211植物细胞工程的基本技术新

1、 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-克隆羊克隆羊多利多利诞生于英国。（诞生于英国。（p55p55）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 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，通过某种方法，通过某种工程学手段工程学手段，在，在细胞整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来上，按照人们的意愿来改变细胞改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学的一门综合科学技术。技术。 细细胞胞工工程程应用的原理应

2、用的原理和方法和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的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按照人们的意愿来按照人们的意愿来改变细胞内的遗传改变细胞内的遗传物质或获得细胞产物质或获得细胞产品品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细细胞工程是胞工程是细细胞水平或胞水平或细细胞器水平上胞器水平上的生的生物技物技术术； ；基因工程是基因工程是分子水平上分子水平上的生物技的生物技术术； ；获得克隆多莉羊是获得克隆多莉羊是 水平上的技术，水平上的技术，培育抗虫棉是培育抗虫棉是 水平上的技术。水平上的技术。细胞工程与基

3、因工程相比：细胞工程与基因工程相比：细胞细胞分子分子利用利用菊花花瓣菊花花瓣微型繁殖微型繁殖培养的菊花培养的菊花能否把某种植物的一块组织通过培养，能否把某种植物的一块组织通过培养，得到一株完整植株呢得到一株完整植株呢? ?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12345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1958年.美 斯图尔德外植体外植体脱分化脱分化再分化再分化愈伤愈伤组织组织胚状体胚状体幼苗幼苗胚状体胚状体外植体外植体试管苗试管苗重要概念重要概念：（1）愈伤组织：）愈伤组织： 离体的植物器官、组织或细胞

4、（离体的植物器官、组织或细胞（），在培养一段时间以后，通），在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种过细胞分裂，形成一种高度液泡化高度液泡化、无定形无定形状态的薄壁细胞状态的薄壁细胞组成的组成的排列排列疏松疏松无规则无规则的组织。的组织。(无叶绿体无叶绿体,不进行光合作用不进行光合作用；异养型异养型)（2）植物细胞的）植物细胞的脱分化脱分化： 是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化状态的细胞的过程。有的结构和功能而转变成未分化状态的细胞的过程。（3）植物细胞的）植物细胞的再分化再分化： 脱分化产生的愈伤组织，在一定的培养条

5、件脱分化产生的愈伤组织，在一定的培养条件下，重新下，重新/再再分化出根和芽等器官的过程。分化出根和芽等器官的过程。1 1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养、为什么已分化的植物组织或细胞能培养成完整植物体？成完整植物体？/ /植物组织培养的原理？植物组织培养的原理？ 植物细胞具有全能性。植物细胞具有全能性。2、什么是细胞的全能性？、什么是细胞的全能性？具有某种生物全部遗传信息的任何一个细具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有胞，都具有发育成完整生物体的潜能发育成完整生物体的潜能，也，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点点 。生物的每一个细胞都有本

6、物种的全套遗传生物的每一个细胞都有本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。物质，都有发育成完整个体的全套基因。3 3、已分化的细胞为什么具有发育成完整个、已分化的细胞为什么具有发育成完整个体的潜能？体的潜能？4 4、全能性大小（、全能性大小（表现出全能性的难易程度表现出全能性的难易程度）：）： 受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞2） 植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞 3）1） 受精卵的全能性最高受精卵的全能性最高 4）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5）分裂能力强的细胞）分裂能力强的细胞分裂能力弱的细胞分裂能力弱的细胞6 6、离体细胞表现出

7、全能性、离体细胞表现出全能性一般一般需要提供需要提供哪哪些些条件？条件？ 离体、营养物质、激素及其它适宜条件。离体、营养物质、激素及其它适宜条件。我们了解了植物组织培养技术的大致过程，和相应的原理；那么进行植物组织培养的具体步骤如何操作？我们通过“胡萝卜的组织培养”实验，来了解该技术的操作过程。在特定的时间和空间条件下，基因选择性在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果。的表达的结果。5 5、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？而是分化成不同的组织器官？愈伤组织愈伤组织胚状体或胚状体或丛芽丛芽试管苗试管苗脱分化脱分化再

8、分化再分化 植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌和人工控无菌和人工控制制条件下，将条件下，将离体离体的植物器官、组的植物器官、组织、细胞，培养在织、细胞，培养在人工配制的培养人工配制的培养基基上，给予适宜的培养条件，诱导上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，其产生愈伤组织、丛芽，最终形成最终形成完整的植株完整的植株。植物的组织培养植物的组织培养前提前提：离体的植物器官、组织、细胞（：离体的植物器官、组织、细胞（外植体外植体）条件条件：(严格严格)无菌和人工控制条件下、人工配制的无菌和人工控制条件下、人工配制的培养基、适宜的培养条件培养基、适宜的培养条件结果结果：诱导产生愈伤组织

9、、丛芽（：诱导产生愈伤组织、丛芽（胚状体胚状体），最），最终形成完整植株终形成完整植株(1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调所在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？ 防止杂菌污染，因为杂菌生长快，防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，导致培养物迅速死会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。亡。无菌操作避免微生物的污染，是植物组无菌操作避免微生物的污染，是植物组织培养成功的织培养成功的关键关键。(2)(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取在本实验中，

10、切取胡萝卜块根时强调要切取含有含有形成层部分形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织（织（分裂能力强分裂能力强）。请思考一下，胡萝卜的其他部分）。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用（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？实验的方法进行验证吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。组织比较困难。（3）植物组织培养的）植物组织培养的培养基培养基（p36） 固体培养基固体培养基 无机营养

11、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（氮源）：包括维生素和氨基酸物质（氮源）：包括维生素和氨基酸 碳源：碳源：2%5%2%5%的的蔗糖蔗糖 琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 phph值：值：5.05.06.06.0p42当当细胞分裂素细胞分裂素和和生长素生长素共同使用时，能刺激愈伤组织的共同使用时，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形成，而通过调节二者的浓度比，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

12、和根的形成，称为“激素杠杆激素杠杆”。（。（诱导诱导培养基培养基、分化培养基分化培养基、生根培养基）、生根培养基）（4 4）思考：决定）思考：决定/ /诱导诱导植物脱分化、再分化的植物脱分化、再分化的关键因素是什么？关键因素是什么？植物激素（植物激素（植物生长调节剂植物生长调节剂）激素杠杆：激素杠杆：结果：结果：生长素生长素用量比用量比细胞分裂素细胞分裂素用量，用量，比值比值高高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值比值低低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值比值适中适中时，促进愈伤组织的生长。时，促进愈伤组织的生长。离体的

13、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概括：概括：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。理论基础：理论基础：细胞的全能性细胞的全能性分化程度低脱分化较易分化程度低脱分化较易不能。因为不同种生物之不能。因为不同种生物之间存

14、在着生殖隔离，所以间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是用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，科学家试图用这两种植物的体细胞于是，科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。进行杂交，来实现这一美妙的设想。二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术这幅图所设想的番茄这幅图所设想的番茄马铃薯马铃薯“超级作物超级作物”，利用传统有性杂交方法利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？能实现吗？为什么？一个梦想一个梦想19721972年年卡尔森卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体的融合，获得了第一个体

15、细胞杂种体细胞杂种。19781978年年梅尔彻斯梅尔彻斯(melchers)(melchers)等首次获得了等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细番茄和马铃薯的属间体细胞杂种胞杂种“马铃薯番马铃薯番茄茄”。 目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆目前，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、籼稻与粳稻、小与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价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种上有用的新材料。值的新品系或育种上有用的新材料。 梦梦想想实实现现 1 1你认为两个来自不你认为两个来自不同植物的体细胞完成融同植物的体细胞

16、完成融合，遇到的第一个障碍合，遇到的第一个障碍是什么？是什么？ 2 2有没有一种温和的有没有一种温和的去壁方法呢？去壁方法呢？ 3 3为什么两个原生质为什么两个原生质体能发生融合，这与细体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？胞膜的什么特性有关？ 4 4如果两个来源不同如果两个来源不同的原生质体发生了融合，的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？下一步该做何处理？ 5 5如何将杂种细胞培如何将杂种细胞培育成杂种植株？育成杂种植株？请思考：请思考：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化化1 1、植物体细胞杂交的过程、植物

17、体细胞杂交的过程植物体细胞融合植物体细胞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？细胞融合完成的标志细胞融合完成的标志植物细胞植物细胞b（筛选）（筛选）离心、振动、电离心、振动、电刺激、聚乙二醇刺激、聚乙二醇酶解法酶解法：纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想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？像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？主要原因是：主要原因是：生物基因的表达不是孤立

18、的，它们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，之间是相互调控、相互影响的，马铃薯马铃薯番茄杂番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但但这些遗传物质的表达受到相互干扰这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。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所属所属范畴范畴原理原理步骤步骤意义意义联系联系无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞全能性脱

19、分化脱分化再分化再分化保持优良性状保持优良性状繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产提高经济效益提高经济效益杂交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源杂交克服不同种生物远源杂交的障碍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膜流动性膜流动性细胞全能性细胞全能性无性繁殖（染色体变异）无性繁殖（染色体变异）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，全能性不能表现生物体

20、内细胞由于分化，全能性不能表现 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 在一定条件下在一定条件下, ,植物细胞离体培养能表现植物细胞离体培养能表现 出全能性出全能性随堂练习随堂练习c2.2.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a3 3. .在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是在生物体内，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

21、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表达、基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果的结果 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，细胞内的基因发、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化生了变化 b4.下列属于组织培养的是（下列属于组织培养的是（ ）a.花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株b.芽发育成枝条芽发育成枝条c.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区d.未受精的卵发育成雄蜂未受精的卵发育成雄蜂a5.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程

22、中，下列哪一项条件是成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（不需要的（ ）a.消毒灭菌消毒灭菌 b.适宜的温度适宜的温度c.充足的光照充足的光照 d.适宜的养料和激素适宜的养料和激素c严格人工控严格人工控制条件制条件6.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（需要（ ）a.具有完整细胞核的细胞具有完整细胞核的细胞 b.离体状态离体状态c.导入外源基因导入外源基因 d.一定的营养物质和激素一定的营养物质和激素c7.若用若用“ ”表表示植物组织培养的过程。请回答：示植物组织培养的过程。请回答： （1） 表示表示 ， 能被培养成为能被培养成为的根本原因是的根本原因是（2） 表示表示 .脱分化脱分化再分化再分化离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性愈伤组织愈伤组织8 8、不能人工诱导原生质体融合的方法、不能人工诱导原生质体融合的方法是（是（ ）a a、振动、振动 b b、电刺激、电刺激