21植物细胞工程

1、细胞生物学和分子生物学细胞生物学和分子生物学细胞水平或细胞器水平细胞水平或细胞器水平按照人们的意愿来改变细胞内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遗传物质或获得细胞产品例题辨析：例题辨析： 下列有关细胞全能性的含义，正确的是：下列有关细胞全能性的含义，正确的是：A A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能 B B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全 部功能部功能 C C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体 的潜能的潜能 D D、生物体的每个细

2、胞都经过产生、分裂、分化、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、 生长、衰老、死亡的全过程生长、衰老、死亡的全过程 C C在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分在生物体内，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：化为不同的组织、器官，是因为： A A、细胞丧失了全能性、细胞丧失了全能性 B B、基因的表达有选择性、基因的表达有选择性 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，细胞内的基因发生、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生 了变化了变化 植物组织培养的概念植物组织培养的概念原理原理离体的植物器官、组织或细胞离体的

3、植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽小植株小植株外植体外植体脱分化脱分化一定的营养和一定的营养和激素激素(细细胞分裂素、生长素胞分裂素、生长素)再分化再分化植物组织培养植物组织培养 薄壁组织细胞薄壁组织细胞 具有潜在的具有潜在的细胞分裂能细胞分裂能力力，在一定的外界因素刺，在一定的外界因素刺激下，它们可再生，使植激下，它们可再生，使植物的创伤愈合或形成不定物的创伤愈合或形成不定根、不定芽等。根、不定芽等。 必要条件：必要条件：愈伤组织接种到分化培养基上愈伤组织接种到分化培养基上植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，植物组织培养形成的愈伤组织进行培养， 又又可以分化形成根、芽等器官，这

4、一过程称为：可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为： A A、脱分化、脱分化 B B、去分化、去分化 C C、再分化、再分化 D D、脱分化或去分化、脱分化或去分化下列下列不能不能作为植物组织培养的材料是：作为植物组织培养的材料是：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、木质部中的导管细胞细胞植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基定义：定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长含有一定营养成分，供组织培养植物生长 的基质的基质 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

5、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 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和马铃薯的属间体细胞杂种

6、“Potamato“Potamato”。 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。 1 1、定义：、定义： 将不同的植物体细胞将不同的植物体细胞, , 在一定条件下融合在一定条件下融合成成杂种细胞杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。物体的技术。 2 2、优势：、优势：（与有性杂交方法比较与有性杂交方

7、法比较） 打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大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围。大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。植物体细胞杂交植物体细胞杂交（1 1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合）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？在一起，遇到的第一个障碍是什么？（2 2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？）有没有一种温和的去细胞壁的方法？（3 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形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做 何种处理？何种处理？（4 4）如何将杂种细胞培育

8、成杂种植株？）如何将杂种细胞培育成杂种植株？(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物植物体细胞杂交体细胞杂交(6)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（酶解法（纤维素酶、果胶酶纤维素酶、果胶酶等）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） 植物植物体细胞杂交体细胞杂交原生质体A原生质

9、体B再生细胞壁再生细胞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返回 植物细胞工程 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”超级杂种植株没有超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？结马铃薯？ 主要原因是：生物基因的表达不主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯的，所以马铃薯番茄番茄杂交植株的细胞中虽杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质

10、，但这些遗传物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质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或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、地下结马铃薯就是很植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。自然的了。 2.1.2植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用( (一一) ) 植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径 微型繁殖微型繁殖 作物脱毒作物脱毒 神奇的人工种子神奇的人工种子( (二二) ) 作物新品种的培育作物新品种的培育 单倍体育种单倍体育种 突变体的利用突变体的利用( (三三) ) 细胞产物的工厂

11、化生产细胞产物的工厂化生产1. 1. 微型繁殖技术：微型繁殖技术：把用于快速繁殖优良品种的植物组织培把用于快速繁殖优良品种的植物组织培 养技术，养技术，叫做微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术。叫做微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术。 繁殖速度快；繁殖速度快； “ “高保真高保真”（因为是无性繁殖）；（因为是无性繁殖）； 不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。设施的室内生产）。 生产实践中遇到什么问题生产实践中遇到什么问题 ？ 科技人员是如何应用植物组织培养技术科技人员是如何应用植物组织培养技术解决这些问题的解决这些问题的 ？茎尖茎尖愈伤组

12、织愈伤组织根、芽根、芽小植株小植株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 人工种子的优点：人工种子的优点： (二二) 作物新品种的培育作物新品种的培育 ( (三三) ) 细胞细胞产物产物的工厂化生产的工厂化生产 工厂化生产人参皂甙的基本过程：工厂化生产人参皂甙的基本过程： 第一步，选择第一步，选择人参根人参根作为外植体进作为外植体进行培养，产生行培养，产生愈伤组织愈伤组织，经过培养选择找到，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，其中一部分作为保存用，以胞株作为种质，其中一部

13、分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。备下一次生产用，一部分进行发酵生产。 第二步，将第一步选择到的细胞株在发第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加增加细胞数量。细胞数量。 第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。碎，从中提取人参皂甙。 发酵工程发酵工程 是指采用现代工程技术手段，利是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。

14、于工业生产过程的一种新技术。 发酵工程的内容包括发酵工程的内容包括: 菌种的选育、培养基的配制、灭菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面品的分离提纯等方面 。 植物组织培养的应用：植物组织培养的应用： （1 1）试管苗的快速繁殖）试管苗的快速繁殖（2 2）无病毒植物的培育）无病毒植物的培育（3 3）提取原料）提取原料（4 4）人工种子）人工种子（5 5）转基因植物的培育）转基因植物的培育 现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。 从活植物体上切下进行培养的那部分组织或从活植物体上切下进行培养的那部分组织或 器官器官 1 1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩