细胞工程第一部分

细胞工程第一部分知识总结，包括离体培养条件下的遗传和变异特点、器官发生、体细胞胚胎发生三部分内容。

细胞工程第一部分

• 离体培养条件下的遗传和变异特点
  • 离体培养中遗传的稳定性
    • 细胞学基础
      • DNA半保留复制
      • 染色体的均等分裂
    • 无性繁殖体系的建立
      • 准确选择培养方式
      • 可提高遗传稳定性
  • 离体培养中变异的特点
    • 变异的普遍性
      • 变异发生在各种培养类型中
      • 不同培养类型变异频率不同
    • 变异的局限性
      • 变异表型
        • 植株形态、生长势、育性、某些抗性等性状的变异
      • 生理生化特性
        • 容易出现同功酶谱、次生代谢的消长
      • 显性与隐性
        • 一些单基因控制的性状不仅发生隐性突变，也发生显性突变
    • 嵌合性
      • 指遗传组成不同的细胞同时存在于同一有机体中
      • 体细胞变异常以嵌合体的形式存在,嵌合体必须通过分离培养才能纯化
  • 影响体细胞遗传与变异的因素
    • 培养材料
      • 供体植物—遗传背景
      • 供体植物—生理状态
    • 培养基（激素）
    • 培养方式
      • 体细胞变异频率：悬浮培养 > 固体培养 原生质体培养 > 细胞培养 > 组织器官培养
      • 愈伤组织继代时间越长，继代次数越多，细胞变异机率越高
      • 再生植株的遗传稳定性：体细胞胚胎发生途径 > 器官发生途径
• 器官发生
  • 概念
    • （organogenesis）是指离体植物的组织或细胞团（愈伤组织）在组织培养条件下分化形成不定根（adventitious roots）、不定芽（adventitious shoots）等器官的过程
  • 器官发生途径的方式
    • 按照发生过程分类
      • 直接器官发生：外植体在组织培养条件下直接分化成器官
      • 间接器官发生
        • 外植体在组织培养条件下先脱分化形成愈伤组织，然后再分化形成器官
        • 阶段
          • 外植体诱导愈伤组织形成
          • “生长中心”形成（拟分生组织）
            • 拟分生组织往往成为细胞分裂的中心，其出现是分化期的显著标志
          • 器官原基及器官形成
    • 按照发生顺序分类
      • 先芽后根
      • 先根后芽
      • 根芽同时
    • 关键是器官原基的形成
  • 影响因素
    • 培养材料
      • 母体植株的遗传基础
      • 外植体的类型及生理状态
      • 愈伤组织本身的年龄
    • 培养基
      • 基本培养基类型
      • 植物激素
        • 生长素是启动细胞分裂的重要激素
        • 细胞分裂素使已脱分化细胞保持持续的有丝分裂。
        • 必须协调使用才能再生正常个体
          • 标注
      • 有机添加物
    • 培养条件
      • 光照
        • 连续光照有利于细胞维管组织的形成，一定的昼夜光照周期有利于极性建立和形态发生
      • 温度
        • 多为24-28ºC
    • 基因调控
      • 同源框(homebox)基因
        • 子主题
      • 细胞周期基因
        • cdc2基因对分生组织的形成和维持分生组织状态均有重要作用
        • 表达部位处于分生组织的外层细胞
        • 表达高峰发生在不定芽形成的过程中
• 体细胞胚胎发生
  • 概述
    • 定义：植物体细胞胚胎（somatic embryo，简称体胚，也称作胚状体 embryoid），是指离体培养的细胞（体细胞或生殖细胞）没有经过受精过程所形成的胚的类似物，并能经过胚胎发育过程形成个体
    • 含义
      • 存在
        • 体细胞胚胎—离体培养
        • 无融合生殖胚—自然界
      • 起源
        • 体细胞胚胎起源—体细胞
        • 合子胚起源—合子细胞
      • 关键
        • 体细胞胚胎发生关键—体细胞胚胎的形成
        • 器官发生关键—器官原基的形成
  • 体细胞胚胎的发育特点与结构特点
    • 发育特点，与合子胚比较
      • 不同步化
      • 畸形胚
      • 超前萌发
    • 结构特点，与器官发生比较
      • 极性
        • 体细胞胚胎——双极性（从两端分化出茎端和根端）
        • 器官发生——单极性
      • 与维管组织的联系
        • 体细胞胚胎——与外植体的维管组织无直接联系或联系少
        • 不定芽或不定根——总是与愈伤组织相联系
      • 起源
        • 体细胞胚胎发生——单细胞
        • 器官发生——不一定
  • 发生方式
    • 直接体胚发生方式
    • 间接体胚发生方式（常见）
      • 从愈伤组织形成
        • 第一阶段：外植体 —— 愈伤组织
        • 第二阶段：愈伤组织非胚性 —— 胚性
        • 第三阶段：体细胞胚形成
        • 关键：胚性愈伤组织的形成
      • 从悬浮细胞中形成
        • 产生数量非常大
        • 胚性细胞团连续增殖方式：细胞增殖与细胞团离散
  • 应用—人工种子
    • 人工种子(artificial seed)指通过植物组织培养方法获得发育完全的繁殖体（体细胞胚或不定芽等），将其用适当方法保护起来形成一种类似于天然种子并能代替天然种子传播的结构
    • 繁殖体类型及生产技术
      • 体细胞胚胎生产技术
      • 芽繁殖体的培养技术
      • 微型变态器官培养技术
    • 人工种子的包被
  • 生化与分子基础
    • 内源激素
      • 外源2,4-D和NAA比IAA诱导体细胞胚效果好，外源 IAA 对内源 IAA 合成有反馈抑制是其根本原因
      • 生长素对体细胞胚后期发育的影响是通过极性运输实现的
    • 特异蛋白
      • 水溶性蛋白明显增加
      • 伴随体细胞胚发育的特异蛋白
    • 调控基因
  • 影响因素
    • 培养材料
      • 基因型
      • 外植体类型
      • 个体发育年龄
      • 愈伤组织状态
    • 培养基
      • 外源激素对体细胞胚胎发生的调控
        • 常用2,4-D诱导体胚，待体胚形成后，去掉或降低其浓度促体胚发生，球形胚期形成的生长素极性运输对于体细胞胚的进一步发育尤为重要
      • 培养基中其它组分
    • 培养条件
      • 光照条件
      • 培养密度
  • 优越性
    • 数量多
    • 速度快
    • 结构完整
    • 遗传相对稳定