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1、专题2 细胞工程细胞工程细胞工程 是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过通过细胞水平或细胞器水平细胞水平或细胞器水平上的操作上的操作，按照人们的，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。门综合科学技术。细细胞胞工工程程应用的原理和方法应用的原理和方法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胞整体水平或细胞器水平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
2、胞工程研究的目的研究的目的研究的水平研究的水平动物细胞工程动物细胞工程前者前者是是细胞水平或胞水平或细胞器水平上生物技胞器水平上生物技术,后者后者是分子水平上的生物技是分子水平上的生物技术。克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 水平上的技术，水平上的技术，培育抗虫棉是培育抗虫棉是 水平上的技术。水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞工程与基因工程相比：细胞细胞分子分子思考思考:植物细胞工程的理论基础植物细胞工程的理论基础是什么？通常采用的技术手段是什么？通常采用的技术手段有哪些？有哪些？所采用技术所采用技术的理论基础的理论基础 植植物物细细胞胞工工程程通通常常采采用用的的技技 术术 手手 段段
3、 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2 2、理论基础：、理论基础：细胞的全能性细胞的全能性1 1、植物组织培养的概念、植物组织培养的概念 在无菌和人工控制的条件下在无菌和人工控制的条件下,将离体的植将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工控制的培物器官、组织、细胞，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。(一一)、植物组织培养、植物组织培养一、技术手段一、技术手段细胞的全能性细胞的全能性1)、概念、概念1）受精卵）受精
4、卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞：生物体的细胞具有使后代细胞形成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，叫做细胞的完整个体的潜能的特性，叫做细胞的全能性。全能性。2)、原因、原因3)、全能性的比较、全能性的比较：从理论上讲，每个细胞都包含该物种从理论上讲，每个细胞都包含该物种的全部遗传物质（全部基因），所以的全部遗传物质（全部基因），所以每个活细胞都应具有全能性每个活细胞都应具有全能性 。2）植物细胞全能性一般比动物细胞）植物细胞全能性一般比动物细胞强强 在一个生物体内，细胞没有表现出在一个生物体内，细胞没有表现出 全能性，原因是（全能性，原因是（）细胞失去了全能性细胞失去了全能性细
5、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离体离体 ,活细胞，一定的营养物质、激素和活细胞，一定的营养物质、激素和其他外界条件其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。程，就是植物组织培养。全能性表现的条件？全能性表现的条件？离体的植物离体的植物器官、组织、器官、组织、细胞细胞脱分化脱分化愈愈伤伤组组织织再分化再分化根根芽芽植植物物体体3 植物组织培养的基本过程植物组织培养的基本过
6、程愈伤组织愈伤组织愈伤组织是通过愈伤组织是通过细胞分裂细胞分裂形成的，其细胞排列形成的，其细胞排列疏松而疏松而无规则无规则，高度，高度液泡化液泡化呈呈无定形无定形状态的状态的薄壁薄壁细胞。细胞。4 影响植物组织培养的因素影响植物组织培养的因素 材料的选择、材料的选择、营养成分、激素、一定的外界因素（温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等）。外植体选择外植体选择脱分化难易程度因植物种类，脱分化难易程度因植物种类，器官来源和生长状况不同有很器官来源和生长状况不同有很大差异，一般烟草，胡萝卜，大差异，一般烟草，胡萝卜，植物花和幼嫩组织脱分化较易植物花和幼嫩组织脱分化较易以下培养基出现的现象说明
7、什么问题？激素配比对组织培养的影响激素配比对组织培养的影响在培养基中需要添加在培养基中需要添加生长素生长素和和细胞分裂素细胞分裂素等植物激素，其等植物激素，其浓度浓度、使用的先后顺序使用的先后顺序、用量的比例用量的比例等都影响结果。等都影响结果。高高 利于根分化、抑制芽的形成利于根分化、抑制芽的形成生长素生长素/细胞分裂素细胞分裂素 低低 利于芽的形成利于芽的形成适中适中 利于愈伤组织的形成利于愈伤组织的形成 1 1、定义：、定义：将两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂将两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的过程。过程。
8、2 2、优势：、优势：（与有性杂交方法比较）与有性杂交方法比较）克服了远缘杂交不亲和的障碍，拓展了可克服了远缘杂交不亲和的障碍，拓展了可用于杂交的亲本组合范围。用于杂交的亲本组合范围。(二二)植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物细胞A植物细胞B原生质体A原生质体B杂交细胞细胞融合再生细胞壁愈伤组织去除细胞壁：纤维素酶、果胶酶。人工诱导方法：物理法：离心、振动、电激；化学法：聚乙二醇。植株3 3、过程、过程利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合失败甘蓝白菜白菜甘蓝4.成果及未解决问题.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超级杂种
9、植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？铃薯？主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它主要原因是：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，马铃薯们之间是相互调控、相互影响的，马铃薯番茄杂番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以所以杂杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯
10、。植物植物A A细胞细胞植物植物B B细胞细胞去壁去壁原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B原生质体融合原生质体融合融合体融合体再再生生壁壁杂种细胞杂种细胞细胞分裂细胞分裂愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株去壁的常用方法：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）植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图细胞融合的基础：细胞融合的基础：细胞膜的流动性细胞膜的流动性 B不同植物的原生质体的融合C完整的两个体细胞的融合
11、 D植物花粉细胞的两两融合AB1、植物体细胞融合完成的标志是 ()A产生新的细胞壁 B细胞膜发生融合C细胞质发生融合 D细胞核发生融合2、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指 ()A不同植物的精子和卵细胞的融合 比较比较比较比较无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞全能性脱分化脱分化再分化再分化保持优良性状保持优良性状繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产提高经济效益提高经济效益杂交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源杂交克服不同种生物远源杂交的障碍的障碍去除细胞壁去除细胞壁融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞组织培养组织培养膜流动性膜流动性细胞全能性细
12、胞全能性染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，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。提示：根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂提示：根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂交的。具体的实验方案可以设计如下：交的。具体的实验方案可以设计如下：1.微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）(一)植物繁殖的新途径 (1)概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.(2)特点:A、保持优良品种的遗传特性;B、高
13、效快速地实现种苗的大量繁殖.(3)优点：从植物体上取材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理。例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产 400万株兰花苗.二 应用 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于殖速度缓慢，不利于新品种的推广新品种的推广;用种子用种子繁殖又很困难，因为繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，没有储藏营养物质，在发芽过
14、程中很容易夭折。在发芽过程中很容易夭折。植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术试管苗大规模培养 2.作物脱毒作物脱毒1.)作物脱毒的原因作物脱毒的原因:2.)作物脱毒的材料作物脱毒的材料:3.)作物脱毒的方法作物脱毒的方法:4.)作物脱毒的结果作物脱毒的结果:长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差分生区（如茎尖）的细胞进行组织培养获得脱毒苗5.)成就成就:3.神奇的人工种子神奇的人工种子 天然种子的局限天然种子的局限 1 1）培育周期长）培育周期长 2 2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性良特性 3 3）生产会
15、受到季节、气候和地域的限制，并且）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需要占用大量的土地实现制种人工种子人工种子 胚状体通过植物组织培养得到的通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和胚状体、不定芽、顶芽和腋芽腋芽等为材料，经过等为材料，经过人工薄膜人工薄膜包装得到的种子。包装得到的种子。（1 1 1 1）人工种子概念）人工种子概念）人工种子概念）人工种子概念胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮人工种皮 (3(3(3(3）人工种皮中的有效成分）人工种皮中的有效成分）人工种皮中的有效成分）人工种皮中的有效成分适量的养分、无机盐、有机
16、碳源以及农药、适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌、植物生长调节剂等抗生素、有益菌、植物生长调节剂等抗生素、有益菌、植物生长调节剂等抗生素、有益菌、植物生长调节剂等(4)(4)(4)(4)技术：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（2 2 2 2）人工种子组成）人工种子组成）人工种子组成）人工种子组成讨论讨论培植周期短 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(5)(5)优点优点：1.单倍体育种单倍体育种(二)作物新品种的培育 由由配子配子不经过受精作用
17、而不经过受精作用而直接发育直接发育成成,且体且体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体.1.)单倍体定义：单倍体定义：2.)举例：举例：3.)单倍体单倍体育种的优育种的优点：点：蜜蜂中的雄蜂蜜蜂中的雄蜂 通过花药或花粉来获得单倍体植物通过花药或花粉来获得单倍体植物 明显缩短育种年限明显缩短育种年限得到的得到的植株植株都是纯合体都是纯合体 2.突变体的利用突变体的利用(二)作物新品种的培育 植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变1.)产生：产生：筛选对人们有利突变体,进而培育新品种2.)利用：利用：蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等1.细胞产物种类：细胞产物种类：(三三)细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产植物的组织培养2.技术：技术：3.成就：成就：