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1、植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术细胞工程细胞工程 指应用指应用细胞生物学和分子生物学细胞生物学和分子生物学的原理和的原理和方法，通过方法，通过细胞水平或细胞器水平细胞水平或细胞器水平上上的操作的操作，按照人们的意愿来按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品得细胞产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。基因工程的概念基因工程的概念 指按照人们的愿望，进行严格的设计，并指按照人们的愿望，进行严格的设计，并通通过体外过体外DNA重组和转基因等技术重组和转基因等技术，赋予生物以新赋予生物以新的遗传特性的遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的，从而创造
2、出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。生物类型和生物产品。细胞工程胞工程基因工程基因工程原理和原理和方法方法操作水操作水平平目的目的分分类细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学基因重组基因重组细胞水平和细胞器水平细胞水平和细胞器水平DNADNA分子水平分子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创造出更符合人们创造出更符合人们需要的新的生物类需要的新的生物类型和生物产品型和生物产品植物细胞工程和动植物细胞工程和动物细胞工程物细胞工程植物细胞工程植物细胞工程利用菊花花瓣培养的菊花利用菊花花瓣培养的菊花1.为什么花瓣能培育出
3、完整的植株？为什么花瓣能培育出完整的植株？生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的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全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的，都有发育成为完整个体所必需的全全部基因部基因，从理论上讲，生物体的每一个细胞都具有，从理论上讲，生物体的每一个细胞都具有全能性全能性。判断：植物的判断：植物的种子种子发育成完整植株，体现了细胞的全能性。（发育成完整植株，体现了细胞的全能性。（）2.为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分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？化成为不同的组织、器官？基因基因在特定的时间和空间条件在特定的时间和空间条
4、件下下选择性表达的结果选择性表达的结果。在个体发育。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。组织和器官。让细胞或组织表现出全能性的前提条件是什么？让细胞或组织表现出全能性的前提条件是什么？离体状态离体状态3.全能性的大小全能性的大小 受精卵受精卵 生殖细胞（精、卵）生殖细胞（精、卵）体细胞体细胞 植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞 分化程度低的细胞分化程度低的细胞 分化程度高的细胞分化程度高的细胞 分裂能力强的细胞分裂能力强的细胞 分
5、裂能力弱的细胞分裂能力弱的细胞植物体细胞培养产生完整植株示意图植物组织培养技术一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术阅读教材阅读教材33页第二段页第二段-36页第一段，思考以下问题：页第一段，思考以下问题：1.1.什么是植物组织培养？其理论基础是什么？什么是植物组织培养？其理论基础是什么？2.2.尝试说出植物组织培养的过程。尝试说出植物组织培养的过程。3.3.什么是脱分化？脱分化的实质和结果分别是什么？什么是脱分化？脱分化的实质和结果分别是什么？4.4.什么是愈伤组织？什么是愈伤组织？5.5.愈伤组织是自养型细胞还是异养型细胞？基于此培育愈伤愈伤组织是自养型细胞还是异养型细胞？基于此培育愈伤
6、组织的培养基中应含有哪些物质？组织的培养基中应含有哪些物质？6.6.什么是再分化？再分化需要什么条件？什么是再分化？再分化需要什么条件？7.7.在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？人员的无菌操作？8.8.除了胡萝卜的形成层部分，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、除了胡萝卜的形成层部分，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、芽）是否也能培养成小植株？芽）是否也能培养成小植株？1.植物组织培养的概念植物组织培养的概念 植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌和人工控制无菌和人工控制条件下，条件下，将将离体离体的植物的植物器官、组织、细
7、胞器官、组织、细胞，培养在人工配，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生生愈伤组织、丛芽愈伤组织、丛芽，最终形成，最终形成完整的植株完整的植株。理论基础是：理论基础是：植物细胞的全能性植物细胞的全能性外植体外植体愈伤组织愈伤组织胚状体胚状体或丛芽或丛芽植物体植物体 脱分化脱分化 再分化再分化（有丝分裂、分化）（有丝分裂、分化）2.植物组织培养过程植物组织培养过程（进行有丝分裂）（进行有丝分裂）光照光照离体的植物器官、离体的植物器官、组织或细胞组织或细胞一般避一般避光光叶叶绿体的形体的形成需要光照成需要光照最好选择最好选择分化程度低、分
8、裂能力强、全能性更分化程度低、分裂能力强、全能性更高的幼嫩细胞高的幼嫩细胞，如分生区细胞、形成层细胞，如分生区细胞、形成层细胞，这些部位这些部位病毒很少或没有病毒很少或没有，可以培育脱毒苗，可以培育脱毒苗脱分化脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后，失：让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。过程。实质：实质：恢复细胞的全能性恢复细胞的全能性结果：结果：形成愈伤组织形成愈伤组织愈伤组织愈伤组织高度液泡化的呈无高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞定形状态的薄壁细胞细胞排列疏松而无规则细胞排列疏松而无规则新陈代谢类型：新陈代
9、谢类型：异养需异养需氧型氧型植植物组织培养的培养基：物组织培养的培养基：水、无机盐离子水、无机盐离子小小分分子有机物：子有机物：氮源：氮源：包括包括维生素维生素和和氨基酸氨基酸 碳源：碳源：2%5%的的蔗糖蔗糖溶液，溶液，调节渗透压调节渗透压 琼琼脂：脂：起支持作用起支持作用 激素：激素：生长素、细胞分裂素生长素、细胞分裂素、赤霉素、赤霉素 pH值：值：5.06.0再分化再分化：诱导愈伤组织分化形成根、芽或胚状体：诱导愈伤组织分化形成根、芽或胚状体的过程，包括的过程，包括器官发生和胚状体发生器官发生和胚状体发生两种途径。两种途径。激素杠杆激素杠杆生长素生长素/细胞分裂素的细胞分裂素的比值比值作
10、用效果作用效果比值高时比值高时比值低时比值低时比值适中时比值适中时有利于根的分化，抑制芽的形成有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化、抑制根的形成有利于芽的分化、抑制根的形成促进愈伤组织的形成促进愈伤组织的形成胚状体：在植物组织培养过程中，愈伤组织上产胚状体：在植物组织培养过程中，愈伤组织上产生的一种结构，生的一种结构，它与正常受精卵发育形成的胚有它与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育过程类似的结构和发育过程。也需考也需考虑内源激素内源激素胚状体离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物。在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的在组织培养实验中，为什么
11、要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？灭菌和实验人员的无菌操作？杂菌和培养物争夺营养杂菌和培养物争夺营养杂菌会生成对培养物有害的杂菌会生成对培养物有害的物质物质切取形成层无菌接种愈伤组织试管苗的形成脱分化再分化实验植株（1 1）植物细胞在什么条件下可表现出全能性？）植物细胞在什么条件下可表现出全能性？思考思考（3 3）决定植物脱分化、再分化的关键因素是？）决定植物脱分化、再分化的关键因素是？（2 2）植物组织培养过程是否全程需要光照？）植物组织培养过程是否全程需要光照？植物组织培养技术是一种无性繁殖，这项技术的优势是？在植物组织培养技术是一种无性繁殖，这项技术的优势是？在生产生活中有什么应
12、用？生产生活中有什么应用？发散思维发散思维:传统有性杂交传统有性杂交生殖隔离生殖隔离1、概念将将不同种不同种的植物体细胞，在一定条件下的植物体细胞，在一定条件下融合融合成成杂种细胞杂种细胞，并将其培养成并将其培养成新的植物体新的植物体。2、原理（1 1）细胞膜的流动性细胞膜的流动性（2 2）细胞的全能性细胞的全能性植物体细胞杂交思思考：考：根据细胞结构特点，不同植物体细胞发根据细胞结构特点，不同植物体细胞发生融合，首先会遇到什么障碍？生融合，首先会遇到什么障碍？原生质体原生质体细胞壁细胞壁原生质层原生质层：细胞膜、液泡：细胞膜、液泡膜以及二者之间的细胞质膜以及二者之间的细胞质酶解法酶解法用用纤
13、维素酶纤维素酶和和果胶酶果胶酶去除细胞去除细胞壁壁化学法化学法-聚乙二醇（聚乙二醇（PEG）诱导融合诱导融合物理法物理法-离心、振动、电刺激离心、振动、电刺激利用电激法将野生马铃薯与栽培马利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯铃薯进行进行细胞融合细胞融合两个原生质体的两个原生质体的细胞膜、核膜融合在一起细胞膜、核膜融合在一起（1）如何去掉细胞壁呢？思考：（2）原生质体如何融合在一起呢？融融合会产生哪些类型的细胞？都是我们所需要的吗合会产生哪些类型的细胞？都是我们所需要的吗？AAAA番茄番茄BBBB马铃薯马铃薯混合培养混合培养化学法、物理法化学法、物理法AAABBBAB注意：注意：若若A A细胞含有
14、细胞含有2x2x条染色体，条染色体，2 2个染色体组，基因型个染色体组，基因型为为AabbAabb，B B细胞含有细胞含有2y2y条染色体，条染色体，2 2个染色体组，个染色体组，基因型为基因型为ccDdccDd，则杂种细胞含有，则杂种细胞含有_条染色体，条染色体，含有含有_个染色体组，为个染色体组，为_倍体，基因型为倍体，基因型为_。2x2y4异源四异源四AabbccDd杂种细胞形成的标志是什么？杂种细胞形成的标志是什么？如何将杂种细胞培育成杂种植物？如何将杂种细胞培育成杂种植物？杂种细胞再生出细胞壁杂种细胞再生出细胞壁 通过植物组织培养通过植物组织培养杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织胚状体
15、或丛芽胚状体或丛芽杂种植株杂种植株脱分化脱分化再分化再分化杂杂种种植植株株融合的原融合的原生质体生质体AB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去壁去壁去壁去壁人人工工诱诱导导植物细胞植物细胞B植物体细胞杂交步骤：植物体细胞杂交步骤：原理：原理：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性细胞膜的流动性和植物细胞的全能性能力提升植物组织培养与植物体细胞杂交技术的关系？杂种细胞需经过植物组织培养才能发育为具有双亲遗传特性的杂种植株。因此，植物组织培养是植物体
16、细胞杂交的基础。知识小结植物组织培养植物体细胞杂交技术所属范畴原理步骤意义联系无性繁殖细胞全能性脱分化再分化保持优良性状；繁殖速度快、大规模生产；提高经济效益杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源杂交的障碍去除细胞壁原生质体融合植物组织培养膜流动性 细胞全能性染色体变异、基因重组植物体细胞杂交技术的成果生长周期短，耐热性强，易于贮藏。生长周期短，耐热性强，易于贮藏。植物体细胞杂交属于无性生殖还是有性生殖？属于哪种变异植物体细胞杂交属于无性生殖还是有性生殖？属于哪种变异类型？为什么杂种植株具有两个亲本的遗传性状？类型？为什么杂种植株具有两个亲本的遗传性状？应用植物体细胞杂交技术培育新品种的过程
17、中，遗传物质的应用植物体细胞杂交技术培育新品种的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传定律？传递是否遵循孟德尔的遗传定律？意义：意义：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，扩大扩大了亲本了亲本杂交杂交组组合范围合范围。植物体细胞杂交技术的意义尚未解决的问题：尚未解决的问题：不能让杂种细胞完全不能让杂种细胞完全 按照人们按照人们的意愿去表达出亲本的优良性状。的意愿去表达出亲本的优良性状。科科学家用学家用植物体细胞杂交植物体细胞杂交的方法，的方法，成功地培育出了成功地培育出了“蕃茄马铃薯蕃茄马铃薯”的杂种的杂种植株，可惜这个植株植株，可惜这个植株并没有在地上结番并没有在地上结
18、番茄，地下结马铃茄，地下结马铃薯。薯。1.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，下列哪一项条件是不需要的（）A.消毒灭菌B.适宜的温度C.充足的光照D.适宜的养料和激素C反馈练习2.高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是（）A该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的B该愈伤组织的细胞没有全能性C该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成D该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构B3.植物体细胞杂交是利用不同物种的两个体细胞融合成为一个杂种细胞的过程。该过程是指（）A.不同植物的精子与卵细胞的融合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D.植物花粉细胞的两两融合B