离体条件下植物器官的发生Word文档格式.docx

离体条件下植物器官的发生Word文档格式.docx

《离体条件下植物器官的发生Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离体条件下植物器官的发生Word文档格式.docx（5页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

（二）再分化

离体培养的植物细胞和组织可以由脱分化状态重新进行分化，形成另一种或几种类型的细胞、组织、器官，甚至形成完整植株，这个过程（现象）称为再分化。

1.细胞水平的再分化

再分化中首先可见的是细胞壁变厚、假导管细胞的形成及酶水平的变化和明显的机能分化，从而形成各种类型的细胞。

2.组织水平的分化

当愈伤组织在高水平生长素条件下，最常见的是维管组织的分化。

松散的愈伤组织内含有大量拟分生组织或瘤状结构。

致密的愈伤组织内组织分化很少，大多由高度液泡化的细胞组成。

3.器官水平的再分化

又称为器官发生。

再分化的组织可形成各种器官，如根、茎或芽、叶、花以及多种变态的器官（如鳞茎、球茎、块茎等）。

根据起源不同，器官发生可分为器官型和器官发生型。

前者直接由外植体的细胞形成器官原基，继而发育成器官；

后者由外植体先形成愈伤组织，再由愈伤组织产生不同的器官原基。

在有些情况下，器官是由切下的外植体中已存在的器官原基发育而成的，但大多数是经分化重新形成的。

离体培养下的器官原基的形成过程是：

外植体脱分化（可能形成愈伤组织）后形成一些分生细胞团，随后由之分化成不同的器官原基。

从解剖学角度来看，这些分生细胞团通常是由一个或一小团分化细胞分裂而形成的的，其细胞内充满稠密的原生质，细胞核显著增大。

这些分生细胞团形成一段时间后，在器官纵轴上出现单向性，进一步形成器官原基。

需要指出的是，分生细胞团的出现并不一定导致器官发生，有时可能继续形成愈伤组织或分生成维管组织。

4.植株再生

根和茎（包括其变态器官）或芽器官的发生可使植株重建。

在离体培养中通过根、茎发生而形成再生植株的方式大致有三种：

①芽产生后，芽的基部长根形成小植株；

②先形成根，根上再出芽；

③愈伤组织的不同部位分别形成芽和根，然后形成维管组织把两者结合起来形成一个植株。

一般而言，离体培养中先形成芽后，其基部很容易形成根，而培养物如先形成根，则往往抑制芽的形成，所产生的根、芽一般为不定根、不定芽。

一些具有变态茎、叶器官的植物，离体培养时易于形成相应的变态器官，如百合和水仙鳞茎切块培养中可见由分化的芽形成的小鳞茎。

离体培养中再生植株的主要途径是器官发生和胚胎发生，而原球茎发生、绿色球状体发生、球状茎原基发生、外植体已存在的器官原基萌发等再生途径由于与器官发生有较密切联系，将之归入广义上的器官发生途径。

原球茎发生是兰科等植物离体培养中特有的植株再生途径。

原球茎是兰花种子发芽过程中一种形态学构造。

种子萌发初期并不出现胚根，只是胚逐渐膨大，以后种皮的一端破裂，肿胀的胚呈小圆锥状，故称为原球茎。

因此，原球茎可理解为缩短的、呈珠粒状的、由胚生细胞组成的、类似嫩茎的器官。

在兰科等植物的离体培养中，常从茎尖或侧芽甚至叶片的培养中产生这样的原球茎。

从一个芽的周围能产生几个到几十个原球茎，培养一段时间后，原球茎逐渐转绿，长出毛状假根，叶原基发育成幼叶，转移至生根培养，即可形成完整再生植株。

原球茎本身也可以不断增殖，只要在原球茎转绿之前将之切割成小块或给予针刺等损伤，再转移到新鲜的增殖培养基上，就可增殖出更多原球茎。

GGB发生途径是蕨类植物离体培养中出现的。

GGB是一种绿色的球状体，结构与兰花的原球茎相似，可以增殖，并可在一定条件下诱导成苗。

在蕨类植物的工厂化生产中，GGB发生途径比不定芽发生途径的生产效率高得多。

茎原基增殖（MSP）途径在菊科等一些植物中诱导成功，它可能与GGB类似。

腋生枝萌发是离体条件下促进腋芽或顶芽生长，并通过不断切割增殖而得到大量嫩茎，再转移到生根培养基长根后形成完整植株。

这种方式也称“无菌短枝扦插”或“微型扦插”，由于不经愈伤组织而再生，极少发生变异，是最能使无性系后代保持原品种特性的一种繁殖方式。

二、影响细胞脱分化和再分化的因素

（一）影响细胞脱分化的因素

植物离体培养中，细胞脱分化与外植体本身以及环境条件有关，影响的因素主要有：

①损伤。

外植体由于切割损伤的刺激，导致细胞内一系列生理生化的变化，促使细胞增殖，这可能是生命的一种自我调节机制。

②生长调节剂。

主要是生长素类起作用，因而在诱导愈伤组织时常加入生长素类，但同时配合使用细胞分裂素则效果可能更好。

③光照。

弱光或黑暗条件常有利于脱分化中的细胞分裂。

④细胞位置。

外植体本身的各类细胞可能对培养条件的刺激有不同的敏感性。

⑤外植体的生理状态。

不同生理年龄和不同季节都会有不同的培养反应。

⑥植物种类差异。

不同种类的材料脱分化难易有所区别，一般情况下，双子叶植物比单子叶植物及裸子植物容易。

（二）影响细胞再分化的因素

从理论上讲，各种植物的活细胞都具有全能性，在离体培养条件下均可经过再分化形成各种类型的细胞、组织、器官以及再生植株。

但实际上，目前还不能让所有植物的所有活细胞都再生植株。

主要原因是：

①不同植物种类再分化的能力差异很大；

②对某些植物的植株再生条件还没有完全掌握。

影响细胞再分化的因素与影响脱分化的因素基本一样。

三、愈伤组织培养

（一）愈伤组织形成、生长和保持

1.愈伤组织的形成

在脱分化过程中，大多数情况下形成愈伤组织。

愈伤组织的细胞结构往往是异质性的，无明显极性，其形成过程可分为诱导期、分裂期和分化期。

（1）诱导期

诱导期又称启动期，是愈伤组织形成的起点，是指细胞准备进行分裂的时期。

当外植体上已分化的活细胞在外源激素和其他刺激因素的作用下，细胞的大小虽然变化不大，但其内部却发生了生理生化变化，如合成代谢加强、迅速进行蛋白质和核酸的合成。

诱导期的长短因植物种类、外植体的生理状况和外部因素而异，如菊芋的诱导仅需1d，胡萝卜则要几天。

（2）分裂期

此时，外植体的外层细胞出现了分裂，中间细胞常不分裂，故形成一个小芯。

由于外层细胞迅速分裂使得这些细胞的体积缩小并逐渐恢复到分生组织状态，细胞进行脱分化。

处于分裂期的愈伤组织的共同特征是：

细胞分裂快，结构疏松，缺少有组织的结构，颜色浅而透明。

如果在原培养基上培养，细胞将不可避免的发生分化，产生新的结构，而将其及时转移到新鲜培养基上，愈伤组织可无限制地进行细胞分裂，维持其不分化的状态。

（3）分化期

停止分裂的细胞发生生理代谢变化而形成不同形态和功能的细胞组成的愈伤组织，在细胞分裂末期，细胞内开始发生一系列形态和生理变化，导致细胞在形态和生理功能上的分化，出现形态和功能各异的细胞。

必须指出，虽然根据形态变化把愈伤组织的形成分为三个时期，但实际上它们并不是严格区分的，特别是分裂期和分化期，往往可以在同一组织块上出现。

2.愈伤组织的生长

诱导期后，外植体外层细胞开始出现分裂，在组织受伤表面形成一种创伤形成层，愈伤组织的细胞数目迅速增多。

如一个菊芋外植体在25℃下培养7d，细胞数目可以增加10倍以上，但鲜重仅增加1倍，说明细胞分裂的速率大大超过细胞伸长的速率，结果使单个细胞的平均重量下降，细胞体积变小，这是愈伤组织生长的普遍现象。

但如果降低温度，可以使细胞生长速度减慢，细胞的平均大小增加。

另外，培养基的成分也会影响细胞大小，在含有2，4-D的培养基中加入椰乳，则分裂的细胞体积更小。

愈伤组织在生长过程中会发生以下生理变化：

①在诱导期和分裂期，每个分裂细胞中的RNA含量迅速增加，并达到一个高峰，但在继续分裂过程中，RNA的含量减少。

②同工酶谱发生变化，如菜豆的谷氨酸脱氢酶谱带在继代培养后，由原来的5条变为单带，到培养末期才逐渐恢复到5条。

③连续继代培养可能改变次生物质的积累水平或能力，如天仙子培养物中生物碱的成分和含量随着连续继代而变化。

但培养物无法积累特殊物质并不意味着生化合成能力的丧失，仅仅说明在培养条件下这种能力无法表现，这是由于在继代培养过程中有关酶的破坏所致。

④延长培养期可能使愈伤组织对生长素的需求发生变化，导致生长素的自给或自养，出现驯化现象。

如菊芋培养中，继代培养对激素的要求不同于初代培养，初代培养中，IAA浓度达10-5mol/L时，培养材料达到最大生长量，而第二代培养为10-6mol/L，第三代培养则降至10-7mol/L。

同样现象也在胡萝卜薄壁组织培养对IAA的要求、葡萄形成层组织培养对NAA的要求中发现。

这种生长素要求情况的变化也因植物种类和培养基的组成而异，一般1年以上或继代培养10代以上时，即使没有生长素也能很好地生长，如柑橘等植物的原生质体培养中，愈伤组织的培养正是利用驯化作用，逐渐降低激素用量，最终使愈伤组织在无激素培养基上很好生长。

驯化状态的细胞与正常状态的细胞是可以相互转变的。

愈伤组织的质地明显不同，有松脆和致密两种类型，但它们之间是可以相互转变的。

一般，加入较高浓度生长素，可使致密的愈伤组织变得松脆；

而降低或去除生长素或加入高浓度的细胞分裂素，往往使愈伤组织变得致密。

3.愈伤组织的保持

大多数情况下，随继代培养代数的增加和培养时间的延长，愈伤组织表现出生长势下降、褐变、分化和形态发生能力逐渐降低甚至出现死亡或形态发生能力完全丧失。

这种情况的发生主要是遗传和生理因素所致。

前者包括染色体畸变、基因突变等；

后者是细胞或组织内激素平衡的改变或细胞对外源生长物质的敏感性的改变。

因生理因素导致的形态发生能力下降可通过改变培养条件而得以恢复。

在一些情况下，愈伤组织可以长期得到保持。

如柑橘珠心组织和胚乳的愈伤组织、龙眼幼胚和花药的胚性愈伤组织，经过十多年继代培养，仍然保持强烈的体细胞胚胎发生能力。

从现有资料看，胚性愈伤组织较易长期保持，而非胚性愈伤组织长期保持难度较大。

能够长期保持的愈伤组织，除了跟基因型有关外，还与生理状态和继代培养方式密切相关。

柑橘经过驯化的胚性组织才能够长期继代保持，龙眼胚性愈伤组织必须在两种不同性质的继代培养基中交替培养才能得到长期保持。

（二）愈伤组织形态发生

愈伤组织生长过程中，开始细胞分裂局限在外层细胞，当表面细胞分裂逐渐减慢并停止时，内部较深处的细胞才开始分裂，且分裂的方向也发生改变，形成了维管化组织和瘤状结构，这是愈伤组织生长的一个共同特征。

很多情况下，它们往往变成生长中心，但不进一步分化，并从它们的周围产生薄壁细胞，结果形成一种“泡沫球”增殖物，这仍然是生长活跃的愈伤组织的特点，随后这些小疣状物可以经历另一个发育过程，才能出现器官分化和体细胞胚状体的发生，关于这一过程的变化，目前积累的资料还不多。

由愈伤组织再分化的形态发生方式也有体细胞胚胎发生和器官发生两种，后者具体包括：

①先形成芽，后在芽基部长根；

②先形成根，再从根基部形成芽；

③在愈伤组织不同部位分别形成芽和根，然后根、芽的维管束接通形成完整植株；

④仅形成芽或根，如茶树的花粉愈伤组织诱导器官分化时，往往只形成根，而芽的发生则十分困难。

愈伤组织也可以通过体细胞胚胎发生的方式再生植株。