍体育种提供了新的方法;此外还有利用原生质体培养及体细胞杂交进行天然突变系的筛选、外源遗传物质的导入等等。
获得无病植株
作物的病毒病害,是当前农业生产上的严重问题。尤其是营养繁殖的作物,病毒可以经繁殖用的营养器官传至下一代,以致随着作物繁殖代数的积累,病毒不仅绵延不绝,还会日益增多。其结果能使作物退化减产,甚至导致某些品种绝灭。
根据病毒在植物体内分布并不均匀的特点,用生长点进行组织培养,结合病毒鉴定,可以得到无病毒植株。这就可以使植株复壮,并能增加产量。在这方面,马铃薯(Solanum tuberosumL.)、水仙(Narcissus tazatia L. var. chinensis Roem)、苹果、梨(Pyrus)和花椰菜(Brassica oleracea var.bo-trytis L.)等作物,都取得了明显效果。
保存和运输种质
由于有了组织培养方法,就无需再用一代代保存种子的方法去保存种质资源,而可以将植物器官、组织甚至细胞,在低温或超低温条件下进行长期保存。将来一旦需要,就可用组织培养方法迅速进行繁殖。这样不但大大减少了一代代保存材料所浪费的人力、物力和时间,而且也减少了在保存过程中因管理不善及病虫侵害所造成的损失。另外,由于用很小的空间保存了大量的种质资源,运输时也很方便。
植物组织培养对花卉行业的发展有什么作用?
在安谧而洁净的厂房里,一棵兰花的小小的茎尖,循着一道道由学者周密设计的工艺流程,经过一个个操作者的精雕细琢,一举化为成千上万株长在试管里的健壮的种苗,再移到大田里,变成成千上万株亭亭玉立的兰花……
像这样的“兰花工厂”,许多国家都已建立。生产的也不光是兰花,还有康乃馨、水仙等花卉,还有经济作物,如红杉、甘蔗、大豆,甚至还有咖啡、烟草等等。
“兰花工厂”是通俗的说法。这种生产过程的正式名称是植物组织培养。
植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性。所谓植物细胞的全能性,是说,植物体的所有细胞都有长成完整植株的潜在能力。也就是说,植物体身上的任何部分,不管是种子、果实,还是根、茎、叶、花,每一个细胞都有可能培养出一棵完整的植株。
由于植物组织培养技术的成熟,小小的花卉组织细胞在各国科学家手上,竟长出了千姿百态的花卉,给人们的生活带来诱人的前景,犹如“发起冲锋”的号角,将人们的目光聚向了花卉工厂。
法国、荷兰等少数国家的科学家,同企业家联手捷足先登,首先办起了花卉工厂;为花卉的生产、美化人们的生活,带来勃勃的生机。
数年之后,日本、中国、新加坡、美国等国家,也都建立起了本国生产花卉的工厂。
归结起来,花卉工厂主要有操作车间、消毒车间、准备车间、称量车间、培养车间和栽培车间等。
操作车间,无菌无尘,操作人员在操作台上灵巧地操作着剪刀、镊子等工具,在酒精灯旁熟练地将外植体或愈伤组织连续不断地放到装有培养基的玻璃瓶中。
消毒灭菌车间,设有各式各样的高温、高压消毒灭菌锅。这里关键的一步,是要掌握灭菌的火候,要使消毒锅上的压力表的指针一直停留在规定的位置上,即要杀灭培养基中的微生物,又要不破坏培养基中的营养成分。
准备车间,这里备有盛培养基的玻璃瓶和玻璃管备好培养基。这里的培养基要严格控制酸碱度GzPSCgsLX和生长协调剂,以保证“小生命”的营养供应。
称量车间,设置着灵敏度不同的称和天平,以精确称出培养基所需要的营养成分。
培养车间,有空调机、加热器等仪器,保持一定的温度,使培养基中的外植体——“小生命”,在适宜的温度、光、湿度条件下,长成根茎叶具备的完整植株。
接着被送入载培车间,让其“自食其力”,由小长大,直到出厂销售。
日本一家花卉工厂,能使5000盆菊花在同一天开放,令人大开眼界。这里,无不显示着现代科技的杰作,人们只要用组织培养法得到同一品种花苗,在同一种生态条件下,采用一样的光照射,一样的温度,一样的营养等,自然就会让花儿某一天“同放”,如同“花神”下凡。
如今,花卉生产工厂已成为一个国际化的新型产业部门。荷兰已成为世界上最大的花卉输出国,尤其是鲜花,每日由班机送到美国等国家,每年靠出口花卉就可赚取大量的外汇。
显然,花卉产业十分诱人,它是将高科技转化为经济的典范,是知识转化为经济的因果应答。
论述植物组织培养的应用有哪些
在生产上应用最广泛、产生较大经济效益的一项技术.
特点:繁殖系数大、周年生产、繁殖速度快、苗木整齐一致
二、无病毒GzPSCgsLX苗木培育
无性繁殖植物,病毒在体内积累,对生产造成极大损失。
利用组织培养方法可脱除病毒,获得脱病毒小苗.
用脱病毒苗木生产,植株生长势明显增强,整齐一致,产量增加。
三、培育新品种或创制新物种
v培育远缘杂种
早期胚的离体培养,获得远缘杂交后代。苹果与梨等。50多科属。
v
原生质体融合
创造新物种或新类型,40多个种间、属间或科间,如番茄与马铃薯、烟草与龙葵
v离体选择突变体
培养的细胞无论是愈伤组织还是悬浮细胞,由于处在分裂状态,易受培养条件和诱变因素(如射线、化学物质)的影响产生变异,从中可以筛选出对人类有用的突变体,从而育成新品种。如耐盐、抗草剂
v单倍体育种
单倍体育种已成为一种新的育种手段。已育成大面积种植的作物新品种.
四、次生代谢物生产
利用植物组织或细胞大规模培养,以合成人类
需要的天然有机化和物,成为药物、染料、香料、食品等生产新途径。已从200多种植物中获得500多种。
五、植物种质资源的离体保存
v种质资源及其保存二大难题:一是遗传资源日趋枯竭,造成有益基因的丧失;二是常规田间保存耗资巨大,且往往达不到万无一失的目的。
v植物组织和细胞低温保存种质技术,给保存和抢救有用基因带来了希望。
六、人工种子
人工种子(artificial
seed)
是指植物离体培养中产生的胚状体或不定芽,被包裹在含有养分和保护功能的人工胚乳和人工种皮中,从而形成能发芽出苗的颗粒体。
文章标签: 生石花
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