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植物组织培养有关的基本概念与基础理论(2)

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发表于 2012-12-16 19:49:41 | 显示全部楼层 |阅读模式

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2、细胞分化、脱分化与再分化
一粒成熟的种子含有一个小小的胚,也可以叫做胚胎。构成胚胎的所有细胞几乎都保持着未分化的状态和旺盛的细胞分裂能力,其细胞质浓稠,细胞核较大,细胞与细胞之间没有很大差异,这些细胞都可以叫做胚性细胞,或叫分生性细胞或未分化细胞。在适宜的条件下,随着种子的萌发,构成胚胎的所有细胞即开始分裂活动,增加细胞数目。随着时间的进行细胞的命运发生不同变化,形态和功能也发生变化,有的形成了叶子的细胞,有的形成了根的细胞,有的形成茎的细胞,有的仍保持分裂能力,有的则逐渐失去分裂能力,细胞的这种在形态结构和功能上发生永久性(不可逆转性)适度变化的过程叫做分化。分化主要是由细胞内的基因决定的,也就是说分化是基因在时间和空间两个方面差次表达的结果。分化的结果导致细胞分裂能力的丧失,伴随的是细胞的分化、成熟与组织的形成,是植物根、茎、叶、花、果实和种子的形成,是一个成熟植物体的出现。在正常的自然状态下,这些已经分化的细胞不会再恢复分裂能力重新开始细胞分裂,直到植物体死亡为止。
     当把一个已经失去了分裂能力,处于分化成熟和分裂静止状态的细胞置于特定的增殖培养基上时,它首先发生的变化是回复到分生性状态,这一状态包括由溶酶体的活动而将失去功能的细胞质组分降解,并产生新的细胞质组分(即细胞器的破坏与重建),同时细胞内酶的种类与活性发生改变,蛋白质合成和细胞代谢过程也发生改变,最后引起基因表达的改变,细胞的性质和状态发生了扭转,可以说是返老还童。由失去分裂能力的细胞回复到分生性状态并进行分裂,形成无分化的细胞团即愈伤组织的现象(或者说是过程)称为“脱分化”(dedifferentiation)。经过脱分化的细胞如果条件合适,就可以长久保持旺盛的分裂状态而不发生分化。由无分化的愈伤组织的细胞再转变成为具有一定结构,执行一定生理功能的细胞团和组织,构成一个完整的植物体或植物器官的现象(或过程),叫做“再分化”(redifferentiation)。一个已分化细胞要表达出其全能性,就要经过脱分化和再分化的过程,这就是植物组织和细胞培养所要达到的目的。设计培养基和创造合适培养条件的主要原则就是如何促使植物组织和细胞完成脱分化和再分化,培养的主要工作就是设计和筛选培养基,探讨和建立合适的培养条件。
    植物激素在调节细胞脱分化和再分化中起到主要作用。植物对激素的反应十分敏感,培养基中生长素类和细胞分裂素类的种类、相对比例和绝对量都能直接影响到细胞脱分化和再分化的过程,组培中常常是通过调节激素的种类、浓度和相对比例来达到调节脱分化和再分化的目的。
3、器官发生和胚状体发生
培养的植物组织与细胞再经过脱分化和再分化再生出新的植物体过程中,特别是再分化时,可经过两条途径,一是由愈伤组织的部分细胞先分化产生芽(或根),再在另一种培养基上产生根(或芽),形成一个完整的植株,因为芽和根都是植物体的器官,所以这一过程叫器官发生途径。另一个是在愈伤组织中产生出一些与种子中的胚相似的结构,即同时形成一个有苗端和根端的两极性结构,然后再在另一种培养基上同时发展成带根苗,由于这一过程与种子中胚的形成和种子萌发时形成幼苗的过程相似,所以叫做胚状体发生或无性胚胎发生。组培条件下,植物再生是走器官发生途径还是走胚状体途径,随植物不同而不同,也随培养基的不同而变化,有时甚至同一种植物在同一条件下,即存在体细胞胚胎发生途径,也存在器官发生发生途径,这都是自然现象,是正常的,只是两种发育途径的频率随着基因型不同和培养条件的改变而差异显著。

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