【课件】2.1植物细胞工程-第1课时课件高二下学期生物人教版选择性必修3

1、第2章 细胞工程 细胞工程的概念 细胞工程（cell engineering)是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞或细胞器的水平上的操作，有目的地获得特定的细胞或组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。（1）原理和方法：细胞生物学和分子生物学（2）操作水平：细胞或细胞器（3）目的：按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。细胞工程分类 （1）依据操作对象分： （2）依据操作技术分：植物组织培养技术细胞融合技术动物细胞核移植技术等植物细胞工程的发展历程植物细胞工程的发展历程1. 1902年年，哈伯兰特（，哈伯兰特（G.Haberlandt,1854-1945)提

2、出了细胞全能性的理论，但相提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。关的实验尝试没有成功。2. 1958年年，斯图尔德（，斯图尔德（E.C.Steward,1904-1993)等发现胡萝卜的体细胞可以分化为等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。3. 1960年年，科金（，科金（E.C.Cocking,1931-)用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。功获得了原生质体。4. 1971年年，卡尔森（，卡尔森（P.S.Carlson,1944-2017)诱导烟草种间

3、原生质体融合，获得了诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。第一株体细胞种间杂种植株。1964年，古哈（年，古哈（S.Guha,1938-2007)等在培养毛曼陀等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。5. 1974年年，土壤农杆菌的，土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。域促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。动物细胞工程（含胚胎工程）动物细胞工程（含胚胎工程）1. 189

4、0年年，希普（，希普（W.Heape,1855-1929) 将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。2. 1907年年，哈里森（，哈里森（R.G.Harrison,1870-1959)用一滴淋巴液用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。3. 1951年年，张明觉（，张明觉（1908-1991)等发现了哺乳动物精子的获能现象。等发现了哺乳动物精子的获能现象。4. 1958年年，格登（，格

5、登（J.Gurdon,1933-) 用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，成功培育用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，成功培育出性成熟个体。同一时期，我国科学家童第周（出性成熟个体。同一时期，我国科学家童第周（1902-1979)等开展了鱼类细胞核移等开展了鱼类细胞核移植工作。植工作。5. 1959年年，试管家兔诞生。之后，多种试管动物相继出生。，试管家兔诞生。之后，多种试管动物相继出生。1975年，米尔斯坦年，米尔斯坦（C.Milstein,1927-2002)和科勒（和科勒（G.Kohler,1946-1995)等创立了单克隆抗体技术。等创立了单克隆抗体技术。动物细胞工程的发展历程动物细胞工程的发展

6、历程6. 1975年年，米尔斯坦（，米尔斯坦（C.Milstein,1927-2002)和科勒（和科勒（G.Kohler,1946-1995)等创立了等创立了单克隆抗体技术。单克隆抗体技术。7. 1978年年，小鼠的桑甚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵美羊。，小鼠的桑甚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵美羊。8. 1996年年，世界上第一只体细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。，世界上第一只体细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。9. 1981年年，埃文斯（，埃文斯（M.J.Evans,1941-)等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞。

7、等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞。10. 2006年年，山中伸弥（，山中伸弥（S.Yamanaka,1962-)等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用这种细胞培育出了小鼠。这种细胞培育出了小鼠。11. 2014年年，世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞，世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。生。12. 2017年年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。动物细胞工程的发展历程动物细胞工程的发展历程 第1节 植物细胞工程 “ “其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，其茅葺，其

8、叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（可敬可慕。迨（didi）夫花开，凝晴滚露，万态）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（千妍，薰（xnxn）风自来，四坐芬郁，岂非入兰）风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！室乎！岂非有国香乎！”这是我国历史上第一部这是我国历史上第一部兰谱兰谱金漳（金漳（zhnzhn）兰谱）兰谱（宋（宋赵时庚）赵时庚）中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。但是，兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌但是，兰花种子通常发育不全，在自然条件下

9、萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。价格可想而知了。如何能让名贵的兰花大量、快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？速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？从社会中来 一植物细胞工程的基本技术ZHIWUXIBAOGONGCHENGDEJIBENJISHU1.细胞的全能性： 细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。2.具有全能性的原因：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。3.体现细胞全能性

10、的标志：细胞 完整个体或其他各种细胞实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株；受精卵发育成个体（动植物）；蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰；用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株。细胞全能性实例：细胞全能性实例：多肉进行叶插繁殖1.1.选取多肉上健康、选取多肉上健康、饱满的叶片。饱满的叶片。2.2.用剪刀切下整片叶用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整片，切口要平滑、整齐。也可以直接用手齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。轻轻掰下叶片。3.3.平躺放在沙床上，平躺放在沙床上，叶片间隔相聚叶片间隔相聚2 23 3厘厘米。米。4.4.叶片切口不要有叶片切口不要有碰脏，摆放通风处碰脏，摆放通风处2

11、23 3天，晾干。天，晾干。5.5.待叶片晾干后移至半待叶片晾干后移至半阴处养护。阴处养护。6.6.约约2 23 3周后生根，或周后生根，或从叶基处长出不定芽。从叶基处长出不定芽。7.7.叶插成功叶插成功4.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5.在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现全能性的原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达6.全能性大小比较（1）受精卵、体细胞、生殖细胞 _（2）分化程度高的细胞、分化程度低的细胞 _（3）分裂能力强的细胞、分裂能力弱的细胞 _（4）植物细胞、动物细胞 _（5）幼嫩的细胞、衰老的细胞 _分化程度低的细胞分化程度高的细胞分

12、裂能力强的细胞分裂能力弱的细胞受精卵生殖细胞体细胞植物细胞动物细胞幼嫩的细胞衰老的细胞（1）离体状态（2）种类齐全、比例适合的营养物质、激素等（3）适宜的外界条件7.细胞表现全能性的条件 植物组织培养是指依据细胞全能性的原理，在无菌条件下，将离体的植物的器官、组织、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。1.植物组织培养的概念外植体如：茎尖、根尖根、芽植物体脱分化再分化培养条件： 无菌 营养物质 适宜环境条件（温度、PH、光等） 植物激素： 细胞分裂素 生长素如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药2. 植物组织培养技术的一般过程遮光一定的光照芽发育成

13、叶，叶肉芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合细胞中叶绿素的合成需要光照成需要光照排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织重新分化愈伤组织重新分化为芽、根等器官为芽、根等器官失去特有结构和功能失去特有结构和功能转变成未分化的细胞转变成未分化的细胞(1)外植体离体的植物器官、组织、细胞或原生质体。 植物的茎尖、幼嫩的叶片、花药是常用的外植体。(2)脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变 成未分化细胞的过程。(3)愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。(4)再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进

14、行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。 (5)胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。 愈伤组织的细胞排列疏松而无规则是一种高度液泡化的无定形状态的细胞。愈伤组织形成以后，如果在原来的培养基上续培养，就会由于培养基中养分不足或有毒代谢产物的，导致愈伤组织生长停止，甚至老化变黑乃至死亡。如果要愈伤组织续生长增殖，必须定期地将它们分成小，接种到新鲜的培养基上，这样愈伤组织就可以长期保持旺盛的生长。愈伤组织的再分化主要有两种方式。一种是不定芽方式，就是在某些条件下，愈伤组织的细胞发生分化，形成不同的器官原基，再逐渐形成芽和

15、根（图1-2-8）。另一种是胚状体方式，就是由愈伤组织诱导分化出的具有胚芽、 胚根、胚轴的类似于胚的结构。能够产生胚状体的愈伤组织常见于胡萝卜、芦笋、玉米和小麦等植物。小贴士5.影响植物组织再分化的因素有： 生长素和细胞分裂素的比值 微生物 培养基的离子平衡 pH值 温度3.植物组织培养的理论基础： 植物细胞全能性4.植物组织培养的条件：离体 无菌 培养基 适宜的外界条件生长素含量细胞分裂素时，主要诱导根原基的形成，反之，主要诱导芽原基的形成。【课堂练习】1.下列有关植物组织培养过程中愈伤组织的说法不正确的是( )A.愈伤组织是离体植物细胞经过脱分化和再分化形成的B.愈伤组织可以形成具有生根能力的胚状体C.愈伤组织为既有分裂能力又有分化