本课程主要讲授内容
? 植物组织培养含义
? 组织培养类型。
? 组织培养的发展简史。
? 组织培养技术。
? 组织培养在农业上的应用。
本课程学习要求
掌握基本原理
掌握基本概念
了解开展组织培养工作的基本设施
掌握植物组织培养基本的操作技术
掌握植物组织培养在植物快繁脱毒等方面的应用
第一章 绪论
主要内容
植物组织培养
组织培养的类型
植物组织培养的发展简史
植物组织培养在农业上的应用
一、什么是植物组织培养
What Is Tissue Culture?
Or in vitro culture?
Or micropropagation?
Or more recently Biotechnology?
植物组织培养 （ Tissue culture） 是指
用 无菌 方法使植物体的离体器官, 组
织和细胞在 人为提供的条件下 生长和
发育的所有培养技术的总称, 也称之
为离体培养 （ In vitro culture） 。
定义（ Definition）：
也定义为：
利用植物体的器官, 组织或细胞,
通过无菌操作接种于 人工配制的培
养基 上, 在一定的光照和温度条件
下进行培养, 使之生长发育的技术
称为植物组织培养
Characteristics of
Plant Tissue Culture Techniques
1,Occur on a micro-scale.
2,Environmental conditions optimized
(nutrition,light,temperature).
3,All microbes (fungi,bacteria,viruses,and
nematodes are excluded).
4,The normal pattern of plant development
breaks down giving rise to callus,adventitious
roots,shoots,and embryos.
5,Ability to grow as single cells (protoplasts,
microspores,suspension cultures)
6,Plant cells are totipotent,able to regenerate a
whole plant.
Totipotency（ 细胞全能性） - Each cell of a
multicellular organism contains all of the genes
needed to form the whole plant.
指细胞能够发展成为一棵完整植株的潜能
二、植物组织培养的类型
愈伤组织培养
细 胞 培 养
器 官 培 养
原生质体培养
最为常见的组织培养
悬浮细胞培养
单细胞培养
胚、胚乳、珠心、子房、根、茎、
叶、花和幼果的部分组织的培养
?按材料的类别分
愈伤组织
外植体（ Explants）
由活植物体上切取下来的可以用于组织培养
的组织或器官。
?Explant - Plant part used to initiate
a tissue culture,e.g,embryo,shoot
meristem,microspores,leaf,flower
petals,etc.
几个概念
初代培养（ Primary culture）
指外植体的最初培养。
继代培养（ Subculture）
将初代培养得到的培养体移植于新鲜培养基
中这种反复多次移植的培养，称为继代培养。
?按培养方法分为
固体培养
液体培养
看护培养
微室培养
包埋培养
?按培养过程分为
初代培养
继代培养
三、植物组织培养的发展简史
? 探索阶段（ 1902-1929年）
? 组培方法和定义的建立阶段（ 1930-1939年）
? 细胞全能性的证实阶段（ 1940-1959）
? 组培技术和理论迅速发展阶段（ 1960-1979）
? 组培技术在生产上广泛应用阶段（ 1980-今）
五个阶段
1,探索阶段（ 1902-1929年）
Haberlandt：
观点：
贡献,提出细胞全能性
小野芝麻和凤眼兰的栅栏细胞和虎 眼万年青属表皮细胞
无分裂
细胞高度分化 +培养基中无生长激素
首次进行离体细胞培养
高等植物的组织和器官可以分割成单个细胞
Knop+蔗糖
,关于单离植物细胞培养实验,
?我愿意指出：在我的
培养实验中，虽然经常
观察到细胞的明显生长，
但从未观察到细胞分裂。
发现单细胞培养的条件，
将是未来培养试验的难
题。在未来，人们可以
成功地从营养细胞培养
出人工胚。
1904年, Hanning胚培养：培养萝卜和辣根
菜的胚，得到植株
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。
2,组培方法和定义的建立阶段（ 1930-1939年）
1934年,White番茄根建立第一个植物无性系。
当根 2厘米长－切成 0.5-1厘米 切断,无菌 液体培养 －完全
相同的 离体根 －根离体培养真正成功。
提出植物细胞全能性假设。
1934年,Gautherete培养山毛杨、黑杨形成层组织产生了 Callus
1937年,White发现 3种 B族维生素和 IAA对植物生长有用
1939年,Gautherete培养胡萝卜根小外植体成功
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
组织培养的奠基人
3,细胞全能性的证实阶段（ 1940-1959）
1943年,White植物组织培养手册, A Handbook
of Plant Tissue Culture》,标志组织培养
成为一门新兴学科
1946年,罗士韦在菟丝子茎尖培养地观察到花
的形成，为试管受精奠定了基础
1948年,Skoog和崔真培养烟草茎段时，发现腺
嘌呤或腺苷可解除生长素对芽生长的抑
制作用,腺嘌呤 /生长素 高，生芽；低，
生根；相等，不分化。
1952-1953年,美国科学家 Steward F.C,用胡萝
卜根的细胞悬浮培养,发现单个细胞 能象受精卵
发育成胚一样的途径，发育成完整植抹。证实了
植物细胞全能性学说。
1952年,Morel和 Martin首次报道茎尖分生
组织的离体培养，获得无病毒大丽花植株。
1954年,Muir将 烟草愈伤组织置于固体培养基
上，在其上放一片滤纸，再在滤纸片上放上一
个烟草体细胞,单细胞培养 成功 。
1956年,Miller分离出 Kinetin,Kinetin / 生长素
4,组培技术和理论迅速发展阶段（ 1960-1979）
?1960年以来组织培养理论、实践、技术和方
法不断完善和发展，形成独具特色的专业技
术
?在实验技术上建立了较完整的实验程序，已
成为一种重要和精细的实验技术
?组织培养已广泛应用于生物学的许多分支学
科，并取得 丰硕的成果 。
4.1原生质体培养
1960年,Cocking酶解法分离原生质体获得成功。 使植
物细胞可以象动物细胞一样进行细胞融合。
1971年，日本 takebe和 Nagata首次利用烟草叶片分离
原生质体并获得再生植株。
我国 获得了 30个以上品种的原生质体再生植株，其中
包括难度较大的重要粮食作物和经济作物大豆、水稻、
玉米、小麦、谷子、高梁、大麦、棉花、油莱、马铃
薯等
4.2 细胞融合与体细胞杂交
1972年，美国 Carlson诱导粉蓝烟草和郎氏烟草的原生
质体融合得到 种间体细胞杂种 －第一株体细胞杂种。
1978年,有性杂交不亲和的番茄 /马铃薯间的体细胞杂
交获得了 杂种植株 (Melchers)。随后获得了地上结番茄，
地下生马铃薯的杂种植物。
1985年,马铃薯的栽培品种与野生种的体细胞杂交，
得到了抗晚疫病和卷叶病的 体细胞杂种 (Austin)。
4.3 胚胎培养和试管受精
避免 受精后胚乳发育不良 或因 种胚与胚乳间不亲和 而
致使杂种胚夭折,及时分离幼胚 接种在 无激素培养基
上使之 直接成苗,这就是 胚挽救 。
大大提高远缘杂交的成功率 。
印度科学家 在裁培种菜豆、黄麻和花生的远缘杂交中
获得了理想的重组体。
中国农科院蔬菜所 培养结球甘蓝和大白菜的杂种胚得
到了种间杂种。
4.4 组织及细胞培养生产有用物质
Arregnin和 bonner在 1950年首先进行了 培养橡胶茎愈伤组织获
取橡胶的尝试 。
近 50年来飞速的发展。从 400多种植物培养细胞中分离到 600多种
次级代谢产物,其中 60多种在含量上 超过或等于其原植物, 20种
以上干重超过 1％。
在日本,人参细胞培养 已达 130600L发酵罐；德国用 1000L发酵罐
培养毛地黄细胞 ；在我国，人参细胞培养技术也已实现产业化。
利用培养细胞的生物转化能力生产 高值化合物,德国科学家进行
了出色的研究。他们在毛地黄细胞的培养中加入生物合成途径的
中间化合物毛地黄毒素 和 ?一甲基毛地黄毒素,培养细胞以几乎
100％的转化速率使之 羟基化,变为医药 强心剂地高辛 。
4.5 单倍体育种
1964年, 印度的 Guba和 Meheshiwari培养毛叶曼陀罗花
药获得了第一棵单倍体植株 。
我国于 1970年开始这方面的研究, 取得了很大的成果 。
40种以上植物获得单倍体植株, 其中小麦, 玉米, 橡胶
树, 杨树, 辣权, 油菜, 柑桔, 甘蔗, 大豆, 葡萄和苹
果等的单倍体植株为我国首创 。 通过单倍体育种获得了
水稻, 小麦, 烟草, 辣椒和甜樱新品种 。 中花 8号, 9号
等 15个水稻新品种, 总种植面积达 1000万亩 。
通过花粉和花药培养已获得了 几百种植物 的单倍体植株 。
? 花药培养,中花 8号水稻, 京花 1号小麦 。
? 体细胞无性系变异,我国已经培育出 抗白叶
枯病及赖氨酸, 甲硫氨酸, 异亮氨酸, 丝氨酸
和酪氨酸含量高于亲本系的水稻变异体 。
? 突变体诱导和筛选 细胞突变体的筛选最早始于
1959年, G,Melchers在 金鱼草悬浮细胞培养
中获得了 温度突变体 。 迄今为止, 不少于 15个
科, 45个种的植物细胞培养中筛选出 100个以
上的细胞突变体或变异体, 有 抗病 细胞突变体,
逆境胁迫抗性 突变体, 抗除草剂细胞 突变体及
营养缺陷型 细胞突变体等 。
5,组织培养在生产上广泛应用阶段（ 1980年 -今）
?植物快速繁殖技术
60年代，法国的 Morel用 茎尖培养 的方法大量 繁殖兰花
获得成功。植物 快速繁殖技术, 试管苗工厂化生产 和 无
病毒种苗生产技术 在 70年代得到了快速的发展。
美国、法国、意大利、荷兰等欧美国家 试管苗的年产量
均在数千万株以上，并且以每年 7％ -8％的速度增加。
我国快速繁殖和无病毒种苗生产的研究始于 70年代，
到,七五”期间研究 成果开始向应用转化 并大见成效。
马铃薯无毒种薯 和 甘蔗种苗 已在生产上大面积种植。
?体细胞胚胎发生和人工种子
1958年,Reinert在胡萝卜的组织培养中 最先发现了体
细胞胚胎 (胚状体 )。 水稻、小麦、玉米等 100多种植物
（ 43科,92属）能通过离体培养产生胚状体。
1977年,Murashige第一次提出人工种子构想。 把胚状
体包埋在胶囊内形成球状结构，使其具有种子的机能
并可直接播种于田间。
80年代初，美、日、法等国相继开展了人工种子的研
究，并且在 胡萝卜, 苜蓿、芹菜、花椰菜、莴苣、花
旗松 等植物上获得了初步的成功。
我国人工种子的研究开始于,七五”期间，并且被列
人了,863高技术研究发展计划,。
? 组织细胞培养物的超低温保存及种质库的建立
植物细胞 全能性 的发现和证实，为植物的种质资源的长
期保存开辟了一条新途径。
许多植物的 组织培养物在液氮中超低温保存 以后，仍然
能保持很 高的存活率, 并且能再生出新植株和保持原来
的遗传特性。
如胡萝卜和烟草的 悬浮细胞超低温保存 6个月 以后仍然
能恢复生长并分化出植株。
四、植物组织培养在技术上的发展
?研究材料范围逐步扩大
?培养方法逐步完善
?培养基不断改进
?实验手段逐步完备
胚、胚轴、子叶、幼苗、茎尖、根、叶等；
动物细胞 +植物细胞 /微生物原生质体
固体培养发展到液体振荡或旋转培养
悬浮培养、液滴培养、双层培养、包埋培养
White培养基,MS培养基,MT培养基等
五、植物组织培养在农业上的应用
?快繁：人工种子、茎尖培养
?脱毒：微芽嫁接、茎尖培养
?克服杂交不亲和：花药培养、细胞
融合
?种质资源保存和交换：愈伤组织培
养、茎尖培养
?倍性育种：花药培养、胚乳培养
?突变体筛选：愈伤组织培养
?创造新种质：细胞融合
?克服胚败育：胚培养
?植物性药物和生物制品的生产
思考题
1.概念：植物组织培养、愈伤组织、外植物体
2.为什么说愈伤组织是最为常见的培养方式？
3.组织培养的类型有哪些？
4.组织培养在农业上的应用有哪些？
5.器官分化与激素的关系。
6.在组织培养技术的发展中做出巨大贡献的人。
