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1、细细胞胞工工程程应用的原理和方法应用的原理和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学细胞整体水平或细细胞整体水平或细胞器水平胞器水平按照人们的意愿按照人们的意愿来改变细胞内的来改变细胞内的遗传物质或获得遗传物质或获得细胞产品细胞产品概念概念分类分类植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程理论基础理论基础细胞的细胞的全能性全能性细胞的全能性细胞的全能性1、概念、概念：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性，叫做细胞的全能性。个体的潜能的特性，叫做细胞的全能性。2、原因、原因3、全能性的比较、全能
2、性的比较：从理论上讲，每个细胞都包含该物种的从理论上讲，每个细胞都包含该物种的全部遗传物质（全部基因），所以每个活全部遗传物质（全部基因），所以每个活细胞都应具有全能性细胞都应具有全能性 。1）受精卵）受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞2）植物细胞）植物细胞动物细胞动物细胞3)具有持续分裂能力的细胞具有持续分裂能力的细胞不分裂的细胞不分裂的细胞4)分化程度低的细胞分化程度低的细胞分化程度高的细胞分化程度高的细胞植物组织培养植物组织培养关键词关键词：外植体、脱分化、再分化、愈伤组织外植体、脱分化、再分化、愈伤组织细胞离体、一定的营养物质、细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件激素和其他外界
3、条件必要条件必要条件：植物组织培养的植物组织培养的培养基培养基v定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质基质v无机营养成分：无机营养成分：C C，H H，O O大量元素及部分微量元素大量元素及部分微量元素v有机营养成分有机营养成分 含含N N物质：包括维生素和氨基酸物质：包括维生素和氨基酸 碳源：碳源：2%2%5%5%的蔗糖的蔗糖 琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素vPHPH值：值：5.05.06.06.0过程过程离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组
4、织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体外植体外植体脱分化脱分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素再分化再分化植物组织培养植物组织培养条件植物组织培养条件： 含有全部营养成分的含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的气、无菌环境、适合的PHPH、适时光照等。适时光照等。杂杂种种植植株株融合的融合的原生质原生质体体ABAB再再生生出出细细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤伤组组织织再再分分化化1 1、过程、过程植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养植物细胞植物细胞A原生质体原生质体B原生质体原生质体A杂种杂种细胞细胞AB去去 壁壁去
5、去 壁壁人人工工诱诱导导方法？方法？促进融合促进融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的标志标志植物细胞植物细胞B去壁的去壁的常用方法：常用方法：酶酶解法（纤维素酶、果胶酶等）解法（纤维素酶、果胶酶等） 原生质体融合方法原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG） 所采用技术的理论基础 植物细胞工程通常采用的技 术 手 段 植物组织培养植物组织培养 植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物细胞的全能性植物细胞的全能性小结小结1 1）微型繁殖）微型繁殖2 2）作物脱毒）作物脱毒3 3）神奇的人工种子）神奇的人工种子2 2、
6、作物新品种的培育、作物新品种的培育1 1）单倍体育种）单倍体育种2 2）突变体的利用）突变体的利用3 3、细胞产物的工厂化生产、细胞产物的工厂化生产 1. 1. 微型微型繁殖繁殖 (1) (1) 微型微型繁殖技术：快速繁殖优良品繁殖技术：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。种的植物组织培养技术。 因此，也叫做因此，也叫做快速繁殖技术快速繁殖技术。 (2) (2) 特点特点: : 保持保持优良品种的遗传特性优良品种的遗传特性; ; 高效高效快速地实现种苗的大量繁殖快速地实现种苗的大量繁殖. .有丝分裂有丝分裂微型繁殖的应用：兰花杨树生菜无籽西瓜工业化生产作物栽培荷兰花卉分生区（如茎尖）的细胞分生
7、区（如茎尖）的细胞进行组织培养进行组织培养脱毒苗脱毒苗2、作物脱毒无性繁殖的作物，容易将病毒传染给后代。病毒积累，导致作物产量降低、品质变差。植物分生区（如茎尖）病毒极少。切取茎尖进行组织培养，可获得脱毒苗。脱毒草莓脱毒产品甘蔗香蕉马铃薯菠萝树木需生长数年树木需生长数年才能结出种子。才能结出种子。优良杂交种后代优良杂交种后代会因发生性状分会因发生性状分离而丧失优良特离而丧失优良特性。性。受季节、气受季节、气候和地域的候和地域的限制。限制。制种时需要占用制种时需要占用大量土地。大量土地。如何克服缺陷？如何克服缺陷？3、人工种子3.3.神奇的人工种子神奇的人工种子 （1 1）优）优点点: : 后后
8、代代无性状无性状分离分离 不不受气候受气候, ,季节和地域限制季节和地域限制 （2 2）技术：植技术：植物组织培养物组织培养. . （3 3）结）结构：构：人人工工薄膜薄膜+ +胚状体胚状体 或或不定芽不定芽或或顶芽顶芽或或腋芽腋芽. .人造种皮人造种皮胚状体胚状体或不定芽或不定芽或顶芽或腋芽或顶芽或腋芽. .人工胚乳或子叶人工胚乳或子叶人工种子的结构人工种子的结构 通过植物组织培养得到的胚状体、不通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。在适宜的条件下可以膜包装得到的种子。在适宜的条件下可以发芽成苗。发芽成苗。由
9、外植体或愈伤组由外植体或愈伤组织产生织产生单倍体育种单倍体育种方法：方法：花药离体培养花药离体培养 技术：技术：组织培养获得单倍体组织培养获得单倍体秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍优点：优点：明显缩短了育种年限明显缩短了育种年限后代稳定遗传（都为纯合子）后代稳定遗传（都为纯合子）二、作物新品种的培育1、单倍体育种、单倍体育种常规选育优良品种需常规选育优良品种需56年。年。花药花药单倍体单倍体植株植株染色体加倍染色体加倍稳定遗传稳定遗传优良品种优良品种当年当年二、作物新品种的培育二、作物新品种的培育单倍体育种单倍体育种 采用采用花药离体培养花药离体培养的方
10、法获得单倍体植的方法获得单倍体植株，再株，再人工诱导染色体加倍（常用秋水仙人工诱导染色体加倍（常用秋水仙素素），获取自交不发生性状分离的稳定遗传），获取自交不发生性状分离的稳定遗传的纯系品种。的纯系品种。原理：原理：优点：优点：缺点：缺点：染色体变异染色体变异缩短育种年限，获得优良纯种缩短育种年限，获得优良纯种。但方法复杂，技术要求高。但方法复杂，技术要求高。单倍体：由配子发育成的个体单倍体：由配子发育成的个体P：高杆抗病高杆抗病 DDTT矮杆感病矮杆感病 ddttF1高杆抗病高杆抗病 DdTt第第1年年选育出需要选育出需要的矮抗纯种的矮抗纯种F2D_T_ D_tt ddT_ ddtt矮抗矮抗
11、杂交育种杂交育种第第2年年第第3年年生长生长ddTTF3配子：配子：DTDtdTdt单倍体单倍体幼苗幼苗：DTDtdTdt花药离体培养花药离体培养秋水秋水 仙素仙素第第2年年第第4年年DDttddTT ddtt纯合体纯合体:DDTT矮抗矮抗 P高杆抗病高杆抗病 DDTT矮杆感病矮杆感病 ddttF1高杆抗病高杆抗病 DdTt单倍体育种单倍体育种第第1年年选择矮秆抗病选择矮秆抗病即为新品种即为新品种返回返回花药离花药离体培养体培养单倍体单倍体AABBAAbbaaBBaabb原理：原理：染色体组成倍减少，再经秋水仙素加倍后染色体组成倍减少，再经秋水仙素加倍后 得到纯种。得到纯种。AABB AaBb
12、aabbABAbaBab基基因因型型单倍体育种ABAbaBab杂交育种杂交育种二倍体、二倍体、多倍体纯系多倍体纯系2、突变体的利用、突变体的利用组织培组织培养过程养过程受外界影响受外界影响突变突变筛选有利筛选有利突变体突变体培育新培育新品种品种抗病、抗盐、抗病、抗盐、含高蛋白、高产。含高蛋白、高产。白三叶草白三叶草细胞产物：蛋白质、脂肪、糖类、药物、细胞产物：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。香料、生物碱等。67年年人参皂甙干粉人参皂甙干粉2030天天发酵罐发酵罐三、细胞产物的工厂化的生产三、细胞产物的工厂化的生产植物细胞工程的实际应用v繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径微型育种微型育种
13、作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子v育种新方法育种新方法单倍体育种单倍体育种诱导突变体诱导突变体v细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产小小 结结1 1、植物的微型繁殖技术是指、植物的微型繁殖技术是指（ ） A A植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术 B B嫁接嫁接 C C营养繁殖营养繁殖 2 2、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是许多完整的植株，这些植株的特点是（ ） A A彼此性状相似彼此性状相似 B B变异频率较高变异频率较高 C C单倍体单
14、倍体 D D都是纯合子都是纯合子课堂演练课堂演练3 3用植物组织培养技术，可以培养或生产（用植物组织培养技术，可以培养或生产（ ） A A食品添加剂食品添加剂 B B无病毒植物无病毒植物 C. C. 人工种子人工种子 D D前三项都是前三项都是4 4下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是（ ） A A花药离体培养得到单倍体植株花药离体培养得到单倍体植株 B.B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株 C C人工种子的培育人工种子的培育 D D“番茄番茄马铃薯马铃薯”杂种植株的培育过程杂种植株的培育过程 5 5、马铃薯利用它的块
15、茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后、马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（ ） A A选择优良品种进行杂交选择优良品种进行杂交 B B进行远缘植物体细胞杂交进行远缘植物体细胞杂交 C C利有芽尖进行组织培养利有芽尖进行组织培养 D D人工诱导基因突变人工诱导基因突变6.6.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快
16、速繁殖脱毒的种苗，以保用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（）得种苗的过程不涉及细胞的（） A.A.有丝分裂有丝分裂 B.B.分化分化 C.C.减数分裂减数分裂 D.D.全能性全能性7.7.基因型为基因型为AaBbAaBb的水稻（含的水稻（含2424条染色体）的花药通过条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：（1 1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规）愈伤组织是花粉细胞不断
17、分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得中获得_ _ 等营养物质。等营养物质。（2 2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_ _和和_两类激素。两类激素。水、无机盐、维生素和小分子有机物水、无机盐、维生素和小分子有机物细胞分裂素细胞分裂素植物生长素植物生长素（3 3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是是_能利用光能制造有机物，供试管能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。苗生长发育。（4 4）试管苗的细胞核中含）试管苗的细胞核中含_条脱氧核糖核苷酸链。条脱氧核糖核苷酸链。（5 5）培育成的试管苗可能出现的基因型有）培育成的试管苗可能出现的基因型有_。 叶绿体叶绿体 2424ABAB、aBaB、AbAb、abab作业v完成创新设计的课后训练题完成创新设计的课后训练题（注意标记不会的题目，习题课讲解）（注意标记不会的题目，习题课讲解）