植物的人工繁殖

介绍了植物的人工繁殖，主要包括植物组织培养和人工种子的详细操作过程，是细胞工程学的内容，希望能够给各位带来帮助。

植物的人工繁殖

• 植物组培
  • 细胞全能性（totipotency）：分化细胞保留着全部的和基因组，具有生物个体生长发育全部的遗传信息，具有发育成完整个体的潜能。
  • 细胞分化：细胞在形态 结构和功能上发生差异的过程，包括时间和空间上的分化
  • 脱分化：已分化细胞，失去特有的结构和功能变成未分化细胞的过程，（在适当的条件下转变成胚性状态而重获分裂能力）
  • 愈伤组织：脱分化以后植物细胞经过分裂产生无组织结构、无明细那记性的松散细胞团
  • 再分化：离体条件下，无序生长的脱分化细胞在适当条件重新进入有序生长和分化状态
  • 脱分化和再分化的关系
    • 植物组培通过脱分化和再分化实现
    • 脱分化是细胞全能性的前提，再分化是最终表现
  • 植物组培（plant tissue culture）
    • 定义：将职务的器官、组织、细胞或者原生质体等外植体材料，无菌条件下培养在人工培养基，在适当的条件长成完整植株
    • 植物组培优点
      • 周期短
      • 占用空间小，不受地区、季节影响
      • 可繁殖珍稀、濒危苗木和突变体，培育优良品种
      • 利于保存原来品种的特性
    • 应用
      • 快速繁殖
      • 种苗脱毒
      • 突变育种
      • 基因工程育种
      • 远缘杂交
    • 植物组培的技术
      • 条件
        • 生物条件
          • 外植体（Explant）主要用于离体培养的植物或组织切段
          • 因素：不同植物品种；同一品种不同部位、发育阶段。一般取材生长点、幼嫩组织
        • 物理条件
          • 无菌环境；人工控制温光湿
        • 化学条件
          • 无机盐：通常为25mmol/L左右；根据添加量多少分为大量元素和微量元素（以0.5mmol/L为分界）
            • 大量元素：氮磷硫钾钙镁
            • 微量元素：铁锰硼锌钼铜氯（参与蛋白和酶的生物活性）
          • 有机物
            • 糖类：碳源、维持渗透压。最好用蔗糖（2%~3%）
            • 氨基酸：氮源；最常用甘氨酸，其他氨基酸常用蛋白质水解产物
            • vitamin：对植物生长分化有促进作用。大多数植物组织培养通常需加入一至数种维生素:盐酸硫胺素(Thiamine,Vb1)、盐酸吡哆醇(Pyridoxin,Vb6)、 Vc(抗坏血酸)、有时还使用生物素、叶酸、Vb12等。 Vb1对愈伤组织的产生和生活力有重要作用，能促进根的生长。Vc有防止组织变褐的作用。
            • 肌醇:对糖类的相互转化有促进作用。能促进愈伤组织的生长以及胚状体和芽的形成。对组织和细胞的繁殖、分化有促进作用，对细胞壁的形成也有作用。
            • 腺嘌呤:是合成细胞分裂素的前体物质之一。添加腺嘌呤能促进细胞合成分裂素，有利于细胞的分裂和分化，促进芽的形成。
          • 调节物质
            • 植物激素(Phytohormone):是植物自然状态下产生的、对生长发育有显著作用的微量有机物。能影响生长和分化。
              • 生长素
                • 作用：刺激细胞分裂和诱导根的分化
                • 吲哚乙酸IAA、2，4-二氯苯氧乙酸（2，4-D）、萘乙酸（NAA）、吲哚丁酸（IBA） IAA和IBA是促进发根能力较强的生长调节物质，广泛用于生根，与细胞分裂素互相促进芽的增殖和生长 2，4-D启动能力比IAA强但抑制芽的形成
              • 细胞分裂素
                • 嘌呤族衍生物，自然条件下在植物根部形成；茎端、种子、果实也能合成分裂素。
                • 主要是诱导芽的分化促进侧芽萌发生长、促进细胞分裂与扩大。多用于诱导不定芽的分化和茎、苗的增殖。在生根培养时使用较少或用量较低。
                • 激动素(KT)、6-苄基腺嘌呤(6-BA)和玉米素(ZT)等。其中最常用的是6-苄基腺嘌呤。其中ZT活性最强，但昂贵;常用的是6-BA。
              • 生长素/细胞分裂素
                • 高：有利于根和愈伤组织形成
                • 适中：有利于根芽同时分化
                • 低：有利于芽的形成
            • 植物体内的激素与细胞内某种称为激素受体的蛋白质结合后，影响DNA、RNA和蛋白质的合成，并对特殊酶的合成起调控作用，从而表现出调节代谢的功能。
        • 培养基及其分类
          • 低盐培养基
          • 高硝态培养基
    • 植物组培再生植株的途径
      • 器官发生途径：成熟细胞→愈伤组织→出根出芽→完整植株
        • 启动期：较高生长素浓度
        • 愈伤组织诱导期：降低激素浓度，有些情况甚至不需要生长素和分裂素
        • 拟分生组织形成：从无序生长到有序生长
        • 器官原基和器官形成：拟分生组织分化而来，调节激素比例，促根芽
      • 体细胞胚发生途径：成熟细胞→分生细胞→胚状体→完整植株
        • 诱导期
        • 胚胎发育期
• 人工种子
  • 定义：胚状体+人工胚乳+人工种皮
  • 优点
    • 便于运输和储藏
    • 可在人工胚乳添加利于其生长的成分如抗虫成分
    • 固定杂种优势
    • 植物基因工程和遗传工程的载体
    • 保存珍贵稀有植物
    • 大量繁殖植物
  • 关键技术
    • 胚状体同步发育
      • 抑制剂法
      • 低温法
      • 渗透压法
      • 通气法
    • 人工种皮制作
      • 要求：保护性、无毒、通气性、抗污染、适合运输
      • 早期聚氟乙烯，目前海藻酸盐
    • 人工胚乳配制
      • 碳水化合物、无机盐、蛋白质
      • 防腐剂、抗菌素、农药
    • 包埋
      • 干燥法
      • 水凝胶法
    • 贮藏与发芽
      • 4~7度低温、67%湿度储存
  • 存在问题
    • (1)人工种皮性能不尽人意 (2)还没有一种符合多数植物胚状体需要的人工胚乳(3)胚状体储藏阶段的休眠控制 (4)如何保证长期储藏而又不影响萌发率 (5)制作流程较繁琐、成本高 (6)许多植物还不能成功地诱导出高质量体细胞胚