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1、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，有目的地获取特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。概念：原理和方法操作水平研究目的细胞工程分类：植物细胞工程植物细胞工程和和动物细胞工程动物细胞工程第1节 植物细胞工程（植物细胞工程的基本技术）第二章 细胞工程从社会中来兰为王者香，芬馥清风里。如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长，繁殖率低等问题叶子叶子花瓣花瓣花粉花粉细胞细胞植物体播种播种扦插扦插一般情况下：一般情况下：一定
2、条件下：一定条件下：从社会中来植物组织培养技术植物细胞工程的基本技术植物体细胞杂交技术植物组织培养技术包括理论基础细胞的全能性接种接种外外植体植体诱导诱导愈伤愈伤组织组织诱导诱导生芽生芽诱导诱导生根生根移栽移栽成活成活去去壁壁去去壁壁融融合合 再再生生新新壁壁脱脱分分化化再再分分化化移移栽栽理论基础细胞的全能性1.概念：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实例：胡萝卜韧皮部细胞韧皮部细胞发育成完整植株完整植株 蜜蜂的卵细胞卵细胞发育成雄峰雄峰 用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株新的植株判断：种子发育完整植株体现了植物细胞的
3、全能性 （）细胞的全能性2.细胞具有全能性的原因（物质基础）：生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传物质。3.不体现全能性的实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶4.不体现全能性的原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达体细胞全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：分化程度低的分化程度高的分裂能力强的分裂能力弱的。受精卵干细胞体细胞；植物细胞动物细胞。5.全能性大小比较：植物组织培养技术叶子叶子花瓣花瓣花粉花粉细胞细胞植物体一定条件下：一定条件下：植物组织培养技术离体条件离体条件一定的营养条件一定的营养条件有关的植物激素有关的植物激素其他
4、适宜的外界条件（温度、氧气、其他适宜的外界条件（温度、氧气、PHPH、光照、无菌等）、光照、无菌等）植物组织培养技术1.概念：3.原理：细胞的全能性4.生殖方式：无性生殖5.分裂方式：有丝分裂外植体是指将离体的植物器官、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。2.植物细胞表现出全能性的条件：植物组织培养技术6.流程：脱分化接种接种外植体外植体诱导诱导愈伤组织愈伤组织诱导诱导生芽生芽诱导诱导生根生根移栽成活移栽成活植物组织培养技术脱分化6.流程：脱分化接种接种外植体外植体诱导诱导愈伤组织愈伤组织诱导诱导生芽生芽诱导诱导生根生根移栽成活移栽成活概念概念
5、 在一定的在一定的_和和_等条件的等条件的_下，下，_的细胞的细胞_，转变成，转变成_的过程；的过程；实质实质 _ _激素激素营养营养诱导诱导已经分化已经分化失去其特有的结构和功能失去其特有的结构和功能未分化的细胞未分化的细胞已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞植物组织培养技术脱分化6.流程：脱分化接种接种外植体外植体诱导诱导愈伤组织愈伤组织诱导诱导生芽生芽诱导诱导生根生根移栽成活移栽成活结果：结果：_ *愈伤组织的特点：愈伤组织的特点：_光照条件：光照条件：_过程中涉及的生命活动过程中涉及的生命活动 _ _形成愈伤组
6、织形成愈伤组织不定形的薄壁组织团块不定形的薄壁组织团块一般不需要光照一般不需要光照只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化植物组织培养技术再分化6.流程：脱分化无光接种接种外植体外植体诱导诱导愈伤组织愈伤组织诱导诱导生芽生芽诱导诱导生根生根移栽成活移栽成活再分化概念概念 _能重新能重新_成成_的过程；的过程；实质实质 _ _结果结果 _愈伤组织愈伤组织分化分化芽、根等器官芽、根等器官基因的选择性表达基因的选择性表达再分化成再分化成胚状体胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株（试管苗），长出芽和根，进而发育成完整的植株（试管苗）植物组织培养技术再分化6.流程
7、：脱分化无光接种接种外植体外植体诱导诱导愈伤组织愈伤组织诱导诱导生芽生芽诱导诱导生根生根移栽成活移栽成活再分化有光光照条件：光照条件：_ 为什么？为什么？_过程中涉及的生命活动过程中涉及的生命活动 _需要给予适当时间和强度的光照需要给予适当时间和强度的光照诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化植物组织培养技术再分化有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织的形成细胞分裂素生长素 芽分化愈伤组织愈伤组织根分化巧记：高根低芽中愈伤植物组织培养技术思考：
8、思考：若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？组织中是否会含有叶绿体？为什么？为什么？愈伤组织中不含有叶绿体；愈伤组织中不含有叶绿体；培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，因此，愈伤组织中不含有叶绿体分化细胞，因此，愈伤组织中不含有叶绿体提供能量，调节渗透压菊花的组织培养材料用具外植体：幼嫩的菊花茎段经常选择根尖（分生区）、茎的韧皮部（形成层）根尖（分生区）、茎的韧皮部（形成层）等分裂能力强、分化程度低的等分裂能力强、分化程度低的区域区
9、域作为材料，容易诱导形成愈伤组织体积分数为70%的酒精对手、超净工作台、外植体进行消毒消毒质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液对外植体进行消毒消毒无菌水清洗外植体MS培养基（本书附录1）水、无机盐、碳源（蔗糖）、氮源、氨基酸、维生素等营养物质与特定浓度和比例的激素激素菊花的组织培养步骤外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽酒精无菌水2-3次次氯酸钠溶液30min2-3次无菌水洗30s流水冲洗用酒精擦拭双手和超净工作台台面可以适当提高次氯酸钠的浓度以缩短消毒时间菊花的组织培养步骤外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段
10、外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽消毒过的外植体置于无菌无菌培养皿用无菌无菌滤纸吸去表面水分用解剖刀将外植体切成0.51cm长的小段菊花的组织培养步骤外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽 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，并在培养瓶上作好标记。注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！(形态学上端朝上形态学上端朝上）无菌操作目的防止杂菌生长。会会与培养物竞争营养；产生有害物质危害培养物。菊花的组织培养
11、步骤外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽 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，并在培养瓶上作好标记。菊花的组织培养步骤外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽 将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于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。注意：该过程一般不需要光照，有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。菊花的组织培养步骤外植体的消毒外植
12、体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽 培养1520d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上 长出芽后 将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。注意：每日需要给予适当时间和强度的光照！(光照培养)先诱导生芽，再诱导生根菊花的组织培养步骤外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽 移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。
13、每天观察并记录幼苗的生长情 况，适时浇水、施肥，直至开花。练习1.“不是花中偏爱菊，此花开尽更无花”，菊花因高洁的品质备受人们喜爱。为实现菊花的快速繁殖,研究人员利用其外植体培养出大量幼苗，下列属于该培养过程必需条件的是()A.外植体细胞处于未分化状态B.外植体需经过彻底灭菌处理C.外植体需用酶分散成单个细胞D.外植体细胞具有完整的细胞核D练习2（不定项）.如图为将胡萝卜的离体组织在一定条件下培育形成试管苗的过程示意图，有关叙述不正确的是()A.利用此过程获得的试管苗可能为杂合子B.、过程中均发生细胞的增殖和分化C.多倍体植株的培育需经过如图所过程D.对愈伤组织细胞进行处理使其发生突变,就可以
14、得到对人们有用的新品种BCD练习3.下列关于植物组织培养的叙述正确的是：培养对象是单个细胞目的全是为了获得完整植株培养过程需要生长激素和细胞分裂素的调节培养基中的葡萄糖能调节渗透压，并能提供能量植物组织培养的全过程需要照光植物细胞只要在离体状态下即可表现出全能性属于植物无性繁殖技术，故细胞的遗传物质不会发生改变复习全能性1.概念：2.细胞具有全能性的原因（物质基础）：3.不体现全能性的原因：4.全能性大小比较：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生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传物质。基因在特定时间、空间条件下选择性表达分化程度低，分裂能力
15、强的细胞全能性更大复习植物组织培养脱分化无光接种接种外植体外植体诱导诱导愈伤组织愈伤组织诱导诱导生芽生芽诱导诱导生根生根移栽成活移栽成活再分化有光复习菊花的组织培养1.选材：经常选择根尖（分生区）、茎的韧皮部（形成层）根尖（分生区）、茎的韧皮部（形成层）等分裂能力强、分化等分裂能力强、分化程度低的区域程度低的区域作为材料，容易诱导形成愈伤组织2.所用培养基：MS培养基（其中蔗糖的作用是？）外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽3.步骤：问题探讨西红柿西红柿土豆土豆2020世纪世纪6060年代，科学家尝试将番茄
16、和年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种土地上马铃薯杂交，希望培育出一种土地上结番茄、地下长马铃薯的超级作物。结番茄、地下长马铃薯的超级作物。问题探讨西红柿西红柿土豆土豆通过传统的有性杂交能实现吗？通过传统的有性杂交能实现吗？为什么？为什么？【思考讨论】不能，不同种物种间存在不能，不同种物种间存在生殖隔离生殖隔离有没有一种方法可以打破生殖隔有没有一种方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种？离，实现远缘杂交育种？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1.概念：将将不同来源不同来源的植物细胞的植物细胞，在在一定条件下一定条件下融合成融合成杂种细胞杂种细胞，并把杂种细胞并
17、把杂种细胞培育成新植物体培育成新植物体的技术的技术。2.原理：植物细胞的全能性植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性3.生殖方式：无性生殖无性生殖4.分裂方式：有丝分裂有丝分裂5.意义：植物体细胞杂交技术1.概念：将将不同来源不同来源的植物细胞的植物细胞，在在一定条件下一定条件下融合成融合成杂种细胞杂种细胞，并把杂种细胞并把杂种细胞培育成新植物体培育成新植物体的技术的技术。2.原理：植物细胞的全能性植物细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性3.生殖方式：无性生殖无性生殖4.分裂方式：有丝分裂有丝分裂5.意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
18、6.研究现状：仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让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。杂种植株表现出人们所需要的所有性状。植物体细胞杂交技术的过程植物细胞融合植物细胞融合植物组织培养植物组织培养细胞膜具有一定的流动性植物细胞的全能性植物体细胞杂交技术过程去除细胞壁A细胞B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁去壁原因：_细胞壁阻碍着细胞间的杂交细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）（阻碍了原生质体间的融合）方法：_酶解法酶解法（纤维素酶和果胶酶）（纤维素酶和果胶酶）纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因：_使
19、溶液具有一定的渗透压，防止原生质层吸水过多而涨破，使溶液具有一定的渗透压，防止原生质层吸水过多而涨破，保持原生质体正常保持原生质体正常原生质体vs原生质层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、细胞核和液泡等（动物细胞也可看做是原生质体。）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。原生质层植物体细胞杂交技术过程原生质体融合A细胞B细胞正在融合的原生质体A原生质体B原生质体原理：_细胞膜具有流动性细胞膜具有流动性方法电融合法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+高PH融合法等物理法：物理法：化学法：化学法：离心法高尔基体和线粒体高尔基体和线
20、粒体植物体细胞杂交技术过程再生出新的细胞壁A细胞B细胞正在融合的原生质体A原生质体B原生质体融合完成的标志：_再生出细胞壁再生出细胞壁再生出新的细胞壁再生出新的细胞壁相关的细胞器：_植物体细胞杂交技术过程植物组织培养植物细胞融合植物细胞融合植物组织培养植物组织培养完成的标志：再生出新的细胞壁再生出新的细胞壁培育出杂种植株培育出杂种植株植物体细胞杂交技术过程数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株去除细胞壁去除细胞壁原生质体原生质体原生质体间的融合原生质体间的融合正在融合的原生质体正在融合的原生质体再生出新的细胞壁再生出新的细胞壁杂种细胞杂种细胞脱分化脱分化愈
21、伤组织愈伤组织再分化再分化杂种植株杂种植株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过程A细胞B细胞正在融合的原生质体A原生质体B原生质体若只考虑两两融合，原生质体若只考虑两两融合，原生质体A A和和原生质体原生质体B B可以形成几种融合细胞可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？哪种融合细胞才是符合要求的？有有3 3种类型：种类型：AAAA、BBBB、ABAB；我们需要的是；我们需要的是ABAB；因此要对融合后的原生质体进行筛选。因此要对融合后的原生质体进行筛选。植物体细胞杂交技术过程2.若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2
22、y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数：；染色体组数：个；基因型：；属于可遗传变异类型中的 。2x2y4AabbccDd染色体数目变异A细胞B细胞正在融合的原生质体A原生质体B原生质体染色体组：细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体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，繁保持优良性状，繁殖速度快等殖速度快等植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术克服不同种生物远缘杂交的障碍克服不同
23、种生物远缘杂交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细胞膜的流动性、细胞全能性细胞膜的流动性、细胞全能性无性繁殖无性繁殖植物组织培养vs植物体细胞杂交技术1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（）A.进行a处理时能用胰蛋白酶B.b是诱导融合后得到的杂种细胞C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中A练习练习2、科学家利用植物体细胞杂交技术将番茄与马铃薯的体细胞原生质体融合，最终得到番茄马铃薯杂种植株。下列有关叙述错误的是()A.番茄马铃薯杂种植株能在地上结番茄、地下长马铃薯B.可用物理法使番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合C.该项生物工程技术可克服生物远缘杂交不亲和的障碍D.该项生物工程技术需经历脱分化和再分化3、在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器是()A、叶绿体、高尔基体 B、线粒体、高尔基体C、叶绿体、线粒体 D、线粒体、内质网AB