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1、第二节植物细胞工程本讲稿第一页，共三十四页细胞全能性细胞全能性1.概念概念:生物体的细胞在形态、结构和功能上存在很大生物体的细胞在形态、结构和功能上存在很大的差异，但是几乎每一个细胞内都含有该物种的差异，但是几乎每一个细胞内都含有该物种的的全部遗传物质全部遗传物质，具有发育成为完整个体所必，具有发育成为完整个体所必须的须的全部基因全部基因，因此，因此，这些细胞都具有发育成为这些细胞都具有发育成为一个新的个体的潜能一个新的个体的潜能。细胞的这种特性称为。细胞的这种特性称为细胞细胞全能性全能性。2、全能性的比较、全能性的比较2）植物细胞全能性一般比动物细胞强）植物细胞全能性一般比动物细胞强1）受精
2、卵）受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞3、高度分化的植物细胞表现全能性条件：细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件本讲稿第二页，共三十四页植物组织培养植物组织培养2 2、理论基础：、理论基础：细胞的全能性细胞的全能性 是指依据是指依据细胞全能性细胞全能性原理，在原理，在无菌条无菌条件件下，分离植物的器官、组织、细胞或下，分离植物的器官、组织、细胞或原生质体（原生质体（外植体外植体），并在），并在培养基上培养培养基上培养，在在适宜的条件适宜的条件下使其长成下使其长成部分或完整植株部分或完整植株的技术。的技术。1 1、概念：、概念：本讲稿第三页，共三十四页离体的植物离体的植物器官、组织器
3、官、组织或细胞或细胞愈愈伤伤组组织织根根芽芽植植物物体体脱分化脱分化再分化再分化脱分化脱分化脱分化脱分化 由高度分化的植物器官、组织或细胞由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化的脱分化。再分化再分化再分化再分化脱分化产生的愈伤组织继续进行培养又脱分化产生的愈伤组织继续进行培养又可以重新分化成根或芽等器官，这一过可以重新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。程称为植物细胞的再分化。3.植物组织培养过程不需要光不需要光照照光照光照本讲稿第四页，共三十四页 愈伤组织的形成愈伤组织的形成愈伤组织愈伤组织：是一团：是一团没有特
4、定结构和功没有特定结构和功能并处于旺盛分裂能并处于旺盛分裂状态的状态的薄壁细胞薄壁细胞。由于分离得到的细胞已经高度分化，因此在进行植由于分离得到的细胞已经高度分化，因此在进行植物组织培养时首先要诱导细胞脱分化，形成愈伤组物组织培养时首先要诱导细胞脱分化，形成愈伤组织。织。本讲稿第五页，共三十四页再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织外植体外植体试管苗试管苗植株植株本讲稿第六页，共三十四页一、植物组织培养植物组织培养4、植物组织培养的条件植物组织培养的条件内因：离体细胞、组织或器官内因：离体细胞、组织或器官外因：外因：1）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜
5、的温度、湿度、光照等的温度、湿度、光照等 2）培养基）培养基（一定的营养物质，激素一定的营养物质，激素）本讲稿第七页，共三十四页5、植物组织培养的培养基、植物组织培养的培养基水水无机营养：各种大量元素和微量元素无机营养：各种大量元素和微量元素有机营养成分：维生素、氨基酸和糖有机营养成分：维生素、氨基酸和糖（糖作为碳源：（糖作为碳源：2%4%2%4%的蔗糖溶液，调节渗透压）的蔗糖溶液，调节渗透压）天然的附加物天然的附加物生长物质：生长素，细胞分裂素和赤霉素生长物质：生长素，细胞分裂素和赤霉素本讲稿第八页，共三十四页胚状体的形成 愈伤组织在一定的培养基条件下可诱导形成胚状体胚状体。胚状体类似胚的结
6、构，具有胚芽和胚芽和胚根胚根，在合适的条件下也可以发育成新的植株。在胚状体外包裹人工的胚乳人工的胚乳和人工的种皮人工的种皮，就可获得“人工种子人工种子”。本讲稿第九页，共三十四页（1 1）人工种子概念）人工种子概念（2 2）人工种子组成）人工种子组成 人工胚乳胚状体人工种子人工种子是指在植物组织培养中得到的体细胞胚，包埋在由营养物质和保护物质等形成的包中，在适宜的条件下能够发芽出苗的颗粒体。本讲稿第十页，共三十四页培育周期短 后代无性状分离不受气候,季节和地域限制可以很方便地贮藏和运输（4）天然种子的局限）天然种子的局限 培育周期长培育周期长优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特优良杂种的
7、后代会发生性状分离而丧失其优良特性性生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地实现制种用大量的土地实现制种（3 3）、人工种子的优点：）、人工种子的优点：本讲稿第十一页，共三十四页二、植物细胞培养 概念：概念：是将组织培养过程中形成的是将组织培养过程中形成的愈伤组织愈伤组织或其他易分或其他易分散的组织置于散的组织置于液体培养基液体培养基中，进行悬浮培养，得到分中，进行悬浮培养，得到分散的散的悬浮细胞悬浮细胞，通过继代培养时，通过继代培养时细胞增殖细胞增殖，从而得到大，从而得到大量的量的细胞群体细胞群体的一种技术。的一种技术。目的：是通过
8、大规模的细胞培养以获得人类所需的目的：是通过大规模的细胞培养以获得人类所需的细胞次细胞次生代谢产物（例如从培养的红豆杉细胞中提到抗肿瘤生代谢产物（例如从培养的红豆杉细胞中提到抗肿瘤药物药物紫杉醇）紫杉醇）。优点：快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制。优点：快速、高效，不受季节、外部环境等条件的限制。本讲稿第十二页，共三十四页植物植物细胞细胞愈伤愈伤组织组织芽、根芽、根悬浮细胞悬浮细胞细胞群体细胞群体植株植株细胞细胞次生次生代谢代谢产物产物植物激素的不同配比植物激素的不同配比植物激素的不同配比植物激素的不同配比本讲稿第十三页，共三十四页1、在一个生物体内，细胞没有表现出全能性，原因是（在一
9、个生物体内，细胞没有表现出全能性，原因是（）细胞失去了全能性细胞失去了全能性 细胞中的基因部分丢失细胞中的基因部分丢失 细胞中的基因选择性表达细胞中的基因选择性表达 细胞中的基因变异不同细胞中的基因变异不同C本讲稿第十四页，共三十四页2、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（）A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果 B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果 C、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果 D、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化
10、的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果D本讲稿第十五页，共三十四页3、若用、若用“”表示植物组织培养的过程。请回答：表示植物组织培养的过程。请回答：（1）表示表示 ，能被培养成为能被培养成为的根本原因是的根本原因是（2）表示表示 ，其细胞特点，其细胞特点 是是 薄壁细胞。薄壁细胞。脱分化再分化再分化离体的植物组织器官、组织或细胞离体的植物组织器官、组织或细胞植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性具有分裂能力的具有分裂能力的愈伤组织愈伤组织本讲稿第十六页，共三十四页4、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，下列有可能使
11、其表现出全能性，发育成于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，发育成完整的植株的是（完整的植株的是（）A、细胞分裂素、细胞分裂素 B、生长素、生长素 C、一定的营养物质、一定的营养物质 D、以上三者均是、以上三者均是 DD5、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是 A、卵细胞、卵细胞 B、植物花粉、植物花粉 C、体细胞、体细胞 D、受精卵、受精卵本讲稿第十七页，共三十四页1 1、定义：、定义：将将两个或两个以上两个或两个以上来自不同植物的体细胞来自不同植物的体细胞融合成融合成一个杂种细胞一个杂种细胞，且把，且把杂种细胞杂种细胞培培育成育成新的植物体新的植物
12、体的过程。的过程。2 2、优势、优势：（与有性杂交与有性杂交方法比较方法比较）克服了远缘杂交不亲和的障碍克服了远缘杂交不亲和的障碍，拓展了，拓展了可用于杂交的亲本组合范围可用于杂交的亲本组合范围。（一）植物体细胞杂交（一）植物体细胞杂交三、细胞工程与育种三、细胞工程与育种本讲稿第十八页，共三十四页3、植物体细胞杂交过程植物细胞植物细胞A植物细胞植物细胞B去掉细胞壁去掉细胞壁去掉细胞壁去掉细胞壁原生质体原生质体A原生质体原生质体B原生质体融合原生质体融合杂合的原生质体杂合的原生质体再生出细胞壁再生出细胞壁杂种细胞杂种细胞脱分化脱分化再分化再分化愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株细胞融合细胞融合植物
13、组织植物组织培养培养本讲稿第十九页，共三十四页白菜白菜甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝本讲稿第二十页，共三十四页(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交植物体细胞杂交过过程示意图程示意图标志标志去壁去壁本讲稿第二十一页，共三十四页思考题细胞壁如何去除？细胞壁如何去除？融合的基础是什么？融合的基础是什么？杂交完成的标志是什么？杂交完成的标志是什么？最后通过什么手段得到新个体最后通过什么手段得到新个体？整个过程中运用了细胞工程中的那些技术？整个过程中运用了细胞工程中的那些技术？本讲稿第二十二页，共三十四页去壁的常用方法去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等）原生质
14、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）细胞融合的基础细胞融合的基础：细胞膜的流动性细胞膜的流动性杂交完成的标志：形成细胞壁杂交完成的标志：形成细胞壁本讲稿第二十三页，共三十四页异想天开本讲稿第二十四页，共三十四页（一）单倍体育种（一）单倍体育种二 作物新品种的培育 1、单倍体的概念:2、单倍体的例子:由配子发育成的个体由配子发育成的个体蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单倍体单倍体.多数植物都可通过花药或花粉来获得单多数植物都可通过花药或花粉来获得单倍体倍体 本讲
15、稿第二十五页，共三十四页优点：优点：单倍体育种可以直接得到纯合体，所以这样大单倍体育种可以直接得到纯合体，所以这样大大地缩短了育种年限，只需两年即可得到纯合大地缩短了育种年限，只需两年即可得到纯合新品种新品种。3 3、单倍体育种的原理、单倍体育种的原理:花粉培养：从花药中分离出花粉粒使之成为分花粉培养：从花药中分离出花粉粒使之成为分散或游离的状态，通过培养使其脱分化并发育成散或游离的状态，通过培养使其脱分化并发育成植株的过程植株的过程;单倍体经过秋水仙素等处理使其染色体加倍以后产生单倍体经过秋水仙素等处理使其染色体加倍以后产生的二倍体。的二倍体。本讲稿第二十六页，共三十四页（一）单倍体育种（一
16、）单倍体育种二 作物新品种的培育 4.单倍体育种的一般过程单倍体育种的一般过程本讲稿第二十七页，共三十四页花药花药 花粉细胞培养花粉细胞培养 脱分化愈伤愈伤组织组织 分化出分化出分化出分化出小植物小植物再分化单倍体单倍体单倍体单倍体植株植株植株植株移栽正常正常植株植株染色体加倍5、植物花药组织培养生成正常植株的实验流、植物花药组织培养生成正常植株的实验流程程优点：优点：后代都是纯合子，明显缩短育种年限后代都是纯合子，明显缩短育种年限本讲稿第二十八页，共三十四页二、作物新品种的培育二、作物新品种的培育（二）、传统方法（二）、传统方法原理原理:基因的自由组合定律，优良基因的自由组基因的自由组合定律
17、，优良基因的自由组合。合。杂交育种杂交育种结果：结果：通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中同一后代中 缺点缺点:要不断进行要不断进行(多年多年)纯化和选择，才得到一种纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种符合理想要求的新品种 本讲稿第二十九页，共三十四页回忆、思考1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？2、植物组织培养技术的理论基础是什么？离体的器官、组织或细胞离体的器官、组织或细胞脱分化脱分化成愈伤组织成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3、什么叫做细胞全能性？什么叫做细胞全能性？具
18、有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,都具有发都具有发 育成完整生物体的潜能育成完整生物体的潜能。4、生物体所有细胞全能性都一致吗？、生物体所有细胞全能性都一致吗？受精卵受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞;植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞本讲稿第三十页，共三十四页5、植物细胞融合完成的标志的是（、植物细胞融合完成的标志的是（）A、产生新的细胞壁、产生新的细胞壁 B、细胞膜发生融合、细胞膜发生融合 C、细胞质发生融合、细胞质发生融合 D、细胞核发生融合、细胞核发生融合A6、体内的细胞体内的细胞为什么没有表现出全能性，为什么没有表现出全能性，而是分化成不
19、同的组织器官？而是分化成不同的组织器官？体内的细胞在特定的时间和空间条件下，基体内的细胞在特定的时间和空间条件下，基因选择性表达的结果。因选择性表达的结果。本讲稿第三十一页，共三十四页7.通过细胞杂交,获得一个杂种植株,需要的步骤是()A.分离原生质 诱导原生质融合 生出细胞壁 组织培养法 得到杂种植株B.分离原生质 原生质自然融合 组织培养 杂种植株C.获取细胞 原生质融合 组织培 养 杂种植株D.获取细胞 原生质直接融合 组织培养 杂种植株A本讲稿第三十二页，共三十四页8.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（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本讲稿第三十三页，共三十四页9 9、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（许多完整的植株，这些植株的特点（）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单倍体单倍体 D D都是纯合子都是纯合子A本讲稿第三十四页，共三十四页