选修3-2-1细胞工程

1、克隆动物专题复习专题复习细细胞胞工工程程应用的原理和方法应用的原理和方法细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学细细胞整体水平或胞整体水平或细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研究的目的研究的目的研究的水平研究的水平动物细胞工程动物细胞工程前者前者是是细细胞水平或胞水平或细细胞器水平上生物技胞器水平上生物技术术, ,后者后者是分子水平上的生物技是分子水平上的生物技术术。 。克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 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

2、技术。水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞工程与基因工程相比：细胞细胞分子分子思考思考: :植物细胞工程的理论基础植物细胞工程的理论基础是什么？通常采用的技术手段是什么？通常采用的技术手段有哪些？有哪些？所采用技术的理论基础 植物细胞工程通常采用的技 术 手 段 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植物细胞的全能性植物细胞的全能性细胞的全能性细胞的全能性(1)、概念、概念1）受精卵）受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞：生物体的：生物体的细细胞具有使后代胞具有使后代细细胞形成胞形成完整完整个个体的潜能的特性，叫做体的潜能的特性，叫做细细胞的胞的全能性。全能性。(2)、原因

3、、原因(3)、全能性的比较、全能性的比较：从理：从理论论上上讲讲，每个，每个细细胞都包含胞都包含该该物种物种的全部的全部遗传遗传物物质质（全部基因），所以每（全部基因），所以每个活个活细细胞都胞都应应具有全能性具有全能性 。 。2）植物细胞全能性一般比动物细胞强）植物细胞全能性一般比动物细胞强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

4、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培养在一定条件下能表现出 全能性全能性C2、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（ ） 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C（一）植物组织培养技术（一）植物组织培养技术植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基v定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质基质v无机营养成分：无

5、机营养成分：C C，H H，O O大量元素及部分微量元素大量元素及部分微量元素v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%2%5%5%的蔗糖的蔗糖 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vPHPH值：值：5.05.06.06.0实验实验 ：胡萝卜的组织培养胡萝卜的组织培养试管苗大规模培养过程过程离体的植物器官、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

6、化再分化2、植物组织培养比较脱分化再分化这两个过程比较脱分化再分化这两个过程脱分化脱分化再分化再分化是否有光是否有光结果结果无无有有形成愈伤组织形成愈伤组织形成根、芽形成根、芽【实验 胡萝卜的组织培养讨论】v1.在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？人员的无菌操作？v提示：植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，提示：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在上面迅速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经常发生。

7、培养基生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。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，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中会生成大量对培养物有害的物质，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，导致培养物迅速死亡。导致培养物迅速死亡。v造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培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、操作人员操作不规范等。所以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和各种器械都要进行彻底在组织培养实验中用到的植

8、物材料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。地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。v2.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？v提示：胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）提示：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

9、诱导愈伤组也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。织比较困难。3.请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术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。的流程简图。提示：提示：归纳：归纳：植物组织培养的概念植物组织培养的概念在无菌和人工控制的条件下将离体的植物器官、在无菌和人工控制的条件下将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导产生愈伤组织、芽丛，予适宜的培养条件，诱导产生愈伤组织、芽丛，最终形成完整的植株。最终形成完整的植株。理解理解:它是植物细胞工程的主要技术它是植物细胞工程的主要技术理

10、论基础：细胞全能性理论基础：细胞全能性（1）、外植体：用于离体培养的植物器官或组织）、外植体：用于离体培养的植物器官或组织片段。片段。（2）、愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一）、愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。（3）、脱分化：由高度分化的植物器官、组织或）、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。细胞产生愈伤组织的过程。（4）、再分化：脱分化产生的愈伤组织重新分化）、再分化：脱分化产生的愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程。成根或芽等器官的过程。植物组织培养关键词：关键词：外植体、脱分化、再

11、分化、愈伤组织外植体、脱分化、再分化、愈伤组织无菌操作、细胞离体、一定无菌操作、细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外的营养物质、激素和其他外界条件界条件必要条件：必要条件：思考思考:（1）离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，）离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整植物体？能否培养成完整植物体？（2）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？激素诱导和营养物质激素诱导和营养物质不能不能（3）、激素用量的比例影响实验结果：）、激素用量的比例影响实验结果：生长素用量比细胞分裂素用量，比值高时，生长素用量比细胞分裂素用量，比

12、值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。时，促进愈伤组织的生长。 番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。经常食用的蔬菜。 人们曾经有这样一个梦想：让一株植株地人们曾经有这样一个梦想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个梦想上部分结番茄，地下部分长土豆。这个梦想可能实现吗？可能实现吗？（二）、植物体细胞杂交技术（二）

13、、植物体细胞杂交技术（1）过程）过程细胞壁的阻碍细胞壁的阻碍v要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？起，遇到的第一个障碍是什么？ 2有没有一种温和的去除细胞壁的方法？有没有一种温和的去除细胞壁的方法？v有有,用酶用酶v纤维素酶和果胶酶去除细胞壁纤维素酶和果胶酶去除细胞壁v（3）如果两个来源不同的原生质体发生融合）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？处理？v植物组织培养植物组织培养v培育成新的植物体培育成新的植物体过程过程2诱导原生质体融合诱导原生质体

14、融合v是关键环节是关键环节v根据的原理是根据的原理是:细胞膜的流动性细胞膜的流动性v方法方法:物理物理v 离心离心.振动振动.电激电激v化学化学:v聚乙二醇聚乙二醇(PEG)作诱导剂作诱导剂v成功标志是成功标志是:v杂种细胞产生了新的细胞壁杂种细胞产生了新的细胞壁植物植物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生壁再生壁杂种细胞杂种细胞脱分化脱分化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：

15、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再分化再分化1、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，发育成完于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，发育成完整的植株的是（整的植株的是（ ） A、细胞分裂素、细胞分裂素 B、生长素、生长素 C、一定的营养物质、一定的营养物质 D、以上三者均是、以上三者均是 2、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于细胞工程（细

16、胞工程（ ） A、有性杂交、有性杂交 B、体细胞杂交、体细胞杂交 C、组织培养、组织培养 D、细胞核移植、细胞核移植巩固练习DA3、在生物体内、在生物体内 ，细胞没有表现出全能性，而是分，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（化为不同的组织、器官，是因为（ ） A、细胞丧失了全能性、细胞丧失了全能性B、基因的选择性表达、基因的选择性表达 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、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化变化4、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（ ） A、去掉细

17、胞壁，分离出有活力的原生质体、去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 B、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状性状 C、将杂种细胞培育成植株、将杂种细胞培育成植株 D、尚未培育出属间杂种植物、尚未培育出属间杂种植物BB6、不能人工诱导原生质体融合的方法是（、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ） A、振动、振动 B、电剌激、电剌激 C、PEG试剂试剂 D、重压、重压D5、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是 （ ） A、卵细胞、卵细胞 B、植物花粉、植物花粉 C、体细胞、体细胞 D、受精卵、受精卵D植物体细胞杂

18、交技术流程图进行总结，重点理解以下植物体细胞杂交技术流程图进行总结，重点理解以下内容。内容。v 流程图中为了简化，仅画了一个马铃薯的原生质流程图中为了简化，仅画了一个马铃薯的原生质体与一个番茄的原生质体之间的融合，可真正在实体与一个番茄的原生质体之间的融合，可真正在实际操作过程中，是把许多马铃薯的原生质体和许多际操作过程中，是把许多马铃薯的原生质体和许多番茄的原生质体放在一起，让它们自由融合，再从番茄的原生质体放在一起，让它们自由融合，再从中筛选出所需的杂种细胞。中筛选出所需的杂种细胞。v 由于不同种的细胞其细胞膜的特点不一样，如不由于不同种的细胞其细胞膜的特点不一样，如不作任何处理，把它们放

19、在一起，让它们自然融合是作任何处理，把它们放在一起，让它们自然融合是不可能的，所以原生质体间的融合必须要人工诱导。不可能的，所以原生质体间的融合必须要人工诱导。（2）植物体细胞杂交技术的意义）植物体细胞杂交技术的意义v克服远源杂交克服远源杂交不亲和不亲和的障碍，培育出自然界的障碍，培育出自然界中没有的、具有优良品质的新品种。中没有的、具有优良品质的新品种。v 成果成果（一）（一） 思考与探究思考与探究v1.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像的那样，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？地上长番茄、地下结马铃薯？v提示：提示：1978年，

20、梅尔彻斯（年，梅尔彻斯（Melchers）等人首次获得了马铃薯与番茄）等人首次获得了马铃薯与番茄的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为行融合，所产生的杂交株被称为“马铃薯番茄马铃薯番茄”。像大多数杂种一样，。像大多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似类似块茎的生殖根块茎的生殖根”，但是没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块，但是没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止茎

21、。到目前为止“马铃薯马铃薯番茄番茄”一类的体细胞杂交植物还不能产生经一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可忽视。济效益，但是其研究价值不可忽视。v至于马铃薯至于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，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物质，但

22、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，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。薯就是很自然的了。v2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物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，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。请设计出具体实验方案。提示：根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞

23、之间在提示：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理论上是可以实现杂交的。具体的实验方案可以设计如下：如下： 1、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（ ） A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果 B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果 C 、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果 D 、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果2、植物细胞融合完成的标

24、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DA3、若用、若用“ ” 表示植物组织培养的过程。请回答：表示植物组织培养的过程。请回答： （1） 表示表示 ， 被培养成为被培养成为的根本原因是的根本原因是（2） 表示表示 ，其细胞特点，其细胞特点 是是 。 脱分化脱分化再分化再分化离体的植物组织器官、组织或细胞离体的植物组织器官、组织或细胞植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性具有分生能力的薄壁细胞具有分生能力的薄壁细胞愈伤组织愈伤组织n复习题：复习题：4植物细胞表现出全能性的必要条件是植物细胞表现出全能性的必要条件是 （ ）A.给予适宜的营养和外界条件给予适宜的营养和外界条件B.导入其他植物细胞的基因导入其他植物细胞的基因C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内5细胞具有全能性的原因是细胞具有全能性的原因是 （ ）A.生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能能B.生物体的每一个细胞都具有全能性生物体的每一个细胞都