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1、专题2 细胞工程细胞工程细胞工程 指应用细胞生物学和分子生物学的原指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产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。品的一门综合科学技术。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胞整体水平或细胞器水平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
2、细胞产品或获得细胞产品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:根据细胞类型的不同，可以把细根据细胞类型的不同，可以把细胞工程分为胞工程分为植物细胞工程植物细胞工程和和动物细动物细胞工程胞工程两大类两大类。细胞工程分类：细胞工程分类：通常采用的技术手段有通常采用的技术手段有哪些？哪些？植物细胞工程的理论植物细胞工程的理论基础是什么
3、？基础是什么？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所采用技术的理论基础 1.概念概念:：生物体的细胞具有使后代细胞形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。成完整个体的潜能的特性。2.原因：原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种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，都有发育成所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个论上讲，生物体的每一个活细胞活细胞都应都应该具有全能性。该具有全能性。一一 植物细胞的全能
4、性植物细胞的全能性2、原理：原理：3 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，体受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的细胞的全能性比生殖细胞的低。低。4、大小、大小4.4.全能性高低：全能性高低：受精卵生殖细胞体细胞植物细胞动物细胞1.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2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
5、子植物的的叶肉细胞被子植物的的叶肉细胞AC 思考讨论：为什么体内细胞没有表现出思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？全能性，而是分化成为不同的组织、器官？基因在特定空间和时间条件下选择性基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在表达的结果。在个体发育个体发育的不同时期，的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。不同的组织和器官。5.5.细胞表现出全能性的条件细胞表现出全能性的条件体外体外:在一定条件下表达在一定条件下表达 离体
6、（细胞、组织或器官）、一定的营离体（细胞、组织或器官）、一定的营养物质、激素和其他外界条件养物质、激素和其他外界条件3 3、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 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：4.下列有关细胞全能性的含义
7、，正确的是：下列有关细胞全能性的含义，正确的是：A 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 B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能功能 C 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 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 5.在生物体内，细胞没有表现出全能性，而在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为：是分化为不
8、同的组织、器官，是因为：A A、细胞丧失了全能性细胞丧失了全能性 B B、基因的表达有选择性基因的表达有选择性 C C、不同的细胞内基因不完全相同不同的细胞内基因不完全相同 D D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生生了变化了变化 B 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?生姜是药食两用的经济作物，具有生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品
9、质变差，叶子皱种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产缩，生长缓慢，一般减产30%30%50%50%。设计无病毒设计无病毒生姜生姜幼苗的培育方案幼苗的培育方案请你设请你设计计请你请你设计设计 植物组织培养就是在无菌和人工控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、制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给细胞，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。织、丛芽，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、概念离体的植物器官、组织或细
10、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。脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可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，这个过程叫做以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。再分化。外植体：外植体：愈伤组织：愈伤组织：脱分化（去分化）：脱分化（去分化）
11、：再分化：再分化：用于离体培养的植物器官或组织片段。用于离体培养的植物器官或组织片段。离体的植物器官、组织或细胞，在培养离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间以后，会通过细胞分裂，形了一段时间以后，会通过细胞分裂，形成一团细胞而形成的组织叫愈伤组织。成一团细胞而形成的组织叫愈伤组织。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。薄壁细胞。由高度分化的植物器官、组织或由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。植物细胞的脱分化。植物组织培养的
12、培养基植物组织培养的培养基定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质长的基质无机营养成分：无机营养成分：C C，H H，O O大量元素及部分微量大量元素及部分微量元素元素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%5%2%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PHPH值：值：5.05.06.06.0(1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操
13、作？械的灭菌和实验人员的无菌操作？培养基一旦被污染，迅速生长的各种培养基一旦被污染，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，导致培养物迅速死亡。害的物质，导致培养物迅速死亡。(2)(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切在本实验中，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取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分成愈伤组织。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，（如茎、叶、花
14、），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？你能用实验的方法进行验证吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。诱导愈伤组织比较困难。(3)(3)请根据上面的实验过程，请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的概括出植物组织培养技术的流程简图。流程简图。植物材料消毒植物材料消毒接种到接种到诱导培养基诱导培养基诱导出愈伤组织诱导出愈伤组织可直接诱导分化可直接诱导分化愈伤组织接种到愈伤组织接种到分化培养基分化培养基分化出幼苗分化出幼苗接种到接种到生根培养基生根培养基完整植株完整植株移
15、栽到大田移栽到大田愈伤组织转接愈伤组织转接到到继代培养基继代培养基得到大量的得到大量的愈伤组织愈伤组织继代培养基继代培养基:更换新鲜的更换新鲜的培养基来繁殖同种类型的培养基来繁殖同种类型的材料材料试 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非洲紫罗兰的组织培养非洲紫罗兰的组织培养：1、为什么诱导愈伤组织的过程中应避、为什么诱导愈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
16、、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 番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。经常食用的蔬菜。人们曾经有这样一个梦想：让一株植株地人们曾经有这样一个梦想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个梦想上部分结番茄，地下部分长土豆。这个梦想可能实现吗？可能实现吗？二二 植物体细胞杂交植物体细胞杂交1 1、定义：、定义：用两个用两个来自不同植物的体细胞融来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细合成一个杂种细
17、胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。胞培育成新的植物体的方法。2 2、优势：、优势：（与有性杂交与有性杂交方法比较）方法比较）打破了不同种生物间的生殖隔打破了不同种生物间的生殖隔离限制离限制，大大扩展了可用于杂，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。交的亲本组合范围。未解决的问题：未能让杂种植物按照未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良。人们的需要表现出亲代的优良。（1）过程）过程细胞壁的阻碍细胞壁的阻碍v要想让两个来自不同植物的体细胞融要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？合在一起，遇到的第一个障碍是什么？2有没有一种温和的去除细胞壁的方法？
18、有没有一种温和的去除细胞壁的方法？酶解法酶解法纤维素酶和果胶酶去除细胞壁纤维素酶和果胶酶去除细胞壁原生质体：原生质体：植物细胞去掉细胞壁以后的部分。植物细胞去掉细胞壁以后的部分。原生质：原生质：细胞里具有生命活性的物质。细胞里具有生命活性的物质。原生质层：原生质层：细胞膜和液泡膜以及两层膜之细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的部分。间的部分。根据的原理是根据的原理是:细胞膜的流动性细胞膜的流动性方法方法:物理物理 化学化学:离心离心.振动振动.电激电激聚乙二醇聚乙二醇(PEG)(PEG)作诱导剂作诱导剂成功标志是成功标志是:杂种细胞产生了新的细胞壁杂种细胞产生了新的细胞壁杂杂种种植植株株融合的融合的
19、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 A原生质体原生质体B B原生质体原生质体A 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 B（2 2）植物体细胞杂交技术的意义）植物体细胞杂交技术的意义克服远源杂交克服远源杂交不亲和不亲和的障碍，培育出自然界的障碍，培育出自然界中没有的、具有优良品质的新品种。中没有的、具有优良品质的新品种。成果成果白菜白菜白菜白菜甘
20、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.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？番茄、地下结马铃薯？马铃薯马铃薯番茄没有像人们预想的那样地番茄没有像人们预想的那样地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：生生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互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，调控、相互影响的，所以马铃薯所以马铃薯番茄杂交番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，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
21、的表达受到相互干扰，不能但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再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。马铃薯就是很自然的了。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
22、方案。一一、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径1.1.微型繁殖微型繁殖 (1)(1)微型繁殖技术微型繁殖技术:快速繁殖优良品种快速繁殖优良品种的植物组织培养技术的植物组织培养技术.(2)(2)特点特点:保持优良品种的遗传特性保持优良品种的遗传特性;高效快速地实现种苗的大量繁殖高效快速地实现种苗的大量繁殖.2.2.作物脱毒作物脱毒 (1)(1)材料材料:无病毒的茎尖无病毒的茎尖 (2)(2)脱毒苗脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得切取茎尖进行组织培养获得 (1)(1)特点特点:后代无形状分离后代无形状分离不受气候不受气候,季节和地域限制季节和地域限制 (2)(2)技术技术:植物组织培养植物组织培养.
23、(3)(3)结构结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽芽.3.3.神奇的人工种子神奇的人工种子二二、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 (1)(1)方法方法:花药的离体培养花药的离体培养(2)(2)优点优点:后代稳定遗传后代稳定遗传,都是纯合体都是纯合体;明显缩短育种年限明显缩短育种年限.2.2.突变体的利用突变体的利用三三、细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产1.1.种类种类:蛋白质蛋白质,脂肪脂肪,糖类糖类,药物药物,香料香料,生生物碱等物碱等.(1)(1)产生产生:植物组织培养植物组织培养(2)(2)利用利用:筛选对人们有利
24、突变体筛选对人们有利突变体,进而培育新进而培育新品种品种2.2.技术技术:植物的组织培养植物的组织培养.1 1、当植物细胞脱离了原来所在植物体的、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，下列有可器官或组织而处于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，发育成完整的植株能使其表现出全能性，发育成完整的植株的是（的是（）A A、细胞分裂素细胞分裂素 B B、生长素生长素 C C、一定的营养物质一定的营养物质 D D、以上三者均是以上三者均是 D2 2、细胞工程是一门综合科学技术。下、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于细胞工程（列哪项技术不属于细胞工程（）A A、有性杂
25、交有性杂交 B B、体细胞杂交体细胞杂交 C C、组织培养组织培养 D D、细胞核移植细胞核移植A、植物体细胞杂交尚未解决的问题、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（是（）A A、去掉细胞壁，分离出有活力的原生去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体质体 B B、让杂种植物按照人们的需要表现出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 C C、将杂种细胞培育成植株将杂种细胞培育成植株 D D、尚未培育出属间杂种植物尚未培育出属间杂种植物B、不能人工诱导原生质体融合的、不能人工诱导原生质体融合的方法是（方法是（）A A、振动振动 B B、电剌激电剌激 C C、PEGPEG试剂试剂 D D、
26、重压重压D植物细胞表现出全能性的必要条件是植物细胞表现出全能性的必要条件是 （）A.A.给予适宜的营养和外界条件给予适宜的营养和外界条件B.B.导入其他植物细胞的基因导入其他植物细胞的基因C.C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件D.D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内内D.D.生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的C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植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞细胞B.B.未成
27、熟的种子经过处理培育出幼苗的过未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程程 C.C.植物的器官、组织或细胞，通过离体培植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程养产生愈伤组织的过程D.D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程取植物的枝芽培育成一株新植物的过程C植物组织培养是指植物组织培养是指 （）A A离体的植物器官或细胞培育成离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织愈伤组织B B愈伤组织培育成植株愈伤组织培育成植株C C离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体培养成完整植物体D D愈伤组织形成高度液泡化组织愈伤组织形成高度液泡化组织C植物体细胞杂交要先去除细胞壁植物
28、体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是的原因是 （）A.A.植物体细胞的结构组成中不包括细植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁胞壁B.B.细胞壁使原生质体失去活力细胞壁使原生质体失去活力C.C.细胞壁阻碍了原生质体的融合细胞壁阻碍了原生质体的融合D.D.细胞壁不是原生质的组成部分细胞壁不是原生质的组成部分C C植物体细胞杂交的目的中错误的植物体细胞杂交的目的中错误的（）A.A.把两个植物体的优良性状集中在杂把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上种植株上B.B.获得杂种植株获得杂种植株C.C.克服远源杂交不亲和的障碍克服远源杂交不亲和的障碍D.D.实现原生质体的融合实现原生质体的融合D D、植物体细胞融
29、合完成的标志是（、植物体细胞融合完成的标志是（）A A、产生新的细胞壁产生新的细胞壁 B B、细胞膜发生融合细胞膜发生融合C C、细胞质发生融合细胞质发生融合 D D、细胞核发生融合细胞核发生融合A、下列植物细胞的全能性在提供了适宜条、下列植物细胞的全能性在提供了适宜条件的情况下最易表达的是（件的情况下最易表达的是（）A A、枝条上的一个芽枝条上的一个芽 B B、柱头上的花粉柱头上的花粉C C、胚珠中的珠被细胞胚珠中的珠被细胞 D D、根尖分生区细胞根尖分生区细胞、能刺激愈伤组织形成的激素是（、能刺激愈伤组织形成的激素是（）A A、细胞分裂素细胞分裂素 B B、赤霉素赤霉素C C、生长素和赤霉素生长素和赤霉素 D D、细胞分裂素和乙烯细胞分裂素和乙烯 B A