细胞工程植物细胞工程基本技术第二章第一节

1、细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 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-克隆羊多利诞生于英国。克隆羊多利诞生于英国。 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 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 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，通过细胞水平或细生物学的原理和方法，通过细胞水平或细 胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改 变细胞内的遗传物质或获得

2、细胞产品的一变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一 门综合科学技术。门综合科学技术。 什么叫细胞工程？包括哪两什么叫细胞工程？包括哪两 大领域？大领域？ 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 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 细胞整体水平细胞整体水平 或细胞器水平或细胞器水平 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 理论基础理论基础 细胞的

3、细胞的 全能性全能性 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 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 植物组织培养植物组织培养 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 1 2 3 4 5 再分化再分化 (愈伤组织愈伤组织) 植植 物物 组组 织织 培培 养养 6 脱分化脱分化 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 探究：探究： 1 1、为什么植物的一个花瓣就可以培、为什么植物的一个花瓣就可以培 育出完整的植株呢？育出完整的植株呢

4、？ 植物细胞具有全能性。植物细胞具有全能性。 2 2、什么是细胞的全能性？、什么是细胞的全能性？ 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 1 1、定义：、定义： 生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整 个体的潜能的特性。个体的潜能的特性。 2 2、原理：、原理： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特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，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，从理论上讲，生物体所必需的全部基因，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。 3 3

5、、差异：、差异： （1 1）受精卵的全能性最高）受精卵的全能性最高 （3 3）受精卵分化后的细胞中，体细胞的）受精卵分化后的细胞中，体细胞的 全能性比生殖细胞低全能性比生殖细胞低 受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞 4 4、大小：、大小： 一、细胞的全能性一、细胞的全能性 植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 （2 2）生殖细胞的全能性）生殖细胞的全能性较高较高 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 探究：探究： 1 1、克隆羊、克隆羊“多利多利”的诞生说明了什么？的诞生说明了什么？ 2 2、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分 化

6、成不同的组织器官？化成不同的组织器官？ 3 3、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？ 表现全能性的条件有哪些？表现全能性的条件有哪些？ 离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。 细胞核中含有保持物种遗传性所需的全套基因，并没有因细胞核中含有保持物种遗传性所需的全套基因，并没有因 为细胞分化而丢失基因，高度分化的细胞的细胞核仍具有为细胞分化而丢失基因，高度分化的细胞的细胞核仍具有 全能性。全能性。 在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达 的结果。的结果。 生

7、物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质，生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质， 都有发育成完整个体的全套基因。都有发育成完整个体的全套基因。 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 1 1、有关全能性的表述中，不正确的是、有关全能性的表述中，不正确的是 （ ） 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完 整个体，因此全能性最高整个体，因此全能性最高 生物体内细胞由于分化全能性不能表达生物体内细胞由于分化全能性不能表达 卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能 性很高性很高 植物细胞离体培养在一定条件下能表现出植物细胞离体

8、培养在一定条件下能表现出 全能性全能性 C 趁热打铁：趁热打铁： 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 2.2.下列植物细胞全能性最高的是（下列植物细胞全能性最高的是（ ） A.A.形成层细胞形成层细胞 B.B.韧皮部细胞韧皮部细胞 C.C.木质部细胞木质部细胞 D.D.叶肉细胞叶肉细胞 3 3下列细胞全能性最高的是（下列细胞全能性最高的是（ ） A A植物的卵细胞植物的卵细胞 B B植物的精子细胞植物的精子细胞 C C被子植物的受精卵被子植物的受精卵 D D被子植物的的叶肉细胞被子植物的的叶肉细胞 A C 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 4.4.在生物体内，细胞没有表现出全

9、能性，在生物体内，细胞没有表现出全能性， 而是分化为不同的组织、器官，是因为而是分化为不同的组织、器官，是因为 （ ） A A、细胞的基因丧失了全能性、细胞的基因丧失了全能性 B B、基因在特定时间和空间条件下选择性、基因在特定时间和空间条件下选择性 表达的结果表达的结果 C C、不同的细胞内基因不完全相同、不同的细胞内基因不完全相同 D D、在个体发育的不同时期，细胞内的基、在个体发育的不同时期，细胞内的基 因发生了变化因发生了变化 B 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 要把一块组织通过培养得到要把一块组织通过培养得到 一株完整植株一株完整植株, , 应该如何操作应该如何操作 呢呢

10、? ? 请同学们阅读请同学们阅读P34实实 验完成验完成P35讨论题。讨论题。 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 切取 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 接种 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 培养室 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 愈伤组织的形成 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 试管苗 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 移栽 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 切取切取 形成层形成层 无菌无

11、菌 接种接种 诱导愈伤组织诱导愈伤组织 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 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 (1)(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？ 植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成 分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以分，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，所以植物组织培养过程中污染现象在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象 经常

12、发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌经常发生。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，而且这些杂菌生长的过程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，导致培养物迅速中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速 死亡。死亡。 造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植 体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操 作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料 和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验

13、人员操作一定和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定 要规范，避免带入杂菌。要规范，避免带入杂菌。 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 (2)(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调在本实验中，切取胡萝卜块根时强调 要切取含有形成层部分，原因是这部分要切取含有形成层部分，原因是这部分 容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，容易诱导形成愈伤组织。请思考一下， 胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）， 是否也能培养成小植株，你能用实验的是否也能培养成小植株，你能用实验的 方法进行验证吗？方法进行验证吗？ 胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）胡萝卜的其他部分（如茎、叶

14、、花） 也能培养再生形成小植株，只是诱导也能培养再生形成小植株，只是诱导 愈伤组织比较困难。愈伤组织比较困难。 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 (3)(3)请根据上面的实验过程，概括出植物组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。织培养技术的流程简图。 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 植物组织培养就是在无菌和人工控制条植物组织培养就是在无菌和人工控制条 件下，将离体的植物器官、组织、细胞，件下，将离体的植物器官、组织、细胞， 培养在人工配制的培养基上，给予适宜培养在人工配制的培养基上，给予适宜 的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛的培养条件，诱导其产生愈

15、伤组织、丛 芽，最终形成完整的植株。芽，最终形成完整的植株。 二、植物组织培养二、植物组织培养 1 1、概念、概念 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 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 根、芽根、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、生长素 再分化再分化 2、过程、过程 植物组织培养条件植物组织培养条件： 含有全部营养成分的含有全部营养成分的 培养基、一定的温度、空培养基、一定的温度、空 气、无菌环境、适合的气、无菌环境、适合的PHPH、 适时光照等。适时光照等。 遮光遮光 光照光照 细胞

16、分化细胞分化 程度与细程度与细 胞分裂能胞分裂能 力呈负相力呈负相 关。关。 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 1 1、为什么诱导愈伤组织的过程中应避、为什么诱导愈伤组织的过程中应避 光培养？光培养？ 在有光时，往往容易形成维管组在有光时，往往容易形成维管组 织，而不易形成愈伤组织。织，而不易形成愈伤组织。 能力提高能力提高 2 2、决定植物脱分化、再分化的关键因、决定植物脱分化、再分化的关键因 素是什么？素是什么？ 植物激素植物激素 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 强调几个概念：强调几个概念： 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

17、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，由无定成一种高度液泡化，由无定 形状态薄壁细胞组成的排列形状态薄壁细胞组成的排列 疏松无规则的组织。疏松无规则的组织。 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、 组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去 分化。分化。 脱分化的实质和结果分别是什么？脱分化的实质和结果分别是什么？ 实质是恢复细胞的全能性过程。实质是恢复细胞的全能性过程。 结果是形成愈伤组织。结果是形成愈伤组织。 植物细胞

18、的再分化：脱分化产生的愈伤组织在植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在 培养过程中重新分化成根或芽等器官的过程。培养过程中重新分化成根或芽等器官的过程。 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 知识拓展知识拓展 当细胞分裂素和生长素共同使用时，当细胞分裂素和生长素共同使用时， 能刺激愈伤组织的形成，而通过调节能刺激愈伤组织的形成，而通过调节 二者的浓度比，就可以调控植物细胞二者的浓度比，就可以调控植物细胞 培养过程中芽和根的形成，称为培养过程中芽和根的形成，称为“激激 素杠杆素杠杆”。 具体内容详见具体内容详见P42P42拓展视野拓展视野 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 反馈

19、练习反馈练习 1.1.下列属于组织培养的是（下列属于组织培养的是（ ） A.A.花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株 B.B.芽发育成枝条芽发育成枝条 C.C.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区 D.D.未受精的卵发育成植株未受精的卵发育成植株 A 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 2.2.在离体的植物器官、组织或细胞脱在离体的植物器官、组织或细胞脱 分化形成愈伤组织的过程中，下列分化形成愈伤组织的过程中，下列 哪一项条件是不需要的（哪一项条件是不需要的（ ） A.A.消毒灭菌消毒灭菌 B.B.适宜的温度适宜的温度 C.C.充足的光照充足的光照 D.D.适宜的养料和激素

20、适宜的养料和激素 C 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 3.3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完 整植株，不需要（整植株，不需要（ ） A.A.具有完整细胞核的细胞具有完整细胞核的细胞 B.B.离体状态离体状态 C.C.导入外源基因导入外源基因 D.D.一定的营养物质和激素一定的营养物质和激素 C 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 4 4、植物组织培养形成的愈伤、植物组织培养形成的愈伤 组织进行培养，组织进行培养， 又可以分又可以分 化形成根、芽等器官，这一化形成根、芽等器官，这一 过程称为：过程称为： A A、脱分化、脱分化 B B、去分化、去分化

21、 C C、再分化、再分化 D D、脱分化或去分化、脱分化或去分化 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 5 5、下列不能作为植物组织培养、下列不能作为植物组织培养 的材料是的材料是 A A、秋海棠的叶、秋海棠的叶 B B、马铃薯的块茎、马铃薯的块茎 C C、成熟的花粉、成熟的花粉 D D、木质部中的导管细胞、木质部中的导管细胞 D 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 因为不同种生物之间存因为不同种生物之间存 在着生殖隔离，所以用在着生殖隔离，所以用 传统的有性杂交方法是传统的有性杂交方法是 不可能做到这一点的。不可能做到这一点的。 于是，这些科学家试图用这两种植物的体于是，这些科

22、学家试图用这两种植物的体 细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。 三、植物体细胞杂交技术三、植物体细胞杂交技术 这幅番茄这幅番茄马铃薯图利马铃薯图利 用传统有性杂交方法能用传统有性杂交方法能 实现吗？为什么？实现吗？为什么？ 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 1972 1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间年卡尔森等通过两个烟草品种之间 原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。 19781978年梅尔彻斯年梅尔彻斯(Melchers)(Melchers)等首次获得等首次获得 了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种了番茄

23、和马铃薯的属间体细胞杂种 “PotamatoPotamato”。 目前，已得到栽培烟草与野生烟草、目前，已得到栽培烟草与野生烟草、 栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、 籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种 及其后代，获得了有价值的新品系或育及其后代，获得了有价值的新品系或育 种上有用的新材料。种上有用的新材料。 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完你认为两个来自不同植物的体细胞完 成融合，遇到的第一个障碍是什么？成融合，遇到的第一个障碍是什

24、么？ 2 2有没有一种温和的去壁方法呢？有没有一种温和的去壁方法呢？ 3 3为什么两个原生质体能发生融合，这为什么两个原生质体能发生融合，这 与细胞膜的什么特性有关？与细胞膜的什么特性有关？ 4 4如果两个来源不同的原生质体发生了如果两个来源不同的原生质体发生了 融合，下一步该做何处理？融合，下一步该做何处理？ 5 5如何将杂种细胞培育成杂种植株？如何将杂种细胞培育成杂种植株？ 请思考：请思考： 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 杂杂 种种 植植 株株 融合的融合的 原生质原生质 体体ABAB 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

25、化化 1 1、过程、过程 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 A 原生质体原生质体B B 原生质体原生质体A A杂种杂种 细胞细胞 AB 去去 壁壁 去去 壁壁 人人 工工 诱诱 导导 方法？方法？ 促进融合促进融合 的方法？的方法？ 融合融合 完成完成 的的 标志标志 植物细胞植物细胞B B 二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术 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 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 去壁去壁 去壁去壁 纤维素酶纤维素酶 果胶酶果胶酶 原原 生生 质质 体体 植物细胞植物细胞 原生质体融合原生质

26、体融合 离心、离心、 振动、振动、 电刺激、电刺激、 聚乙二聚乙二 醇醇 再生细胞壁再生细胞壁 杂种细胞杂种细胞 去去 分分 化化 愈伤组织愈伤组织 杂种植株杂种植株 激素激素 筛选筛选 等量等量 激素激素 再分化再分化 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 2、概念 将不同种的植物体细胞，在一定条件将不同种的植物体细胞，在一定条件 下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育 成新的植物体的技术。成新的植物体的技术。 3、优势和未解决的问题 优势优势（与有性杂交方法比较）与有性杂交方法比较） ：打破了不同种：打破了不同种 生物间的生殖隔离障碍，大大扩展了可用生物间的生殖隔离障碍，大大扩展了可用 于杂交的亲本组合范围。于杂交的亲本组合范围。 未解决的问题：未能让杂种植物按照人们未解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良。的需要表现出亲代的优良。 细胞工程植物细胞工程基本技术第 二章第一节 1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没超级杂种植株没 有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地 下结马铃薯？下结马铃薯？ 马铃薯马铃薯番茄没有像人们预想的那样地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