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1、细胞工程细胞工程指应用指应用细胞生物学细胞生物学和和分子生物学分子生物学的原理的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的的遗传物质遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。或获得细胞产品的一门综合科学技术。 ( (分为分为植物细胞工程植物细胞工程和和动物细胞工程动物细胞工程两大领域）两大领域）科技探索之路- 植物细胞工程发展史19021902，德国科学家哈伯兰特提出细胞全能性理论。，德国科学家哈伯兰特提出细胞全能性理论。19371937，美国科学家怀特用烟草茎段
2、形成层在试管中培育出，美国科学家怀特用烟草茎段形成层在试管中培育出烟草植物。烟草植物。19581958，美科学家斯图尔德等利用胡萝卜的组织培养再次证，美科学家斯图尔德等利用胡萝卜的组织培养再次证明了植物细胞的全能性。明了植物细胞的全能性。19651965，沃索等在一定成分的培养基上，由烟草的单细胞得，沃索等在一定成分的培养基上，由烟草的单细胞得到再生植株。到再生植株。19701970，斯图尔德用悬浮培养的单个细胞也培养出了可育的，斯图尔德用悬浮培养的单个细胞也培养出了可育的新植株。新植株。2020世纪世纪7070年代，以植物细胞克隆为代表的细胞工程诞生。年代，以植物细胞克隆为代表的细胞工程诞生
3、。植物的花药培养，原生质体培养，植物体细胞杂交技术得植物的花药培养，原生质体培养，植物体细胞杂交技术得以确立和发展。以确立和发展。受精卵受精卵有丝有丝分裂分裂细胞细胞分化分化系系统统人人体体骨细胞骨细胞上皮上皮细胞细胞肌肉肌肉 细胞细胞神经神经细胞细胞上皮组织上皮组织肌肉组织肌肉组织神经组织神经组织结缔组织结缔组织器官器官细胞分化细胞分化植物器官切片图植物器官切片图天竺葵天竺葵筛管筛管导管导管根冠根冠分生区分生区伸长区伸长区成熟区成熟区(根毛区根毛区)根尖根尖保卫细胞保卫细胞气气孔孔这些形态结构和这些形态结构和功能不同的细胞功能不同的细胞都有可能发育成都有可能发育成完整个体吗？完整个体吗？ 怎
4、样才能由一块组织怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整通过培养得到一株完整植株？应该如何操作植株？应该如何操作? ?科学家利用科学家利用菊花花瓣培菊花花瓣培养的菊花养的菊花2.1 2.1 植物细胞工程植物细胞工程2.1.12.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术一团没有特定结构和功能并处于一团没有特定结构和功能并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞，排列旺盛分裂状态的薄壁细胞，排列疏松，无规则，高度液泡化疏松，无规则，高度液泡化2.1.12.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术植物的花瓣属于植物的花瓣属于_的组织，利用它来的组织，利用它来培育出新的植株，首先要通过细胞的培育出
5、新的植株，首先要通过细胞的_过程，培养出过程，培养出_组织，然后再组织，然后再从愈伤组织从愈伤组织_形成小植株。形成小植株。 高度分化高度分化脱分化脱分化愈伤愈伤分化分化回忆、思考1 1、植物组织培养的大致过程包括哪几个、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？阶段？2 2、植物组织培养技术的理论基础是什么？、植物组织培养技术的理论基础是什么？离体离体的植物器官、组织或细胞的植物器官、组织或细胞脱分化脱分化成成愈伤组织愈伤组织再分化再分化为根和芽为根和芽完整植株完整植株植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性一、细胞全能性一、细胞全能性 具有某种生物具有某种生物全部遗传信息全部遗传信息的任何的任何一
6、个细胞一个细胞, ,都具有发育成完整生物体的都具有发育成完整生物体的潜潜能能, ,即每个细胞都具有即每个细胞都具有全能性全能性。A A、植物细胞、植物细胞 动物细胞动物细胞; ; B B、受精卵、受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞; ; C C、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1 1、概念：、概念：2 2、细胞全能性大小、细胞全能性大小: :3 3、细胞具有全能性的遗传学基础、细胞具有全能性的遗传学基础: : 生物体的每一个细胞都包含有该物种所生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的特有的全套遗传物质全套遗传物质，都有发育成为完，都有发育成为完整个体所必需
7、的全部基因整个体所必需的全部基因. .不表现全能性不表现全能性表现全能性表现全能性体内，基因的选择性表达体内，基因的选择性表达体外，诱导因素的存在体外，诱导因素的存在19581958年，美国科学家斯图尔德（年，美国科学家斯图尔德（F.C.StewardF.C.Steward）将）将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜新植株。胡萝卜新植株。植物组织培养技术植物组织培养技术二：植物组织培养技术二：植物组织培养技术植物组织培养技术植物组织培养技术植物组织培养植物组织培养就是在就是在_控制条件下，将控制条件下，将_的植物器官、组织、细胞，培养在人工
8、配制的的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的_上，上，给予给予_条件，条件，_其产生其产生_组织、组织、丛芽最终形成完整的植株。丛芽最终形成完整的植株。 离体的植物离体的植物器官、组织器官、组织或细胞或细胞愈愈伤伤组组织织根根芽芽胚胚状状体体植植物物体体脱分化脱分化再分化再分化无菌和人工无菌和人工离体离体培养基培养基适宜的培养适宜的培养诱导诱导愈伤组织愈伤组织一定的营养物质、一定的营养物质、 一定的温度、一定的温度、 空气、空气、 无菌环境、无菌环境、 适合的适合的PHPH、 适时光照等。适时光照等。植物激素：植物激素： 细胞分裂素、细胞分裂素、生长素生长素外植体外植体高度分化高度分化培养基
9、上培养产培养基上培养产 生愈伤组织生愈伤组织需要两个条件需要两个条件创伤和外源激素创伤和外源激素本质还不清楚本质还不清楚 诱导阶段往往要暗培养有利于诱导阶段往往要暗培养有利于细胞的脱分化产生愈伤组织细胞的脱分化产生愈伤组织 试管苗大规模培养P35 讨论讨论1、2、3 为什么切取胡萝卜根的形成层，其他为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？部分也能培养成小植株吗？脱分化脱分化再分化再分化胚状胚状体或体或丛芽丛芽请同学们讨论如何实现？1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？的第一个障碍是什么？ 植物细胞外面有
10、一层细胞壁，这层细胞壁阻碍植物细胞外面有一层细胞壁，这层细胞壁阻碍着细胞间的杂交。着细胞间的杂交。2 2有没有一种温和的去壁方法呢？有没有一种温和的去壁方法呢？ 纤维素酶和果胶酶去除细胞壁（酶解法）纤维素酶和果胶酶去除细胞壁（酶解法）3 3、植物细胞去掉细胞壁后叫什么？、植物细胞去掉细胞壁后叫什么？ 原生质体原生质体4 4为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？么特性有关？( (细胞融合的基础细胞融合的基础) )请思考：请思考： 细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性7 7如何将杂种细胞培育成杂种植株？如何将杂种细胞培育成杂种植
11、株？5 5、人工诱导原生质体融合的方法有哪些？、人工诱导原生质体融合的方法有哪些？物理法物理法化学法化学法离心、振动、电激等离心、振动、电激等聚已二醇（聚已二醇（PEGPEG）作为诱导剂来诱导细胞融合）作为诱导剂来诱导细胞融合植物组织培育技术植物组织培育技术6 6原生质体融合的标志是什么？原生质体融合的标志是什么？产生新的细胞壁产生新的细胞壁8 8植物体细胞杂交技术完成的标志是什么？植物体细胞杂交技术完成的标志是什么？获得杂种植株获得杂种植株9 9、植物体细胞杂交的原理是什么？、植物体细胞杂交的原理是什么？细胞膜的流动性、植物细胞的全能性细胞膜的流动性、植物细胞的全能性杂种细胞杂种细胞愈伤组织
12、愈伤组织杂种植株杂种植株植物细胞植物细胞A A植物细胞植物细胞B B 原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B正在融合的原生质体正在融合的原生质体去细胞壁去细胞壁! !再生细胞壁再生细胞壁植物组织培养植物组织培养植物细胞融合植物细胞融合2、植物体细胞杂交技术的概念 将将不同种的植物体细胞不同种的植物体细胞，在一定条件下融，在一定条件下融合成合成杂种细胞杂种细胞，并把杂种细胞培育成，并把杂种细胞培育成新的植新的植物体物体的技术。的技术。3、意义4 4、未解决的问题：、未解决的问题： 未能让杂种植物按照人们的需要表现出未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状。亲代的优良性状。克服远缘杂
13、交不亲和的障碍克服远缘杂交不亲和的障碍秋水仙素处理幼苗秋水仙素处理幼苗BBBBAAAA白菜白菜甘蓝甘蓝ABAB白菜甘蓝白菜甘蓝AABBAABB1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如科超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？ 主要原因是：主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯所以马铃薯 番番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些但这些遗传物质的表达
14、受到相互干扰遗传物质的表达受到相互干扰，不能不能再像马再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达有序表达，杂交，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。了。课本课本3838页页 思考与讨论思考与讨论提示：根据眼虫提示：根据眼虫的特点，动物细的特点，动物细胞和植物细胞之胞和植物细胞之间在理论上是可间在理论上是可以实现杂交的。以实现杂交的。具体的实验方案具体的实验方案可以设计如右：可以设计如右：P38P38思考与探究思考与探究2.2. 请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上请探讨：动物细胞与植
15、物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。可行，请设计出具体实验方案。1 1、有关全能性的表述中，不正确的是（、有关全能性的表述中，不正确的是（ ） 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完 整个体，因此全能性最高整个体，因此全能性最高 生物体内细胞由于分化全能性不能表达生物体内细胞由于分化全能性不能表达 卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能 性很高性很高 在一定条件下在一定条件下, ,植物细胞离体培养能表现出植物细胞离体培养能表现出 全能性全能性C C反馈练习2、下列有关细胞全能性含义的叙述，正确的是：
16、、下列有关细胞全能性含义的叙述，正确的是：A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能 B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全 部功能部功能 C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体 的潜能的潜能 D、 生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、 生长、衰老、死亡的全过程生长、衰老、死亡的全过程 C C3.3.下列属于组织培养的是：（下列属于组织培养的是：（ ）A. A.花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株B.B.芽发育成
17、枝条芽发育成枝条C.C.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区D.D.未受精的卵发育成雄蜂未受精的卵发育成雄蜂A A想一想：判断全能性的标志是什么？想一想：判断全能性的标志是什么？D D5 5、植物组织培养过程中的脱分化是指、植物组织培养过程中的脱分化是指 （ ）A A植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞B B未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程C C植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程愈伤组织的过程D. D. 取植物的枝芽培育成一株新植物的过程取植物的枝
18、芽培育成一株新植物的过程C C6 6、植物学家将胡萝卜的韧皮部细胞分离出、植物学家将胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入特定培养基中培养，来，将单个细胞放入特定培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点获得了许多完整的植株，这些植株的特点是（是（ ）A A彼此性状极为相似彼此性状极为相似 B B都是单倍体植株都是单倍体植株C C植株的变异频率较高植株的变异频率较高 D D都是纯合体的植株都是纯合体的植株A A下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：下图是植物组织培养的简略表示。据此回答： 脱分化脱分化 再分化再分化 （1 1）表示）表示 ，它能被培养成，它能被培养成为的根本原因是
19、为的根本原因是。（2 2）表示）表示，它与相比分化程度，它与相比分化程度，全能性全能性。（3 3）若是花药，则是）若是花药，则是 ，继续对，继续对其使用其使用处理可获得处理可获得正常植株，该过程称为正常植株，该过程称为。（4 4）若是胡萝卜根尖细胞，则培养成的的叶片的颜）若是胡萝卜根尖细胞，则培养成的的叶片的颜色是色是，这说明根尖细胞，这说明根尖细胞。（5 5）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物紫草紫草素，培养将进行到（填编号）素，培养将进行到（填编号） 。 离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞 植物细胞的全能性植物细胞的全能性 愈伤组织愈伤组织 低低高高单倍体植株单倍体植株秋水仙素秋水仙素纯合纯合单倍体育种单倍体育种绿色绿色含有与叶绿体形成相关的基因含有与叶绿体形成相关的基因