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1、2.1 植物细胞工程植物细胞工程2.1.1细胞工程的基本技术细胞工程的基本技术 n理论基础是：植物细胞的全能性。n全能性：是指具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整个体的潜能。n原因：是生物的每一个体细胞都含有物种所特有的全套遗传物质（全套基因）细胞的全能性细胞的全能性1.概念概念:已高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的已高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。潜能。2.原因：原因：生物体细胞含有本物种所特有的全套遗传生物体细胞含有本物种所特有的全套遗传信息。信息。3.全能性高低：全能性高低：受精卵胚胎干细胞生殖细胞体细胞植物细胞动物细胞动物细胞一、植物组织培养一、植物组织
2、培养n1、原理原理：细胞的全能性细胞的全能性n2、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、）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、湿度、酸碱度、光照等适宜的温度、湿度、酸碱度、光照等 2）培养基）培养基植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基无机营养成分：无机营养成分：无机盐离子有机营养成分：有机营养成分：氮源：包括维生素和氨基酸 碳源：蔗糖溶液 琼脂：支持作用 激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素n3、植物组织培养的基本过程植物组织培养的基本过程 外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 胚状体或丛芽胚状
3、体或丛芽脱分化脱分化遮光遮光再分化再分化光照光照培养培养植株植株 愈伤组织的形成n愈伤组织：离体的植物愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种过细胞分裂，形成一种排列疏松无规则、高度排列疏松无规则、高度液泡化、无定形态的薄液泡化、无定形态的薄壁细胞壁细胞组成的组织。组成的组织。植物组织培养（试管苗的形成）试管苗大规模培养能力训练：能力训练：1、下列不能作为植物组织培养的材料是：、下列不能作为植物组织培养的材料是：A、秋海棠的叶、秋海棠的叶 B、马铃薯的块茎、马铃薯的块茎C、成熟的花粉、成熟的花粉 D、木质部中的导管
4、细胞、木质部中的导管细胞D1 1、定义：、定义：将两个来自不同植物的体细胞融合成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一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的过程。新的植物体的过程。2 2、优势：、优势：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二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图标志标志去壁去壁植物植物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
5、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不不能能人人工工诱诱导导原原生生质质体体融融合合的的方方法法是是：A A、振动、振动 B B、电刺激、电刺激、C C、PEGPEG试剂、试剂、D D、重压、重压对应训练2.1.2 植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用
6、（一）（一）、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径（二）（二）、作物新品种的培育作物新品种的培育（三）（三）、细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产1.单倍体育种2.突变体的利用药物，香料，蛋白质等药物，香料，蛋白质等药物，香料，蛋白质等药物，香料，蛋白质等一一、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径 1.微型繁殖(属无性繁殖)(1)微型繁殖技术（快速繁殖技术）:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.(2)特点: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.2.培育脱毒作物 (1)材料:无病毒的茎尖 (2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得 3.人工种子n用人工种皮包被体用人工种皮包被体细胞胚，可
7、以制造细胞胚，可以制造人工种子人工种子n人工种皮：藻酸钠人工种皮：藻酸钠n解决有些植物结子解决有些植物结子困难、发芽率低、困难、发芽率低、繁殖困难等问题繁殖困难等问题二、作物新品种的培育二、作物新品种的培育 1.单倍体育种 2.突变体的利用三、细胞产物的工厂化生产三、细胞产物的工厂化生产细胞产物：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱 紫紫草草紫紫草草素素 愈愈伤组伤组织织n08江苏高考：下列关于植物组织培养的江苏高考：下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是叙述中，错误的是 nA培养基中添加蔗糖的目的是提供营养培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压和调节渗透压nB培养基中的生长素和细胞分
8、裂素影响培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化愈伤组织的生长和分化nC离体器官或组织的细胞都必须通过脱离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织分化才能形成愈伤组织nD同一株绿色开花植物不同部位的细胞同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同经培养获得的愈伤组织基因相同D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植物细胞工程植物细胞工程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动物细胞工程动物细胞工程植物组织培养的概念：植物组织培养的概念：n在无菌和人工控制的条件下将离体的植在无菌和人工控制的条件下将离体的植物器官、组织、细胞，培
9、养在人工配制物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予一定的培养条件，诱的培养基上，给予一定的培养条件，诱导产生愈伤组织和胚状体，最终形成完导产生愈伤组织和胚状体，最终形成完整的植株。整的植株。专题专题2 细胞工程细胞工程 细细胞胞工工程程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细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胞工程动物细胞工程动物细胞工程2.1 植物细胞工程植物
10、细胞工程2.1.1 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植物组织培养技术植物组织培养技术植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术定义定义：具有某种生物具有某种生物全部遗传信息全部遗传信息的任何一个细的任何一个细胞都具有发育成胞都具有发育成完整生物体完整生物体的潜能。的潜能。原理：原理：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所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因体所必需的全部基因，从理论上讲，生物，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。体的每一个活细胞都应该具有全能性。受精卵受精卵生
11、殖细胞生殖细胞体细胞体细胞大小大小植物组织培养技术植物组织培养技术植物细胞的全能性植物细胞的全能性理论基础理论基础植物体细胞 动物体细胞动物体细胞分化程度越高，全能型越低分化程度越高，全能型越低 思考讨论：思考讨论：为什么体内细胞没有表现出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？基因基因在特定空间和时间条件下在特定空间和时间条件下选择性表达选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的
12、组织和器官质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。科学研究表明，处于科学研究表明，处于离体状态的植物活离体状态的植物活细胞细胞，在一定的，在一定的营养物质、激素和其他外界条营养物质、激素和其他外界条件件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完的作用下，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程，就是整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养植物组织培养。植物组织培养植物组织培养必要条件：必要条件：关键词：关键词：外植体、脱分化、再分化、愈伤组织外植体、脱分化、再分化、愈伤组织细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件离体
13、的植物离体的植物器官、组织器官、组织或细胞或细胞愈愈伤伤组组织织根根胚胚状状体体或或丛丛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 让已经分化的细胞，经过诱导后，让已经分化的细胞，经过诱导后，失失去其特有的结构和功能去其特有的结构和功能而转变成未分化细而转变成未分化细胞的过程，称为植物细胞的胞的过程，称为植物细胞的脱分化脱分化。再分化再分化 脱分化产生的愈伤组织继续进行培脱分化产生的愈伤组织继续进行培养养又可以重新分化成根或芽等器官又可以重新分化成根或芽等器官，这，这一过程称为植物细胞的再分化。一过程称为植物细胞的再分化。分化：分化：个体发育中，由个体发育中，由一个或一种细胞增殖一个
14、或一种细胞增殖产生的产生的后代，在后代，在形态、结构形态、结构和和生理功能生理功能上发生上发生稳定性差稳定性差异异的过程。的过程。几个概念：几个概念：n愈伤组织：愈伤组织：离体的植物器官、离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形成一种高度液泡化、无定形状态状态薄壁细胞团薄壁细胞团。试试 管管 苗苗 大大 规规 模模 培培 养养离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织胚状体或丛芽胚状体或丛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
15、、生长素再分化再分化植物组织培养植物组织培养植物组织培养条件植物组织培养条件：离体，含有一定营养离体，含有一定营养成分、激素，一定的温度、成分、激素，一定的温度、空气、无菌环境、适合的空气、无菌环境、适合的PHPH、适时光照等。、适时光照等。菊花：每菊花：每日光照日光照12小时；胡小时；胡萝卜：避萝卜：避光培养光培养讨论题讨论题P35n1.1.在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？菌和实验人员的无菌操作？提示：植物组织培养中用到的培养基提示：植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营含有丰富的营养成分养成分，有利于培养物的生长，
16、然而各种杂菌同样，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中所以植物组织培养过程中污染现象经常发生污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长。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，而且这些杂的各种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害的物质，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。导致培养物迅速死亡。n2.2.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取含有形成层部分，原因是这部分容易
17、诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？植株，你能用实验的方法进行验证吗？提示：胡萝卜的其他部分（如提示：胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花茎、叶、花）也）也能培养再生形成小植株，只是能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织诱导愈伤组织比较困难。比较困难。3.请根据上面的实验过程，概括出植物组织培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。养技术的流程简图。3.请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技请根据上面的实验过程，概括出植物组织培
18、养技术的流程简图。术的流程简图。植物组织培养的培养基（植物组织培养的培养基（MS培养基）培养基）成分：成分：无机营养成分：大量元素及部分微量元素无机营养成分：大量元素及部分微量元素有机营养成分：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 植物激素：植物激素：生长素，细胞分裂素生长素，细胞分裂素（启动细胞分（启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素）裂、脱分化和再分化的关键性激素）PHPH值：值：5.05.06.06.0 培养基中必须含有植物生长发育培养基中必须含有植物生长发育所需要的所需要
19、的全部营养物质，全部营养物质，其中生长素其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的发和细胞分裂素用量的比例对器官的发生起决定作用。生起决定作用。n生长素用量比细胞分裂素含量：生长素用量比细胞分裂素含量：比值高时比值高时：有利于根的分化有利于根的分化，抑制芽的，抑制芽的形成形成 比值低时比值低时：有利于芽的分化有利于芽的分化，抑制根的，抑制根的形成形成 比值适中时比值适中时：有利于：有利于愈伤组织的形成愈伤组织的形成。植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术1 1、定义：、定义：用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方法。2 2、优势：、优势：（与有性杂交与有性杂
20、交方法比较方法比较）打破了不同种生物间的生殖隔离限制去壁去壁去壁去壁纤维素酶果胶酶原生质体植物细胞原生质体融合离心、振动、电激聚乙二醇（PEG）再生细胞壁杂种细胞去分化愈伤组织杂种植株再分化植物体细胞杂交过程示意图细胞膜的流动性思考与探究n1.为什么“番茄马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？马铃薯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：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，所以马铃薯番茄杂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，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交
21、植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。制备原生质体：酶解法去掉细胞壁 诱导融合 新的原生质体 生出细胞壁 杂种细胞 组织培养 杂种植株意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种种筛选筛选（同时具有两个物种的遗传性）n2.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。n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：n 1、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（
22、）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C2、关于愈伤组织形成过程的正确叙述、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（是（）A、愈伤组织的形成是离体植物细胞、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果分化的结果 B、愈伤组织的形成是离体植物细胞、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果分裂的结果 C、愈伤组织的形成是离体动物细胞、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果分化的结果 D、愈伤组织的形成是离体植物细胞、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果脱分化的结果B3、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A4.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