物植物细胞工程

1、2.1.1 植物细胞工程 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经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。 人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？细胞工程细胞工程 指应用细胞生物学和分子生物学的原理和指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，在细胞水平或细胞器水平上的操作，按方法，在细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得照人们的意愿来改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。细胞产品的一门综合科学技术。 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

2、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水平或细细胞水平或细胞器水平胞器水平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细胞的全能性全能性主主要要技技术术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动物细胞培养动物细胞培养动物细胞融合动物细胞融合单克隆抗体技术单克隆抗体技术胚胎移植胚胎移植核移植核移植植物植物细胞细胞工程工程技术技术动物动物细胞细胞工程工程技术技术所采用技术的理论基础 植物细胞工程通常采用的技 术

3、 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（一）（一） 细胞的全能性细胞的全能性1、定义、定义： 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发育成完整生物体的潜能。胞都具有发育成完整生物体的潜能。 2、原理：、原理： 生物体的细胞一般地包含有该物种所特有生物体的细胞一般地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体的全套遗传物质，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，生物体的每一个的每一个活细胞活细胞都应该具有全能性。都应该具有全能性。 3、差异

4、：、差异： （1 1） 受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 （2 2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的的全能性比生殖细胞的低。低。 植物细胞的全能性植物细胞的全能性受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞4、大小、大小5.细胞表现出全能性的条件细胞表现出全能性的条件 离体状态离体状态 有一定营养物质、激素和其他外界条件有一定营养物质、激素和其他外界条件 思考讨论：为什么体内细胞没有表现出思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？全能性，而是分化成为不同的组织、器官？ 基因在特定空间和时间条件下基因在特定空间和时间条件

5、下选择性表达选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。 科学研究表明，处于离体状态的植物活科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。植物组织培养。

6、 1958 1958年年StewardSteward（斯图尔德）等利用胡（斯图尔德）等利用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完整植株。而获得了完整植株。 植物组织培养的发展简史植物组织培养 外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官组织或器官 1 1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等）种子、花粉等） 2 2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上 3 3）切取所需的外植体）切取所需的外植体 4 4）将外植体接种

7、于培养容器的培养基上）将外植体接种于培养容器的培养基上 整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！ 外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织成愈伤组织植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基 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 无机营养成分：无机营养成分：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 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

8、脂：起支持作用琼脂：起支持作用 生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PHPH值：值：5.05.06.06.0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芽芽植物体植物体外植体外植体脱分化脱分化再分化再分化培养基中的激素，生长培养基中的激素，生长素和细胞分裂素素和细胞分裂素植物组织培养继代培养基大量愈伤组织芽、根芽、根组织培养的过程愈伤组织：离体的植物器官、愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时组织或细胞，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、无定形成一种高度液泡化、无定形状

9、态薄壁细胞组成的排列疏状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。松无规则的组织。培养基中的激素：生长素/细胞分裂素值大时可诱导根的生长生长素/细胞分裂素值小时可诱导芽的生长生长素/细胞分裂素匀衡可诱导俞伤组织生长 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，又称去分化。 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根或芽等器官的过程。植物体细胞杂交植物体细胞杂交 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(

10、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、栽培目前，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、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及其后代，获得了有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种上有用的新材料。价值的新品系或育种上有用的新材料。 （三）（三） 植物体细胞杂交植物体细胞杂交1 1、定义：、定义： 用两个来自不同植物的体细胞融合成用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂

11、种细胞，且把杂种细胞培育成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。新的植物体的方法。 2 2、优势：、优势：（与有性杂交与有性杂交方法比较）方法比较） 打破了不同种生物间的生殖隔离限制，打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。围。植物体细胞杂交植物体细胞杂交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

12、分再分化化植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物植物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细胞分裂细胞分裂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：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意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种1、当植

13、物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组、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，发育成完整的植株的是（能性，发育成完整的植株的是（ ） 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、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（不属于细胞工程（ ） 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3、在生物体的所有细胞中，全能性最

14、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4、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、基因的表达有选择性、基因的表达有选择性 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5、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、

15、去掉细胞壁，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6、用植物组织培养技术，可以培育或生产出、用植物组织培养技术，可以培育或生产出 A、食品添加剂、食品添加剂 B、无病毒植物、无病毒植物 C、人工种子、人工种子 D、A、B、C均是均是7、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1.微型繁殖 (1)微型繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术. (2)特点: 保持优良品种的遗传特性; 高效快速地实现种苗的大量繁殖.2.作物脱毒 (1)材