全 文 ：武汉植物学研究 ,
烟草表皮细胞薄层培养系统中
多种组织器官发生的研究
‘
许 萍 王 琦“ 陈小村“ 张王方
复旦大学生物系 上海
提 要 利用烟草表皮细胞薄层培养系统 , 研究了离体培养下表皮毛和气孔的发生 , 发现斜
向分裂和不均等分裂是与脱分化细胞再分化相关的分裂方式 , 并观察到愈伤组织上气孔的适
应性分化现象 。此外 , 在茎表皮细胞薄层上成功地发生了不定根 , 利用花茎表皮细胞薄层也在
其愈伤组织上发生了花芽 。
类祖词 烟草 , 表皮细胞 , 薄层培养 , 器官发生
发育生物学的发展 , 要求人们建立一个简单的具有多种形态发生潜能的实验系统 ,
建立的植物细胞薄层培养系统被认为是较理想的一个 , 在这个系统中 ,
进行过许多有关器官发生方面的工作〔‘一 〕。 张工方等在此基础上 , 作了一些改进 , 建立了
可直接研究细胞脱分化早期动态 、 脱分化过程及再分化过程的细胞薄层培养系统 〔”一 “ ,
。
本文即是在前者工作的基础上二诱导烟草表皮细胞薄层发生表皮 、气孔 、 不定根和花芽 。
材料和方法
材料为 基本培养基上生长 周的烟草 无菌试管苗 。
取其茎和 叶柄表皮经镜检无气孔和表皮毛 的幼嫩薄层 含 个细胞 , 长 ,
宽 , 接种于滴有附加 了 一 一 十 一 的 液体
培养基 以下简写成 的微室中 , 将之放入 恒湿恒温
‘
的 培
养箱中 。 空气进速为 , 进速为 。
。 在暗培养 、 后 , 送至上海市农科
院测试中心电镜室 , 作扫描电镜观察和拍照 。
取花茎表皮薄层 大小同上 , 按上述步骤培养 后 , 转移到滴有 。一 ‘
, 玉米素 的 液体培养基的微室中 , 在同样条件下培养 , 一部分送至上海市
农科院测试中心 , 另一部分再移至 固体培养基上 。
收稿 日 一 。 一 , 修回 日 一 一 。 第一作者 女 , 岁 , 在读博士生 。
国家 自然科学基金与国家教委博士点基金资助项 目 。
现在美国伊阿华大学攻读博士学位 。
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
实验结果
门 表皮毛的发生
茎表皮细胞薄层在 培养液中培养 时 , 培养物开始发生表皮毛 由显
微镜和扫描电镜观察发现 , 经数次分裂的长形细胞分裂成膨胀的方形细胞 , 往外面 自由空
间伸展 , 横向分裂 其衍生细胞经过 次不均等分裂 , 形成大的基细胞和小的顶细胞 , 显示
出明显的极性 , 它们分别生长扩大 , 继续分裂 , 逐渐分化形成表皮毛 图版 一 。
气孔的发生
叶柄表皮细胞薄层培养 后 , 培养物上大量发生散乱分布的气孔 图版 卜 , 大
多数气孔与正常的烟草表皮气孔有所不同 , 它们更类似于水生植物的气孔 图版 , 开
闭机能较差 。
它们也起源于膨胀的方形细胞 。这些细胞进行斜向的不均等分裂 , 其中一个即为气孔
母细胞 再分裂 次 , 保卫细胞形成 , 分化成气孔 图版 有的斜向分裂后 , 再纵向分
裂 , 再由横向分裂形成 个保卫细胞的气孔 图版 亚 。
还有一部分气孔更是特异 , 在膨胀的细胞经两次斜向分裂后的子细胞分别经过数次
横向分裂后 , 将气孔母细胞挺 出培养液液面 , 再分裂分化而成 图版 。
不定根的发生
茎表皮细胞薄层培养 后 , 在愈伤组织的一些部分 , 形成根的分生中心 , 渐而形成
突起的根原基 图版 继续培养 , 则发育成成熟的根 图版 卜 。
花器的发生
花茎表皮经 培养 后 , 形成愈伤组织 转移到 培养基上时 , 分化出
许多花原基 图版 花原基突起 比较平坦 , 接着花器开始分化 , 花原基顶端尊片原基
呈裂瓣状 图版 卜 随后可以看到正在分化的花尊 、 花瓣 、雄蕊和雌蕊心皮等 , 再生长下
去 , 则长成完整的花苞 图版 , 移至 基本培养基上 , 便可发育为正常的试管花
朵 照片略 。
讨论
不均等分裂与斜向分裂是细胞再分化相关的分裂方式
由表皮和气孔的形成可以发现 , 气孔母细胞和表皮毛母细胞都是数次均等分裂后的
膨胀方形细胞 , 经过斜向分裂和不均等分裂而来 。这两种分裂方式必然造成子细胞形态和
生理状态的差异 , 从而就决定了它们的不同命运 , 即分化成不同功能的细胞 。 分裂时也显
示了明显的极性现象而破坏了位置效应的规律 。 它们与细胞分化是怎样的因果关系 这
些分裂面的选择是什么决定的 是什么时候决定的 借助这个系统和分子生物学的进展 ,
有待深入研究 。
气孔发生中有适应性分化现象
在愈伤组织上发生两种相差甚远的气孔 , 这与气孔母细胞所处的环境相关 。在培养液
液面上形成正常的气孔 , 而液面下却发生类似一些水生植物的退化气孔 , 呈现适应性分化
现象 , 说明外界环境对气孔分化具重要影响 。 此外 , 在愈伤组织上发生的气孔 , 没有位置排
第 期 许萍等 烟草表皮细胞薄层培养系统中多种组织器官发生的研究
列的规律 , 其原因也有待探讨 。 内外因子如何影响气孔分化也是值得进一步研究的问题 。
烟草表皮细胞薄层是调节多种组织 、 器官形态发生的良好材料
关于利用细胞薄层培养系统研究形态发生间题有许多报道 〔‘ , 一 ’幻 。 但不同材料表现出
来的发育可变性是不同的 。 结果表明 , 在我们的薄层 系统上 , 从最简单的形态发生过程
—表皮毛的发生到最为复杂的发育过程 —花的发生
, 都可进行 。 因此烟草表皮细胞薄
层培养是研究形态发生的一个较理想的实验系统 。
我们以前已报道过薄层上直接发生不定芽 , 现在又能诱导出根及花 。我们已经注意到
在一种培养条件下 , 一块外植体上可以培养出多种组织和器官 , 如一个细胞衍生的细胞 ,
可分别成为气孔母细胞和表皮毛母细胞 , 还可发生根 。 在花茎薄层培养中 , 在不同激素调
节下 , 会有不定芽 、不定根的发生 , 也可诱导形成花芽 , 其机理有待进一步探讨 。此外 , 不同
材料来源的器官组织对最后的分化也有较大的影响 。 比如到 目前为止 , 还无法把营养生长
的烟草表皮培养成生殖阶段的器官 。 另外 , 在此系统上只能由愈伤组织分化成花芽 , 还未
能做到培养的表皮薄层细胞直接成花 。这些问题都有着重要的理论和应用价值 , 都有待进
一步地研究 。
参 考 文 献
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加 二 , ,
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张王方 , 王琦 新颖的植物组织培养系统 世界科学 , ,
张王方 , 王琦 烟草薄层培养中细胞早期动态的研究 植物学报 , , 一
王琦 , 张王方 斑叶海棠薄层培养中细胞无丝分裂及 , 一 的特殊效应的研究
,
西北植物学报 , , ,
张王方 , 王琦 , 董崇相 烟草细胞薄层培养中不定芽再生的研究 自然杂志 , , 巧
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武 汉 植 物 学 研 究 第
’
卷
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一
肠户 汀二 , 刀 , ,
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图 版 说 明
图版 的 , 为相差显微镜下的照片 , 其它均为扫描电镜照片
图 版
烟草茎表皮薄层培养物直接发生的表皮毛 烟草茎表皮薄层培养衍生细胞发生不均等分裂
上述细胞的两子细胞的顶细胞继续长大 , 基细胞发生分裂 又 烟草叶柄表皮薄层培养愈伤组织上大量发生气
孔 放大上述一个结构退化的气孔 表皮细胞脱分化后衍生的细胞经不均等分裂形成气孔母
细胞 , 再次斜向分裂 , 形成 个保卫细胞的气孔 。的 烟草茎表皮薄层培养愈伤组织上形成根原基突起
图 版
愈伤组织上形成 个保卫细胞和气孔 气孔母细胞经数次分裂挺出液面形成的气孔 烟草薄
层培养上形成不定根 花茎表皮细胞薄层培养形成愈伤组织上发生花原基突起 只 花原基外围形成
粤片原基 花原基向里面正在形成花瓣 、 雄蕊 、 心皮等花器官 烟草花茎培养物上形成花苞
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