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1、Chapter2 cell engineering细胞工程什么是细胞工程细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。植物细胞工程动物细胞工程1902年，哈伯兰特（G.Haberlandt，1854-1945）提出了细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。1958年，斯图尔特（F.G.Steward，1904-1993）等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。1960年，科金（E.C.Cocking，1931-）用真菌的纤维素酶分
2、解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。1964年，古哈（S.Guha，1938-2007）等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉发育而成的胚。植物细胞工程1971年，卡尔森（P.S.Carlson，1944-2017）诱导烟草种间原生质体融合，获得种间杂种。1974年，土壤农杆菌Ti质粒被发现。1植物细胞工程的基本技术2植物细胞工程的应用目目录录l植物组织培养技术植物组织培养技术l植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术l植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径l作物新品种的培育作物新品种的培育l细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产 “其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（d
3、i）夫花开，凝情瀼露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非真兰室乎！岂非有国香乎！”金漳兰谱其种子发育不全，自然条件下萌发率极低，传统分株繁殖的方法繁殖周期长，繁殖率低育苗困难！植物组织培养技术植物组织培养技术 将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。原理：植物细胞的全能性植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。定义原因 高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。叶子花瓣花粉细胞植物体细胞全能性大小的分析体细胞全
4、能性与细胞分化程度体细胞全能性与细胞分裂能力不同类型细胞的全能性不同生物细胞的全能性分化程度低的分化程度高的分裂能力强的分裂能力弱的受精卵生殖细胞体细胞受精卵干细胞体细胞植物细胞动物细胞植物体上的细胞不表现全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达如何才能让细胞表现出全能性？植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性19581958年年StewardSteward利用胡萝卜利用胡萝卜韧皮部韧皮部诱导分化产生了胚状体，这是人类第诱导分化产生了胚状体，这是人类第一次获得了人工一次获得了人工胚状体胚状体，并获得，并获得个体植株个体植株。植物细胞表现出全能性的条件：离体离体一定的营养物
5、质、一定的营养物质、植物激素植物激素适宜的温度、适宜的温度、pHpH、控制光照、控制光照等外界条件等外界条件（必修一（必修一 P P118-121118-121）无菌环境无菌环境植物组织培养技术植物组织培养技术03010402脱分化脱分化再分化再分化脱分化：已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。愈伤组织：不定形的薄壁组织团块再分化：愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活过程：外植体：离体培养的植物器官、组织或细胞植物组织培养技术植物组织培养技术外植体外植体愈伤组织愈伤组织胚状体或从芽胚状体或从芽完整植株完整植株优良品
6、种的体细胞分生区附近花药杂种细胞转基因细胞具分裂分化能力（全能性）无定形状态 高度液泡化,排列疏松、无规则无叶绿体,不进行光合作用脱分化脱分化再分化再分化条件：适宜温度、避光、pH 无机物、有机物植物激素条件：适宜温度、需光、pH 无机物、有机物植物激素无性繁殖取材少，材料经济不受自然条件影响生长周期短繁殖率高自动化，管理方便无菌条件无菌条件植植物物激激素素调调控控过程：植物组织培养技术植物组织培养技术植物组织培养常用的培养基配方 P116名称？物理性质？碳源？蔗糖的作用：蔗糖的作用：作为碳源，提供能量，作为碳源，提供能量，调节渗透压调节渗透压植物组织培养技术植物组织培养技术生长素/细胞分裂素
7、结果比值1比值1比值1促进愈伤组织形成促进愈伤组织形成促进根的分化促进根的分化促进芽的分化促进芽的分化巧记：高根低芽中愈伤巧记：高根低芽中愈伤（维持较低的渗透压）（维持较低的渗透压）减少微生物的污染减少微生物的污染菊花的组织培养菊花的组织培养探究实践外植体消毒外植体切段接种外植体诱导愈伤组织诱导芽和根移栽菊花的组织培养菊花的组织培养探究实践方法步骤：探究实践方法步骤：外植体消毒用酒精擦拭双手和超净工作台面流水冲洗外植体(幼嫩的茎段)酒精消毒30s无菌水清洗23次次氯酸钙溶液处理30min无菌水清洗23次菊花的组织培养菊花的组织培养外植体切段消毒过的外植体置于无菌培养皿用无菌滤纸吸去表面水分用解
8、剖刀将外植体切成0.51cm长的小段菊花的组织培养菊花的组织培养探究实践方法步骤：接种外植体在酒精灯火焰旁，将外植体的1/31/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记。接种时注意外植体的方向，不要倒插。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行。每次使用后的器械都要灭菌。菊花的组织培养菊花的组织培养探究实践方法步骤：诱导愈伤组织诱导愈伤组织一般不需要光照。将接种了外植体的锥形瓶置于1822的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。菊花的组织培养菊花的组织培养探究实践方法步骤：菊花的组织培养菊花的组织培养探究实践方法步骤：诱导芽和根期间需要给予适当时
9、间和强度的光照培养1520d后，将生长良好的愈伤组织转接到生芽培养基上长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上诱导芽和根进一步诱导形成试管苗菊花的组织培养菊花的组织培养探究实践 接种接种34d34d后，检查外植体的生长情况，统后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。的可能原因。培养基、接种工具灭菌不彻底；培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。操作过程不符合无菌操作要求等。被污染的培养基被污染的培养基为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？为什么要进行一系
10、列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？原因是原因是避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会会危害培养物生长。危害培养物生长。杂菌和植物细胞之间有哪些关系？杂菌和植物细胞之间有哪些关系？竞争竞争或或寄生。寄生。结果分析与评价拓展：拓展：植物组织培养的两种途径植物组织培养的两种途径胚胚状状体体：离离体体培培养养条条件件下下，没没有有经经过过受受精精过过程程，但但经经过过胚胚胎胎发发育育过过程程形形成成的的胚胚状状类类似似物物，因因而而统统称称为为体体细胞胚或胚状体。细胞胚或胚状体。胚状体途径器官发生途径外植体脱分化愈伤组织再分化生芽生根或胚状体生长发育试管
11、苗（移栽到大田）不能；存在生殖隔离番茄马铃薯利用传统有性生殖杂交方法能实现吗？为什么？植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术如果想通过组织培养技术得到这样的如果想通过组织培养技术得到这样的“奇葩植株奇葩植株”的话，的话，需要解决的首要问题是什么？需要解决的首要问题是什么？Obstacle 201细胞壁的阻碍02融合率低植物细胞融合植物细胞融合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概念：植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。原理：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性A细胞B细胞纤维素酶果胶酶去壁酶解法正在融合的原生
12、质体杂种细胞AB诱融物理法：化学法：电融合法、离心法等聚乙二醇（PEG）融合法等脱分化再分化移栽植物细胞融合植物组织培养杂种植株愈伤组织A原生质体B原生质体移栽后的植株去壁植物细胞融合完植物细胞融合完成的标志成的标志植物体细胞杂交植物体细胞杂交完成的标志完成的标志（植物细胞的全能性）（细胞膜的流动性）再生细胞壁植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术细胞壁细胞膜细胞质液泡细胞核 指的是脱去细胞壁的细胞。包括：细胞膜、细胞质、细胞核原生质体 成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。原生质层区分原生质体和原生质层制备原生质体和诱导原生质体融合时，不能再低渗溶液中进行。植物体细胞杂交技术
13、植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术理性思考：理性思考：1.1.只考虑两两融合的情况下，将大量的马铃薯和番茄细只考虑两两融合的情况下，将大量的马铃薯和番茄细胞放到一起进行融合处理，将会得到胞放到一起进行融合处理，将会得到几种杂种细胞几种杂种细胞？2.2.植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术获得的变异植株的获得的变异植株的变异类型变异类型？植物细胞融合植物细胞融合植物组织培养植物组织培养意义：打破生殖隔离，实现远源杂交育种1、体细胞融合后培养基中共有5种类型细胞：2、杂种细胞中染色体数、染色体组数、基因型都采用直接相加A A为为2N=202N=20 B B为为2N=302N=3
14、0504 杂种细胞染色体数为？杂种细胞染色体组数为？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？染色体数目变异A，B，AA，BB，AB植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术4、不遵循孟德尔遗传定律3、该过程属于无性繁殖 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？主要原因是：生物主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的是相互调控、相互影响的，马铃薯，马铃薯番茄杂交植株的细胞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受到相互干扰，不能相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样一样有序表达有序表达，所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马，所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。铃薯。植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术研究现状研究现状 仍有许多理论与技术问题没有解决，仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状。还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状。