目录
第一节 植物细胞的全能性和细胞分化一、植物细胞全能性二、植物细胞分化第二节 离体条件下植物形态建成（植物器官发生途径）一、脱分化和再分化（organogenesis）（一）脱分化（去分化，dedifferentiation，重编程，reprogram）：（二）再分化（redifferentiation）二、愈伤组织（callus）诱导与器官分化（一）愈伤组织的形成（二）愈伤组织的生长（三）愈伤组织的保持（四）愈伤组织形态发生（器官发生途径）三、影响细胞脱分化和再分化的因素第三节 离体条件下植物形态建成（植物体细胞胚发生途径）一、植物体细胞胚胎发生过程二、体细胞胚的起源三、胚胎发生极性和生殖隔离四、人工种子第四节 影响植物离体形态发生的因素一、植物的种类和基因型二、培养材料的生理状态三、培养基四、培养条件
第一节 植物细胞的全能性和细胞分化
器官发生途径和胚胎发生途径（包括兰科植物原球茎）
一、植物细胞全能性
分生组织（merisem）：保持分生能力，也称为植物干细胞
永久组织（permanent tissue）：成熟，不分裂状态
植物组织培养目的：保持分生状态细胞继续分裂，永久组织恢复分裂能力。
植物细胞全能性（Cellular Totipotency）：是指任何具有完整细胞核的植物细胞（不管是性细胞还是体细胞），都拥有形成一个完整植株所必须的全部遗传信息，在特定环境下能进行表达，产生一个独立的完整的个体。
胚状体：在离体培养条件下，植物离体培养的细胞、组织、器官也产生类似胚的结构，其形成也经历一个类似胚胎的发生和发育的过程，这种类似胚的结构称为胚状体（不定胚、无性胚）。
植物体细胞也具有全能性，具备着遗传信息的传递、转录和反应的能力。在一个完整的植株上某部分的体细胞是只表现一定的形态，承受一定的功能，这是由于它们收到具体器官或组织所在环境的束缚，但其遗传力并没有丧失。一旦脱离原来所在的器官和组织，成为离体状态时，就切断了其与植株整体的联系（胞间连丝），这为全能性的表达创造了条件。植株的创伤反应。
全能性的表现方法：离体和培养。离体条件下的细胞，在一定条件仍将按照原有的平衡关系进行生命活动；离体培养时候，培养基与培养条件要满足离体材料向其他方向发育(愈伤组织，器官发生、胚状体等)所需的各种平衡关系。
植物细胞全能性的实现：
1、器官发生途径：从已经脱分化的细胞中分化出组织器官，即在特定的离体培养的条件下经历器官发生过程形成根和芽；
2、胚状体发生途径：经历胚胎发生过程形成胚状体最后发育为完整植株。
植物干细胞（plant stem cell）：指位于植物分生组织固有的未分化细胞 ，具有自我更新和再生能力；WUS基因。
多潜能干细胞：即存在于植物原分生组织和初生分生组织，也存在离体培养的胚性细胞中。
二、植物细胞分化
细胞分化概念：指由于细胞的分工而导致的细胞结构和功能的改变，或发育方式改变的过程。即细胞功能特化的过程。
细胞分化是组织分化和器官分化的基础。
在高等植物中，细胞分化的结果经过一系列的形态发生过程，即建成具有不同功能的器官（根、茎、叶、花、果实、种子），最后完成植物个体发育周期。
形态发生（形态建成）：生物个体发育或再生过程中，有机体及其器官形态结构的形成过程。
植物组织培养中形态发生分为：器官发生，体细胞胚胎发生。
第二节 离体条件下植物形态建成（植物器官发生途径）
一、脱分化和再分化（organogenesis）
（一）脱分化（去分化，dedifferentiation，重编程，reprogram）：
是指已有特定结构和功能的植物组织，在一定条件下，其细胞被诱导改变原有的发育途径，逐步失去原有的分化状态，转变为具有分生能力的胚性细胞的过程。
胚性细胞特点：分生能力强，分化程度低，排列紧密，细胞小，细胞质浓，细胞核大
在离体培养条件下，精致的分化细胞脱分化的第一个也是最重要的步骤就是启动第一次细胞分裂，分化细胞一旦开始分裂，就可以连续分裂形成分生状态的细胞群体。
一个已分化的植物细胞如何表现它的全能性，形成完整植株？
分化组织依次经过“脱分化”“再分化”两个过程。
（二）再分化（redifferentiation）
1、再分化是指是脱分化的分生细胞重新恢复细胞分化能力，形成另一种或几种类型的细胞、组织、器官，甚至形成完整植株。再分化的过程，有时也简称分化 (differentiation)。
2、器官再分化：
细胞水平的分化（各种类型细胞）——组织水平的分化（维管组织）——器官水平的分化（不定器官）——植株再生
3、器官水平的再分化，又称器官发生。再分化的组织可形成各种器官，如根、茎或芽、叶、花以及各种变态的器官（如鳞茎、球茎和块茎）
4、器官分化可以分为两种情况：
1）器官型：直接从外植体的细胞形成器官原基，然后发育成器官。比如叶片上直接长芽。
2）器官发生型：先从外植体上形成愈伤组织，再在愈伤组织上产生不同的器官原基。大部分的器官分化都是这种。
5、植株再生（通过器官发生的植株再生）
根和茎（包括其变态器官）或芽器官的发生可使植株重建。有3种方式：
- 芽产生后，芽的基部长根形成小植株；
- 先形成根，根上再出芽；
- 愈伤组织的不同部位分别形成根和芽，然后形成愈伤组织把两者结合起来形成一个植株。
在组织培养中最常见的分化器官是根和芽，最好先诱导分化出芽，因为芽形成后在其基部很容易形成根。如果先形成根则往往会抑制芽的形成。
6、愈伤组织：在大多数情况下，器官再分化过程是在愈伤组织细胞中发生的，但在有些情况下，再分化可以直接发生于脱分化的细胞中，无需经历愈伤组织阶段。
二、愈伤组织（callus）诱导与器官分化
概念：原指植物在受伤之后于伤口表面形成的一团薄壁细胞，在组织培养中，则指在人工培 养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞。
（一）愈伤组织的形成
1、诱导期（启动期）：常用2,4-D、NAA、IAA及细胞分裂素。
生长素更重要，CTK是配合的。2,4-D在木本植物脱分化，水稻、大麦的胚性细胞形成中发挥很大作用。2,4-D对脱分化作用最强。
2、分裂期：细胞数目的增殖，呈透明或浅颜色
3、分化期：出现形态和生理上分化，颜色多样。
（二）愈伤组织的生长
在新鲜培养基上，愈伤组织可以保持旺盛生长，以指数形式增加。
（三）愈伤组织的保持
大多情况下，随着继代培养代数的增加和培养时间的延长，愈伤组织的生长势下降、褐变，分化和形态发生能力逐渐降低甚至死亡，或形态发生能力完全丧失。也有数十年保持再生能力的，如胚性愈伤组织。
（四）愈伤组织形态发生（器官发生途径）
器官发生具体包括：
1、先形成芽，后在芽的基部长根
2、先形成根，再从根基部形成芽
3、在愈伤组织不同部位分别形成芽和根，这个时候其实芽和根是没有维管束联系的，然后芽和根的维管束结合形成一个植株
4、仅形成芽或根（形成芽最常用）
三、影响细胞脱分化和再分化的因素
1、损伤：细胞增殖，切断其与植株的维管联系
2、生长调节剂；重要作用
3、光照：弱光或黑暗
4、细胞位置：永久组织和分生组织
5、外植体生理状态
6、植物种类
器官发生的激素调控模式：通过改变培养基中生长素和细胞分裂素的比例，可以控制器官分化。
- 一般来说愈伤组织上同时长根和芽的可能性很少，都是要么长根要么长芽，然后最好是先长芽；如果同时长根和芽，那这个根和芽也没有维管束联系，因为是在愈伤组织不同部位发生的；因此最好的方法是芽长出来切下来再重新生根。
但是重新生根需要在芽上重新脱分化产生愈伤组织然后再分化出根，而过多的愈伤组织又会使根和芽之间无法连接。因此就是切下芽后让它脱分化出少量的愈伤组织再生根。
第三节 离体条件下植物形态建成（植物体细胞胚发生途径）
植物胚胎发生（embryogenesis）：是指受精后的一系列连续过程，即从合子到成熟胚的发生、发育的有规律变化。这种胚称为合子胚。
植物体细胞胚发生：在离体培养条件下，植物离体培养的细胞、组织、器官也可以产生类似胚的结构，其形成也经历一个类似胚胎的发生和发育的过程，这种类似胚的结构称为胚状体（无性胚、不定胚）。
植物离体培养细胞产生胚状体的过程称为体细胞胚胎发生。
1956年，Steward从胡萝卜根细胞悬浮培养中获得类似胚胎的胚状体（体细胞胚）；1958年获得胚状体再生植株。
植物体细胞胚胎发生具有普遍性。木本植物走器官发生途径比较困难，一般要体细胞胚胎发生途径进行组织培养。
一、植物体细胞胚胎发生过程
1、大部分通过间接胚胎发生（Indirect embryogenesis），经历五个阶段：1）胚性愈伤组织的诱导2）体细胞胚胎诱导3）体细胞胚胎早期分化发育4）体细胞胚胎成熟5）体细胞胚胎萌发和成苗。
- 无论是器官发生脱分化愈伤组织、还是在胚性愈伤组织的诱导过程中，2,4-D起了非常重要的作用。对于脱分化困难的组织（如木本植物），常用2,4-D；在体细胞胚发生途径、胚性愈伤组织诱导过程中，也常常用到2,4-D。
- 然而，当胚性愈伤组织诱导完后，要形成胚状体时，要去除或降低生长素（NAA、2,4-D）浓度。因为2,4-D强烈诱导细胞的脱分化，但也同时抑制了细胞的分化。因此胚性细胞诱导出来之后就去除2,4-D，换成非常低浓度的NAA，保证胚性细胞的生长，从而进一步诱导出胚状体。
2、少部分可以直接胚胎发生（Direct embryogenesis）：指从外植体某些部位的胚性细胞直接诱导分化出体细胞胚。如柑橘珠心组织、茶树和龙眼的子叶等。
3、胚性细胞特点：胚性细胞是一类独特的细胞，它与分生组织类似，通常较小，近圆形，具有较大的核和核仁并能高度染色，细胞质较厚。
4、双子叶植物体细胞胚胎发育阶段：
1）原胚（Pro-embryo）：圆形八细胞左右，从胚性细胞单细胞分裂而来，每个独立无联系；2）球形胚（Gobular embryo）；3）心形胚（Heart-shaped embryo）；4）鱼雷形胚（Torpedo-shaped embryo）；5）子叶形胚（Cotyledon embryo）
二、体细胞胚的起源
1、单细胞起源：目前认为体细胞胚是单细胞起源的。分裂后是纯合的细胞类型。
2、多细胞起源：可能会出现嵌合体，转基因或者繁殖时会出问题。
因此如果需要人工合成嵌合体，那么就要走器官发生途径。因为体细胞胚胎是单细胞起源的，器官发生途径是多细胞起源的。
因此器官发生途径需要切割，再使芽分化出根。
三、胚胎发生极性和生殖隔离
1、极性：与合子胚一样，具有明显的极性。一端胚根、一端胚芽子叶。
2、生殖隔离：与母体组织或外植体的维管系统没有直接联系，处于较为孤立的状态。
四、人工种子
人工种子是指利用细胞的全能性，将离体培养所产生的体细胞或具有发育成完整植株的分生组织（如胚状体、芽和茎段等），包裹在一层含有营养物质并具有保护功能的外膜内，形成在适宜条件下能够发育成完整植株的小颗粒。
人工种子不局限于胚状体。芽和茎段只要能生根生长，就能成为人工种子。
主要有三部分组成：胚状体（芽、茎段等具有分生能力的组织），人工胚乳，人工种皮。
第四节 影响植物离体形态发生的因素
离体培养中的主要因素：外植体基因型和生理状态、培养基等培养条件。另外，不同的生长阶段也要求培养基和培养条件的不同。
一、植物的种类和基因型
不同物种或同一物种不同基因型，其形态发生能力往往有巨大差异。例如马铃薯不同品种。
二、培养材料的生理状态
1、植株的发育年龄：幼态组织比老态组织具有较高的形态发生能力；木本植物越过童期的成年接穗品种再生能力差。
2、培养组织或器官类型：幼胚或下胚轴、子叶等。
3、培养时间和细胞倍性
三、培养基
1、MS、B5、White
2、植物生长调节剂：是最关键因素，IAA、GA、乙烯、ABA
3、物理性质：固态还是液态、渗透压以及pH等
四、培养条件
光照和温度具有重要的调控作用。
1、光：光强、光照时间、光质
2、温度：与自身正常生长的环境密切相关。