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【高中生物思维导图】植物组织培养技术

花匠小妙招
2024-09-24 18:45

植物组织培养技术

植物组织培养:是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配置的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。

原理:植物细胞具有全能性

全能性的定义:细胞经分裂分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其它各种细胞的潜能和特性。没有分化的细胞也具有全能性。注意:是可以分化成其它各种细胞。

全能性的大小:一般来说，分化程度越高，细胞的全能性越低。

具有全能性的根本原因:细胞中含有本物种的全部遗传信息。同一个体的细胞由受精卵有丝分裂而来，因此同一个体内的细胞都含有相同的遗传物质。

全能性的体现条件:离体培养;一定的营养，如维生素，无机盐等;激素，包括生长素和细胞分裂素;适宜的条件，如无菌无毒，适宜的温度，pH等。

第一步：选材:可以选基因工程获得的细胞;植物体细胞杂交获得的杂种细胞;植物体细胞;以及生殖细胞，如花粉。

接着开始消毒:用酒精擦拭双手和超净工作台台面，将流水充分冲洗后的外植体，先用70％的酒精消毒30秒，然后立即用无菌水清洗2到3次，再用次氯酸钠溶液处理30分钟后，立即用无菌水清洗2~3次。注意:若培养材料为花粉，则在花蕾期消毒。

消毒与灭菌不同，消毒是指用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。灭菌则是指用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物包括芽孢和孢子。

将消过毒的外植体置于无菌培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水分。用解剖刀将外植体切成0.5至1厘米长的小段。

将外植体接种在诱导愈伤组织的培养基中。这里的培养基为固体培养基，含有琼脂。培养基内的营养物质有水，无机盐，碳源和氮源。蔗糖作为碳源，氨基酸作为氮源。另外还含有植物激素，生长素与细胞分裂素的比例约等于1比1时，诱导愈伤组织形成。

培养基在使用前要用高压蒸汽灭菌法灭菌，整个过程要保证无菌无毒。接种外植体之后用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记。

将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18~22℃的培养箱中黑暗培养，培养过程需要适宜的条件，包括温度、pH、无菌条件等，最终诱导愈伤组织形成，这个过程叫做脱分化。

愈伤组织是指在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化，即失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成不定型的薄壁组织团块。愈伤组织具有分裂和分化的能力。

培养15 至20天后，将生长良好的愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成胚状体。这个过程叫做再分化。再分化的实质为基因的选择性表达。再分化的过程需要照光培养，光照会诱导叶绿素的形成，无光则会形成黄化苗。

除了照光外，还需要更换培养基，因为诱导愈伤组织形成的激素比例和诱导胚状体的激素比例不同。生长素与细胞分裂素的比例小于1时，有利于芽的分化，比例大于1时，有利于根的分化。先将愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上，长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上。

胚状体进一步发育会形成试管苗，这时若终止发育，在胚状体外包人工胚乳和人工种皮，就会形成人工种子。

试管苗形成后，接着就可以移栽入土。移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石换珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。

选材不同，获得得幼苗也不同。若培养的是基因工程细胞或杂种细胞，会获得新品种。

若培养的植物茎尖分生区，则会获得脱毒苗。

马铃薯、草莓和香蕉等通常是用无性生殖的方式进行繁殖的，它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。早在20世纪50年代，科学家就发现植物顶端分生区附近，如茎尖，病毒含量极少，甚至无病毒。因此，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。

组织培养技术还可用于快速繁育优良品种，只取原材料上的一小块组织或器官就能在短期内产出大量所需的优质植株，实现植物的规模化繁殖，这种技术被人们形象的称为植物的快速繁殖技术，也叫作微型繁殖技术。它不仅可以高效、快速的实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。

若选材时用植物的花粉，这个过程称为花药离体培养，获得的植物叫单倍体植株，然后经过秋水仙素或低温诱导染色体数目加倍，就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株，这极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。花药离体培养和染色体数目加倍的整个过程就叫做单倍体育种，这个过程属于有性生殖。

除了以上这些产品，植物细胞工程还有哪些应用呢？在植物的组织培养过程中，由于愈伤组织一直处于不断增殖状态，分裂旺盛，因此容易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变，我们可以用射线、化学物质等诱变因子处理，从而获得突变体，再从中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。注意，此时形成的新品种可能由于只有部分遗传物质改变而形成嵌合体。

最后，植物组织培养技术还可用于细胞产物的工厂化生产。

例如红豆杉属植物体内有一种次生代谢物名为紫杉醇，具有高抗癌活性。次生代谢物是指植物代谢产生的一些一般认为不是植物基本的生命活动所必须的产物。植物代谢可分为初生代谢和次生代谢，初生代谢是生物生长和生存所必须的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。传统生产紫杉醇的方法是从红豆杉的树皮和树叶中提取，但野生红豆杉是濒危植物，这种方法不利于对它们的保护。

由于植物细胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到，因此人们期望利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。它不占用耕地，几乎不受季节、天气的限制。将获得的愈伤组织转接液体培养基，使之维持在只分裂不分化的状态，获得细胞群，源源不断产生紫杉醇、紫草素等细胞产物。注意：更换液体培养基的目的一是使愈伤组织充分接触营养物质，二是可以溶解代谢产物。