【视频】植物组织培养概述 | 组织培养

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在本视频中，我们将回顾几种植物组织培养的方法。

植物组织培养

植物的三种基本能力

植物细胞全能性（totipotency），指的是植物的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息，从而具备发育成完整植株的遗传能力。植物细胞全能性是植物组织培养的理论基础。

为什么植物细胞具有全能性呢？我们知道，一个植物体的全部细胞，都是从受精卵经过有丝分裂产生的。受精卵是一个特异性的细胞，它具有本种植物所特有的全部遗传信息。因此，植物体内的每一个体细胞也都具有和受精卵完全一样的DNA序链和相同的细胞质环境。当这些细胞在植物体内的时候，由于受到所在器官和组织环境的束缚，仅仅表现一定的形态和局部的功能。可是它们的遗传潜力并没有丧失，全部遗传信息仍然被保持在DNA的序链之中，一旦脱离了原来器官组织的束缚，成为游离状态，在一定的营养条件和植物激素的诱导下，细胞的全能性就能表现出来。于是就象一个受精卵那样，由单个细胞或离体组织形成愈伤组织然后成为胚状体，再进而长成一棵完整的植株。所以离体培养之所以能够成功，首先是由于植物细胞具有全能性的缘故。

已分化的细胞经过诱导后失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程叫脱分化（dedifferentiation）。

脱分化与再分化是植物组织培养的重要过程。

已分化的细胞，当受到创伤或进行离体培养（也受到创伤）时，已停止分裂的细胞又重新恢复分裂，细胞改变原有的分化状态，失去原有结构和功能，成为具有未分化特性的细胞的过程称脱分化，又称去分化。

在动物中，脱分化的细胞具有胚胎间质细胞的功能。

在植物中，一些分化的细胞经过细胞分裂素的诱导，可以脱分化为具有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织（callus）。愈伤组织在一定的培养条件下，又再分化出幼根和芽，形成完整的小植株。整个过程称为植物组织培养。植物组织培养中脱分化阶段需要避光培养。

植物组织培养（plant tissue culture）的理论根据是植物细胞的全能性。但是，在一个完整的植株上，各部分的体细胞只能表现一定的形态，承担一定的功能，这是由于受具体器官或组织所在环境影响的缘故。

植物体的一部分一旦脱离原来所在的器官或组织，成为离体状态时，在一定的营养、激素等外界条件下，植物细胞就会脱分化、再分化，进而表现出全能性。在组织培养的过程中，外植体（指从植物体上切下来的离体器官或组织）会进行细胞分裂，形成新的组织。不过，这种新生成的组织没有发生分化，细胞排列疏松且无规则，高度液泡化，是一团无定形的薄壁细胞，称为愈伤组织。这种原来已经分化，并且具有一定功能的体细胞（或性细胞），丧失了原有的结构和功能，又重新恢复了分裂功能，就叫做植物细胞的脱分化。[2]  分化细胞脱分化后细胞结构有两点明显的变化：一是在细胞内出现液泡蛋白；二是叶绿体转变成原质体。不同植物种类的材料，脱分化的难易程度不同。一般说来，双子叶植物比单子叶植物和裸子植物脱分化容易，而与人类生活关系密切的禾本科植物脱分化则较难。将处于脱分化状态的愈伤组织移植到合适的培养基（分化培养基）上继续培养，愈伤组织就会重新进行分化，并形成具有根、茎、叶的完整植株。这个过程就叫植物细胞的再分化。

已经脱分化的愈伤组织在一定条件下，再分化出各种组织器官，或进一步形成完整植株，这一过程叫作再分化(redifferentiation)。细胞再分化过程事实上是基因选择性表达与修饰的人工调控过程。

植物的组织，甚至单个细胞都具有再生能力（competency）。在植物组织中，尤以分生组织的再生能力更为明显。

从薄荷、马铃薯、兰花的茎端切下生长点，接种在合适的培养基上，均能再生出完整植株。如果用手术的方法，将茎端分生组织劈切成两半，或分切成几块，则每一部分仍可重建成一个完整的苗端，最后各自发育成一个枝条。如果把洋紫苏茎切一楔形缺口，以切断上下维管束的联系，此后在维管束之间的皮层薄壁组织细胞或髓细胞会再分化出木质部分子和韧皮部分子，使中断的维管束重新连接起来。

植物再生中，最引人注目的是单个营养细胞的再生。1955年 F.C.斯图尔德从胡萝卜根的韧皮部中分离细胞，然后培养在液体培养基中,这些细胞开始伸长和分裂,产生出不规则的细胞团，其中一部分获得极性，并发育成类似胚的胚状体。再将它们由液体培养基转移到固体培养基上，即发育成幼小的植物体。经移栽到花盆内生长和发育一段时间后，还能开花结实。

施用植物激素或生长调节物质会加速插枝的生根或离体培养组织的分化。激素的种类、相对和绝对浓度能影响根和芽再生的先后，提示体内激素平衡与再生过程关系密切。

孢子植物中，从单细胞的藻类到多细胞的苔藓植物和蕨类植物，都有再生能力。如伞藻，为一种分化过程相当高的单细胞绿藻，每个藻体的基部具假根，顶端为一圆形的帽状体，中间由柄相连，细胞核通常位于假根中。当切除帽状体及一部分藻柄后，又再生出一个新的帽状体。如果将一部分具核的假根切除，帽状体仍然可以再生（见细胞分化）。

各种真菌也有广泛的再生能力，如香菇等，当子实体的某些部分被破坏或分离后，一般仍能重建成正常的子实体。

苔藓植物中，苔纲的再生能力最为明显。它们的离体假根、叶片、蒴柄和孢蒴等均能再生出新的原丝体或芽胞，最后发育成完整植株。

植物组织培养影响因素

• 培养基
• 环境因素
• 遗传因素
  
• 其他原因

植物培养系统类型

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