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1、专题2 细胞工程 19961996年年7 7月月5 5日日,世界上第一只体细胞克隆世界上第一只体细胞克隆动物动物-克隆羊克隆羊多利多利诞生于英国诞生于英国.这样的生物技术属于何种生物工程？这样的生物技术属于何种生物工程？细胞工程细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学和分子细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过生物学的原理和方法，通过细胞水平细胞水平或或细细胞器水平胞器水平上的操作，按照人们的意愿来上的操作，按照人们的意愿来改改变变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞产品获得细胞产品的一的一门综合科学技术。门综合科学技术。什么叫细胞工程？包括哪两什么叫细胞工程？包括哪两大
2、领域？大领域？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细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质变细胞内的遗传物质或获得细胞产品或获得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2.1植物细胞工程植物细胞工程植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术植物组织培养课标要求：课标要求：能力要求能力要求1 1、理解和掌握植物组织培养的操作过程、理解和掌握植物组织培养的操作过程内容要
3、求内容要求1 1、理解植物细胞的全能性、理解植物细胞的全能性2 2、了解植物细胞脱分化和再分化的结果、了解植物细胞脱分化和再分化的结果3 3、掌握植物组织培养的特点、掌握植物组织培养的特点利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花探究：探究：1、为什么运用植物组织培养技术能把植物离、为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体？体器官、组织或细胞培养成完整植物体？植物细胞具有全能性。植物细胞具有全能性。2、什么是细胞的全能性？、什么是细胞的全能性？1、定义：、定义：生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整个体的潜能的特
4、性。个体的潜能的特性。2、原理：、原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个体的每一个活细胞活细胞都应该具有全能性。都应该具有全能性。3、差异：、差异：（1 1）受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 （2 2）受精卵分化后的细胞中，体细胞受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的全能性比生殖细胞低低。受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞4、大小：、大小：一、细胞的全能性一、细胞的全能性植物细胞动物
5、细胞植物细胞动物细胞 探究：探究：3、克隆羊、克隆羊“多利多利”的诞生说明了什么？的诞生说明了什么？4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？化成不同的组织器官？5、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？表现全能性的条件有哪些？表现全能性的条件有哪些？离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。细胞核中含有保持物种遗传性所需的全套基因，并没有因细胞核中含有保持物种遗传性所需的全套基因，并没有因为细胞分化而丢失基因，高度分化的细胞的细胞核
6、仍具有为细胞分化而丢失基因，高度分化的细胞的细胞核仍具有全能性。全能性。在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果。的结果。生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质，生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。都有发育成完整个体的全套基因。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
7、，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 植物细胞离体培养在一定条件下能表现出植物细胞离体培养在一定条件下能表现出 全能性全能性C趁热打铁：趁热打铁：2.下列植物细胞全能性最高的是（下列植物细胞全能性最高的是（）A.形成层细胞形成层细胞 B.韧皮部细胞韧皮部细胞 C.木质部细胞木质部细胞 D.叶肉细胞叶肉细胞3下列细胞全能性最高的是（下列细胞全能性最高的是（）A植物的卵细胞植物的卵细胞B植物的精子细胞植物的精子细胞C被子植物的受精卵被子植物的受精卵D被子植物的的叶肉细胞被子植物的的叶肉细胞AC 要把一块组织通过培养得到一株完整植株,应该如何操作呢?请同学们阅读请同学
8、们阅读P34实实验完成验完成P35讨论题。讨论题。(1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？菌和实验人员的无菌操作？植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程
9、不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。死亡。造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。要规范，避免带入杂菌。(2)(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要
10、切取含有在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。(3)(3)请根据上面的实验过程，概括出植物组请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。
11、织培养技术的流程简图。试管苗大规模培养外植体外植体愈伤组织愈伤组织新植株新植株切取切取形成层形成层无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成培养室培养室移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化 植物组织培养就是在无菌和人工控制条植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。芽，最终形成完整的植株。二、植物组织培养二、植物组织培养1、概念、概念离体的植物
12、器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织根、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2、过程、过程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。强调几个概念强调几个概念：愈伤组织：愈伤组织：离体的植物器官、离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形成一种高度液泡化、无定形状
13、态薄壁细胞组成的排列疏状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。松无规则的组织。植物细胞的植物细胞的脱分化脱分化：由高度分化的植物器官、由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。分化。脱分化的实质和结果分别是什么？脱分化的实质和结果分别是什么？实质是恢复细胞的全能性过程。实质是恢复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。结果是形成愈伤组织。植物细胞的植物细胞的再分化再分化：脱分化产生的愈伤组织在：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。1、为什么诱导愈伤组织的过程中应避、为什么诱导愈
14、伤组织的过程中应避光培养？光培养？在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。能力提高能力提高2、决定植物脱分化、再分化的关键因、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？素是什么？植物激素知识拓展知识拓展 当当细胞分裂素细胞分裂素和和生长素生长素共同使用时，共同使用时，能刺激愈伤组织的形成，而通过调节能刺激愈伤组织的形成，而通过调节二者的浓度比，就可以调控植物细胞二者的浓度比，就可以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成，称为培养过程中芽和根的形成，称为“激激素杠杆素杠杆”。具体内容详见具体内容详见P42拓展视野拓展视野反馈练习反馈练习1.下列属于组织培养的是：（下列属于组织培养的是：（）
15、A.花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成植株未受精的卵发育成植株A2.在离体的植物器官、组织或细胞脱在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（哪一项条件是不需要的（）A.消毒灭菌消毒灭菌B.适宜的温度适宜的温度C.充足的光照充足的光照D.适宜的养料和激素适宜的养料和激素C3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（植株，不需要（）A.具有完整细胞核的细胞具有完整细胞核的细胞B.离体状态离体状态
16、C.导入外源基因导入外源基因D.一定的营养物质和激素一定的营养物质和激素C因为不同种生物之间存因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。不可能做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术这幅番茄这幅番茄马铃薯图利马铃薯图利用传统有性杂交方法能用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？实现吗？为什么？19721972年卡尔森等通过两个烟草品种之间年卡尔森等通过两个烟草品
17、种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。19781978年梅尔彻斯年梅尔彻斯(Melchers)(Melchers)等首次获得等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“Potamato”“Potamato”。目前，已得到栽培烟草与野生烟草、目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。种上有用的新材料。白菜白菜白菜
18、白菜甘蓝甘蓝甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完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？成融合，遇到的第一个障碍是什么？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？3 3为什么两个原生质体能发生融合，这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？与细胞膜的什么特性有关？4 4如果两个来源不同的原生质体发生了如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？融合，下一步该做何处理？5 5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株？请思考：请思考：杂杂种种植植株株融合的融合的原生质
19、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二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术去壁去壁去壁去壁纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶原原生生质质体体植植物物细细胞胞原原生生质质体体融融合合离心、离心、振动、振动、电刺激、电刺激、聚乙二聚乙二醇醇再再生生细细胞胞壁壁杂杂种种细细胞胞去去分分化化
20、愈愈伤伤组组织织杂杂种种植植株株激素激素筛筛选选等量等量激素激素再再分分化化植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图2、概念 将不同种的植物体细胞，在一定条件将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。成新的植物体的技术。3、优势和未解决的问题 优势优势（与有性杂交方法比较）与有性杂交方法比较）：打破了不同种生：打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。杂交的亲本组合范围。未解决的问题：未能让杂种植物按照人们未解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的
21、需要表现出亲代的优良。的需要表现出亲代的优良。2.2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，说明植物眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出与植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。具体实验方案。去细胞壁，分去细胞壁，分离出有活性的离出有活性的原生质原生质酶解法酶解法聚乙二醇聚乙二醇（）（）诱导不同植物细胞原生质体融合诱导不同植物细胞原生质体融合植物组植物组织培养织培养脱分化脱分化再分化再分化远缘亲本的远缘亲本的遗传特性遗传特性杂种植株获得双亲遗传物质杂种植株获得双亲遗传物质四四可育可育不能不能种间存在生种间存在生殖隔离殖隔离克服远缘杂交不亲和障碍，扩大可杂交亲本的范围克服远缘杂交不亲和障碍，扩大可杂交亲本的范围不遵循。因为有性生殖才遵循，而不遵循。因为有性生殖才遵循，而体细胞杂交不属于有性生殖。体细胞杂交不属于有性生殖。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