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1、专题专题2 2 细胞工程细胞工程 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细胞内的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？什么叫细胞工程？2
2、.1植物细胞工程植物细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术利用菊花花瓣培养的菊花利用菊花花瓣培养的菊花为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？1 1什么是细胞的全能性？什么是细胞的全能性？2 2为什么细胞具有全能性？为什么细胞具有全能性？3 3菊花体内的细胞为什么没有表现出全能性，菊花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？而是分化成不同的组织器官？4.4.所有细胞的全能性都一样吗？所有细胞的全能性都一样吗？植物细胞工程植物细胞工程理论基础：理论基础：植物细胞的全能性植物细胞的全能性常用技术常用技术
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细胞全能性概念：细胞全能性概念：是指具有某种生物全部遗传信息的任何是指具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞都具有发育成完整生物个体的潜能。一个细胞都具有发育成完整生物个体的潜能。细胞全能性原因：细胞全能性原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种全是生物体的每一个细胞都含有该物种全套遗传物质套遗传物质(全部基因全部基因)。操作水平：操作水平：细胞水平、细胞器水平细胞水平、细胞器水平细胞全能性的大小：细胞全能性的大小：植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞受精卵体细胞受精卵体细胞分化程度低的分化程度高的分化程度低的分化程度高的分裂能力强的分裂能力弱的分
4、裂能力强的分裂能力弱的幼嫩的细胞衰老的细胞幼嫩的细胞衰老的细胞全能性表现的条件：全能性表现的条件：全能性未表现的原因：全能性未表现的原因：离体离体无菌、无毒的环境无菌、无毒的环境适宜的培养基适宜的培养基(营养物质和植物激素营养物质和植物激素)适宜的环境条件适宜的环境条件(温度、温度、PH等等)生物个体发育中，基因是选择性表达的结果。生物个体发育中，基因是选择性表达的结果。利用菊花花瓣培养的菊花利用菊花花瓣培养的菊花植物的花瓣是怎样长成一株完整植株的呢？植物的花瓣是怎样长成一株完整植株的呢？植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌无菌和和人工控制人工控制条条件下，将件下，将离体离体的植物器官、组
5、织、细胞，的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予培养在人工配制的培养基上，给予适宜适宜的培养条件的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛，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。一、植物组织培养一、植物组织培养菊花菊花花瓣花瓣愈伤愈伤组织组织根、芽或根、芽或胚状体胚状体植物体植物体脱分化脱分化再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组织或细胞产生愈伤组织的过程织的过程愈伤组织重新分愈伤组织重新分化成根或芽等器化成根或芽等器官的过程官的过程离体的植物器官、组织或细胞，离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段间以后，通过细胞分在培
6、养一段间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化无定形裂，形成一种高度液泡化无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。规则的组织。胚状体胚状体:像种子的胚一样像种子的胚一样的结构（有胚芽、胚轴、的结构（有胚芽、胚轴、胚根）。胚根）。过程过程: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?切取切取形成层形成层无菌无菌接种接种诱导愈伤织诱导愈伤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1.1.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什么？什么？2.2.在植物组织培养过程中，为什么要进在植物组织培养
7、过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？菌操作？离体、一定的营养物质、激离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件素和其他外界条件避免杂菌在上面迅速生长而避免杂菌在上面迅速生长而危害培养物的生长。危害培养物的生长。想一想想一想3、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。二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术番番茄茄马马铃铃薯薯 将不同种的植物体细胞，在一定条将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。育成新的植物体的技术。1 1、概念、概念植物细胞植
8、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原生质体融合正在融合的正在融合的原生质体原生质体再生出细胞壁杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株去细胞壁纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶物理方法物理方法化学方法：化学方法：离心离心振动振动电刺激电刺激聚乙二醇聚乙二醇细胞分裂植物组织培养植植物物细细胞胞融融合合酶解法人工诱导方法2 2、过过程程二、植物体细胞杂交过程二、植物体细胞杂交过程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）物理法：离心、振动、电激物理法：离心、振动、电激化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEG
9、PEG）诱导原生质体融合方法诱导原生质体融合方法：杂种细胞形成的标志：杂种细胞形成的标志：新细胞壁的形成新细胞壁的形成植物体细胞杂交完成的标志：植物体细胞杂交完成的标志：杂种植株的形成杂种植株的形成思考：思考：原生质体与原生质层是不是相同的结构原生质体与原生质层是不是相同的结构？理论基础：理论基础：细胞膜的流动性、细胞膜的流动性、植物细胞的全能性植物细胞的全能性白白菜菜甘甘蓝蓝2.利用多倍体育种能获得这种白菜利用多倍体育种能获得这种白菜-甘蓝吗？怎样获得？甘蓝吗？怎样获得？2N=142N=141.植物体细胞杂交得到的白菜甘蓝是几倍体、几个染色体组、多少染色体，是否植物体细胞杂交得到的白菜甘蓝是
10、几倍体、几个染色体组、多少染色体，是否可育？可育？是四倍体、四个染色体组、是四倍体、四个染色体组、2828条染色体、可育条染色体、可育能，先让两者进行有性杂交，对杂交所得种子在萌发成能，先让两者进行有性杂交，对杂交所得种子在萌发成幼苗时，用秋水仙素处理，使其染色体加倍，恢复育性。幼苗时，用秋水仙素处理，使其染色体加倍，恢复育性。思考：思考：原生质体原生质体诱导融合诱导融合去壁去壁去壁去壁再生细胞壁再生细胞壁再分化）再分化）（脱分化、（脱分化、组织培养组织培养白菜白菜甘蓝具有两个亲本的特征，甘蓝具有两个亲本的特征，具有双亲的全部遗传物质具有双亲的全部遗传物质植物组织培养的过程植物组织培养的过程愈
11、伤组织愈伤组织离体植物器官组织细胞离体植物器官组织细胞脱分化脱分化再分化再分化胚状体或幼芽和根胚状体或幼芽和根植物体植物体植物体细胞杂交过程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杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株去壁去壁生出新壁脱分化再分化比较比较比较比较植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术所属所属范畴范畴原理原理步骤步骤意义意义联系联系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、
12、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胞全能性染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组1 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、地下结如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？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，马铃薯马
13、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，交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但但这些这些遗传物质的表达受到相互干扰遗传物质的表达受到相互干扰，不能不能再像马铃再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达有序表达，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。2、动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗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。？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。3、成果和未解决的问题 成果：克服不同生物远缘杂交的障碍，出成果：克服不同生物远缘杂交的障碍，出
14、 现自然界没有的新品种现自然界没有的新品种。未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的 需要表现出亲代的优良。需要表现出亲代的优良。四、植物细胞工程的应用v（一）植物繁殖新途径（一）植物繁殖新途径v（二）作物的新品种培育（二）作物的新品种培育v（三）细胞产物的工厂化生产（三）细胞产物的工厂化生产1 1、微型繁殖、微型繁殖(快速繁殖快速繁殖)（一）植物繁殖新途径：（一）植物繁殖新途径：繁殖速度快；繁殖速度快；保持亲本优良性状保持亲本优良性状;(无性繁殖）；无性繁殖）；不受自然生长季节的限制不受自然生长季节的限制（室内生产）。（室内生产）。思考：思考：与传统繁殖技
15、术相比，有何特点与传统繁殖技术相比，有何特点？2 2、作物脱毒（培育无病毒植株）、作物脱毒（培育无病毒植株）作物脱毒材料及原因作物脱毒材料及原因:茎尖或根尖分生区细胞茎尖或根尖分生区细胞这些部位含病毒极少，甚至无病毒。这些部位含病毒极少，甚至无病毒。3 3、人工种子、人工种子 通过植物组织培养的方法获得的通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和胚状体、不定芽、顶芽和腋芽腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子成幼苗的种子。组成组成：胚状体胚状体(不定芽、顶芽和腋芽不定芽、顶芽和腋芽)人工种皮人工种皮（适量的无机盐
16、、糖类和蛋白质；（适量的无机盐、糖类和蛋白质；另外还有农药、抗生素、有益菌、植物生长调另外还有农药、抗生素、有益菌、植物生长调节剂等）节剂等）优点：优点：能保持亲本的优良特性能保持亲本的优良特性不受季节、气候和地域的限制不受季节、气候和地域的限制易于储藏和运输易于储藏和运输思考：思考：人工种皮中应该具有什么成分人工种皮中应该具有什么成分？1 1、单倍体育种、单倍体育种选择选择亲本亲本有性有性杂交杂交F1代代单倍体单倍体植植 株株诱诱 导导染色体加倍染色体加倍可可 育育纯合子纯合子选择所选择所需类型需类型 优点优点:明显缩短育种年限明显缩短育种年限得到纯合子得到纯合子花粉离花粉离体培养体培养二）
17、.作物的新品种培育作物的新品种培育 在植物组织培养中，培养的细胞一直处于不在植物组织培养中，培养的细胞一直处于不断的分生状态，容易受到培养条件和外界压力断的分生状态，容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。（2 2）突变体的利用）突变体的利用2.2.突变体的利用突变体的利用筛选对人们有利突变体筛选对人们有利突变体,进而培育新品种进而培育新品种（1）突变体的产生比较：比较：单倍体育种：单倍体育种：突变体的利用：突变体的利用：植物体细胞杂交育种植物体细胞杂交育种优点：优点：育种原理：育种原理：优点：优点：育种原理：育种原理：优点：优点：育种原理：育种原理：明显缩短育种年限明显缩短育种年限染色体变异染色体变异能够产生新性状能够产生新性状基因突变基因突变克服远缘杂交不亲和障碍克服远缘杂交不亲和障碍染色体变异染色体变异（三）细胞产物的工厂化生产（三）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,生物碱等生物碱等.(2)(2)技术技术:植物的组织培养植物的组织培养.名贵药物名贵药物人参皂甙干粉人参皂甙干粉的生产的生产红豆杉红豆杉组织培养生产抗癌药物组织培养生产抗癌药物紫杉醇紫杉醇谢谢！谢谢！