华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程 004-7 和IBA(吲哆丁酸)等。 细胞分裂素类常用的细胞分裂素有KT(激动素)、BA(6-卞基腺嘌呤)、2-ip(异戊烯 氨基嘌呤)玉米素等。近年来TDZ(苯基噻二唑基脲)亦作为一种新的细胞分裂素在许 多离体培养研究中使用。 赤霉素类 此外,根据不同培养目的,ABA(脱落酸)、乙烯、B、CCC(矮壮素)等生长抑制物质 有时也被用于调节培养物的生长发育过程,如诱导某些变态器官的发生等。 四.其它 天然提取物如椰乳、番茄汁、YE(酵母提取物) 琼脂 活性炭 思考题 1.植物细胞工程实验室的基本组成与要求。 培养基的组成成分有哪几类,在离体培养中的功能是什么 3.植物离体培养的环境条件及对培养的影响
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 2004-7 主讲教师：柳俊博士、教授 和 IBA(吲哆丁酸)等。 细胞分裂素类 常用的细胞分裂素有 KT (激动素)、BA(6-卞基腺嘌呤)、2-ip(异戊烯 氨基嘌呤)玉米素等。近年来 TDZ（苯基噻二唑基脲）亦作为一种新的细胞分裂素在许 多离体培养研究中使用。 赤霉素类 此外，根据不同培养目的， ABA(脱落酸)、乙烯、B9、CCC(矮壮素)等生长抑制物质 有时也被用于调节培养物的生长发育过程，如诱导某些变态器官的发生等。 四．其它 天然提取物 如椰乳、番茄汁、YE(酵母提取物) 琼脂 活性炭 思考题 1．植物细胞工程实验室的基本组成与要求。 2．培养基的组成成分有哪几类，在离体培养中的功能是什么？ 3．植物离体培养的环境条件及对培养的影响。 11
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 004-7 主讲教师:柳俊博士、教授 第二章细胞全能性与形态发生(6学时) 教学目的与要求: 掌握细胞离体培养的基本理论基础,从而深入理解培养条件下组织细胞脱分化和再 分化的调控原理,了解体细胞胚形成过程及其与合子胚的差异 第一节细胞全能性及其表达 细胞全能性概述 简单地讲,一个生活细胞所具有的产生完整生物个体的潜在能力称之为细胞的全 能性。 参照动物细胞研究分类类型,植物细胞也可分为三类 第一类是茎尖、根尖及形成层细胞,这类细胞始终保持分裂能力,从一个周期进入 另一个周期,为周期细胞 第二类是筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞,他们为永久失去分裂能力的细胞 为终端分化细胞。 第三类是表皮细胞及各种薄壁细胞,这类细胞在通常情况下不分裂,但在受到外 界刺激后可重新启动分裂,称为Go细胞 一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度,取决于它在自然部位上所处 的位置和生理状态 、培养条件下的细胞脱分化 培养条件下使一个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就 是细胞脱分化( dedifferentiation)。 1.细胞脱分化过程中生理活动与细胞结构的变化 脱分化过程中细胞结构会发生急剧变化。这些变化总体上包括:细胞质显著变浓, 大液泡消失,核体积増加并逐渐移位至细胞中央,细胞器增加 液泡蛋白体的出现和质体转变为原质体被认为是细胞脱分化的重要特征 根据脱分化过程的时空顺序,细胞的脱分化过程可分为三个阶段: 第一阶段为启动阶段,表现为细胞质增生,并开始向细胞中央伸出细胞质丝,液泡 蛋白体出现 第二阶段为演变阶段,此时细胞核开始向中央移动,质体演变成原质体; 第三阶段为脱分化终结期,细胞回复到分生细胞状态,细胞分裂即将开始
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 2004-7 主讲教师：柳俊博士、教授 第二章 细胞全能性与形态发生（6 学时） 教学目的与要求： 掌握细胞离体培养的基本理论基础，从而深入理解培养条件下组织细胞脱分化和再 分化的调控原理，了解体细胞胚形成过程及其与合子胚的差异。 第一节 细胞全能性及其表达 一、细胞全能性概述 简单地讲，一个生活细胞所具有的产生完整生物个体的潜在能力称之为细胞的全 能性。 参照动物细胞研究分类类型，植物细胞也可分为三类： 第一类是茎尖、根尖及形成层细胞，这类细胞始终保持分裂能力，从一个周期进入 另一个周期，为周期细胞。 第二类是筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞，他们为永久失去分裂能力的细胞， 为终端分化细胞。 第三类是表皮细胞及各种薄壁细胞，这类细胞在通常情况下不分裂，但在受到外 界刺激后可重新启动分裂，称为 Go 细胞 一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在自然部位上所处 的位置和生理状态。 二、培养条件下的细胞脱分化 培养条件下使一个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就 是细胞脱分化（dedifferentiation）。 1．细胞脱分化过程中生理活动与细胞结构的变化 脱分化过程中细胞结构会发生急剧变化。这些变化总体上包括：细胞质显著变浓， 大液泡消失，核体积增加并逐渐移位至细胞中央，细胞器增加。 液泡蛋白体的出现和质体转变为原质体被认为是细胞脱分化的重要特征。 根据脱分化过程的时空顺序，细胞的脱分化过程可分为三个阶段： 第一阶段为启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中央伸出细胞质丝，液泡 蛋白体出现； 第二阶段为演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演变成原质体； 第三阶段为脱分化终结期，细胞回复到分生细胞状态，细胞分裂即将开始。 12
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程 004-7 2.细胞脱分化的调控机理 细胞周期调控 激素的作用 PSK的调控作用 染色体变化 3.细胞分裂与愈伤组织形成 脱分化是细胞生理状态的改变,而形成愈伤组织是离体培养中的一个阶段 三、细胞分化 所谓细胞分化( diferentiation),是指导致细胞形成不同结构,引起功能改变或 潜在发育方式改变的过程(许智宏,1998)。 一个细胞在不同的发育阶段上可以有不同的形态和机能,这是在时间上的分化 同一种细胞后代,由于所处的环境(如部位)不同而可以有相异的形态和机能,这是 在空间上的分化。 单细胞生物仅有时间上的分化,如噬菌体的溶菌型和溶原型。多细胞生物的细胞不 但有时间上的分化,而且由于在同一个体上的各个细胞所处的位置不同,因而发生机 能上的分工,于是又有空间上的分化,如一个植物个体在其顶端、根、茎、叶等不同部位 具有不同的细胞 1.细胞分化与基因组变化 染色体重复复制 DNA的差异扩增 基因重排 极性与细胞分化 所谓极性是指植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结 构以及生理生化上的梯度差异。极 性无论在低等植物或高等植物中均普遍存在。 极性一旦建立,在一般情况下不可逆转。 在很多情况下,细胞的不均等分裂是细胞极性建立的标志。 3.TE细胞分化及其调控 作为维管系统的主要成分,管状分子( tracheary elements,TEs)在维管系统的形
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 2004-7 主讲教师：柳俊博士、教授 2．细胞脱分化的调控机理 细胞周期调控 激素的作用 PSK 的调控作用 染色体变化 3．细胞分裂与愈伤组织形成 脱分化是细胞生理状态的改变，而形成愈伤组织是离体培养中的一个阶段。 三、细胞分化 所谓细胞分化（differentiation），是指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或 潜在发育方式改变的过程（许智宏，1998）。 一个细胞在不同的发育阶段上可以有不同的形态和机能，这是在时间上的分化； 同一种细胞后代，由于所处的环境（如部位）不同而可以有相异的形态和机能，这是 在空间上的分化。 单细胞生物仅有时间上的分化，如噬菌体的溶菌型和溶原型。多细胞生物的细胞不 但有时间上的分化，而且由于在同一个体上的各个细胞所处的位置不同，因而发生机 能上的分工，于是又有空间上的分化，如一个植物个体在其顶端、根、茎、叶等不同部位 具有不同的细胞。 1．细胞分化与基因组变化 染色体重复复制 DNA 的差异扩增 基因重排 2．极性与细胞分化 所谓极性是指植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结 构以及生理生化上的梯度差异。极 性无论在低等植物或高等植物中均普遍存在。 极性一旦建立，在一般情况下不可逆转。 在很多情况下，细胞的不均等分裂是细胞极性建立的标志。 3．TE 细胞分化及其调控 作为维管系统的主要成分，管状分子（tracheary elements，TEs）在维管系统的形 13
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程 004-7 主讲教师:柳俊博士、教授 成中具有中心作用。在植物系统发育条件下,TEs由根和芽的原形成层或次生形成层细 胞分化形成。在离体培养条件下,TEs则由愈伤组织薄壁细胞分化形成,这也是愈伤组 织细胞分化器官的前提 4.激素在细胞分化中的调控作用 激素在植物生长发育中具有重要的调控作用,也是离体培养条件下调控细胞脱分 化和再分化的主要因素,其中生长素和细胞分裂素是两类主要的调控培养条件下细胞 生长和分化的植物激素。此外,在有些试验中也显示,GA3、ABA、乙烯等也在细胞分化 中起到一定的调节作用。 第二节器官发生 植物的离体器官发生是指培养条件下的组织或细胞团(愈伤组织)分化形成不定 根( adventitious roots)、不定芽( adventitious shoots)等器官的过程 离体培养中器官发生的方式 通过器官发生形成再生植株大体上有三种方式 第一种方式是先芽后根 第二种方式为先根后芽 第三种方式是在愈伤组织的不同部位形成芽和根,再通过维管组织的联系形成完 整植株。 、器官分化过程 离体培养条件下,经过愈伤组织再分化器官一般要经过三个生长阶段。 第一阶段是外植体经过诱导形成愈伤组织 第二阶段是“生长中心”形成。当把愈伤组织转移到有利于有序生长的条件下以后, 首先在若干部位成丛出现类似形成层的细胞群,通常称之为“生长中心”,也称为拟 分生组织,它们是愈伤组织中形成器官的部位。 第三阶段是器官原基及器官形成。 在有些情况下,外植体不经过典型的愈伤组织即可形成器官原基。这一途径有两种 情况 一是外植体中已存在器官原基,进一步培养即形成相应的组织器官进而再生植株, 如茎尖、根尖分生组织培养; 另一种情况是外植体某些部位的细胞,在重新分裂后直接形成分生细胞团,然后
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 2004-7 主讲教师：柳俊博士、教授 成中具有中心作用。在植物系统发育条件下，TEs 由根和芽的原形成层或次生形成层细 胞分化形成。在离体培养条件下，TEs 则由愈伤组织薄壁细胞分化形成，这也是愈伤组 织细胞分化器官的前提。 4．激素在细胞分化中的调控作用 激素在植物生长发育中具有重要的调控作用，也是离体培养条件下调控细胞脱分 化和再分化的主要因素，其中生长素和细胞分裂素是两类主要的调控培养条件下细胞 生长和分化的植物激素。此外，在有些试验中也显示，GA3、ABA、乙烯等也在细胞分化 中起到一定的调节作用。 第二节 器官发生 植物的离体器官发生是指培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定 根（adventitious roots）、不定芽（adventitious shoots）等器官的过程。 一、离体培养中器官发生的方式 通过器官发生形成再生植株大体上有三种方式： 第一种方式是先芽后根 第二种方式为先根后芽 第三种方式是在愈伤组织的不同部位形成芽和根，再通过维管组织的联系形成完 整植株。 二、器官分化过程 离体培养条件下，经过愈伤组织再分化器官一般要经过三个生长阶段。 第一阶段是外植体经过诱导形成愈伤组织。 第二阶段是“生长中心”形成。当把愈伤组织转移到有利于有序生长的条件下以后， 首先在若干部位成丛出现类似形成层的细胞群，通常称之为“生长中心”，也称为拟 分生组织，它们是愈伤组织中形成器官的部位。 第三阶段是器官原基及器官形成。 在有些情况下，外植体不经过典型的愈伤组织即可形成器官原基。这一途径有两种 情况： 一是外植体中已存在器官原基，进一步培养即形成相应的组织器官进而再生植株， 如茎尖、根尖分生组织培养； 另一种情况是外植体某些部位的细胞，在重新分裂后直接形成分生细胞团，然后 14
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程 004-7 由分生细胞团形成器官原基。这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为 目的的离体培养中具有重要的实践意义。 研究表明,在叶肉细胞再生植株过程中,最初分裂细胞的第一次分裂轴向是十分 重要的。在不经过愈伤组织的器官分化中,这次平周分裂既是叶肉细胞的脱分化,同 时也是该细胞转变发育方式极性的确定。现在,有人把最先启动分裂的这些细胞称之 为感受态细胞。 、起始材料对器官分化的影响 母体植株的遗传基础 表1.1不同基因型器官分化能力的比较 植物种类 基因型 愈伤组织器官分化 及外植体类型(品种/自交系)诱导率(%)率(%) 大豆:上胚轴汾豆33 程林梅等,2001 晋豆19 28 晋遗21 晋豆11 93 20 汾豆38 93 23 汾豆17 汾豆51 16 晋早125 甘薯:叶片 济南红 22 张宝红,1993 宁-331 千系-68 小麦:幼胚鄂麦12 98 覃建兵和何光源, 鄂恩1号 96 2001 89—11 绵阳26 鄂55072 荆35
华中农业大学创建国家精品课程——细胞工程学 2004-7 主讲教师：柳俊博士、教授 由分生细胞团形成器官原基。这种不经过愈伤组织直接发生器官的途径在以品种繁殖为 目的的离体培养中具有重要的实践意义。 研究表明，在叶肉细胞再生植株过程中，最初分裂细胞的第一次分裂轴向是十分 重要的。在不经过愈伤组织的器官分化中，这次平周分裂既是叶肉细胞的脱分化，同 时也是该细胞转变发育方式极性的确定。现在，有人把最先启动分裂的这些细胞称之 为感受态细胞。 三、起始材料对器官分化的影响 1．母体植株的遗传基础 表 1.1 不同基因型器官分化能力的比较 植物种类 及外植体类型 基因型 （品种/自交系） 愈伤组织 诱导率（％） 器官分化 率（％） 资料来源 大豆：上胚轴 汾豆 33 晋豆 19 晋遗 21 晋豆 11 汾豆 38 汾豆 17 汾豆 51 晋早 125 94 93 91 93 93 93 92 91 34 28 22 20 23 23 16 12 程林梅等，2001 甘薯：叶片 济南红 宁－331 千系－682 100 100 11 22 9 0 张宝红，1993 小麦：幼胚 鄂麦 12 鄂恩 1 号 89－11 绵阳 26 鄂 55072 荆 35 98 96 10 100 100 100 36 32 4 4 4 12 覃建兵和何光源， 2001 15