专题二第一节植物细胞工程

1、专题2 细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学和分子细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过生物学的原理和方法，通过细胞水平细胞水平或或细细胞器水平胞器水平上的操作，按照人们的意愿来上的操作，按照人们的意愿来改改变变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞产品获得细胞产品的一的一门综合科学技术。门综合科学技术。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？按操作对按操作对象分类象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技术（一）（一） 细胞的全能性细胞的全能性1、定义定义： 生物体的

2、细胞具有使后代细胞形成完整个生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。体的潜能的特性。 2、原理原理： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特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，都有发育成为完整个有的全套遗传物质，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，生物体的每一个体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。 植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物组织培养的理论基础：植物组织培养的理论基础：3、差异差异： （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

3、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。 4、生物体所有细胞全能性大小都一致吗？、生物体所有细胞全能性大小都一致吗？受精卵受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞; ;植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞回忆、思考1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？离体的器官、组织或细胞离体的器官、组织或细胞 由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组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。织的过程，又称去分化。脱分化脱分化再分化再分化愈伤组织愈伤组织根和芽根和芽完整植株完整植株发育发育2、什么是脱分化？、什么是脱分化？3

4、、什么叫愈伤组织？什么叫愈伤组织？ 离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。4、什么叫再分化？、什么叫再分化？ 脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根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。或芽等器官的过程。一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术1 1、植物组织培养的过程、植物组织培养的过程阅读阅读P P3434的实验，回答问题：的实验，回答问题：1.1.

5、植物细胞表现出全能性的条件有哪些？植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？毒，灭菌，并且要求无菌操作？3 3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？培养成小植株吗？4 4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5 5、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？6 6、请同学们概括出植物组织培养技术的流程图。、请同学们概括出植物组织培养技术的流程图。

6、1. 1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？灭菌，并且要求无菌操作？3 3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？培养成小植株吗？细胞离体、一定的营养物质、细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件激素和其他外界条件避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。且有些杂菌会危害培养物的生长。想一想想一想其形成层容易诱导成愈伤组织，其他

7、部分如叶、其形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。花也能培养成小植株，只是稍微困难些。4 4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5 5、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？（P43)P43)6 6、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养 技术的流程图，并与同学交流。技术的流程图，并与同学交流。在有光时，往往容易形成维管组织，在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。而不易形成愈伤组织。植物激素。植物激素。一般，一般，当

8、生长素含量高于细胞分裂素时，有利于根的形成。当生长素含量高于细胞分裂素时，有利于根的形成。 当生长素含量低于细胞分裂素时，有利于芽的形成。当生长素含量低于细胞分裂素时，有利于芽的形成。切取切取形成层形成层无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成培养室培养室移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化植物组织培养简图：植物组织培养简图：离体的器官、组织或细胞离体的器官、组织或细胞脱分化脱分化再分化再分化愈伤组织愈伤组织根和芽根和芽完整植株完整植株发育发育激素、营养激素、营养激素、光激素、光注：注：先进行生芽培养；再进行生根培养，先进行生芽培养；再进行生根培养，试管苗培养要

9、在光照条件下进行。试管苗培养要在光照条件下进行。根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培养的概念。根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培养的概念。 2、植物组织培养的概念：、植物组织培养的概念： 植物组织培养就是在无菌和人工控制植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，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，给予适宜的培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。最终形成完整的植株。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，供组织培养植物定

10、义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质生长的基质v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大量元素及部分微量元素元素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%5%2%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因为不同种生物之间存因为不同种生物之间存在着在着生殖隔离生殖隔离，所以用，所以用传统的有性杂交方法是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，这些

11、科学家试图用这两种植物的体于是，这些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。细胞进行杂交，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番茄这幅番茄马铃薯图利马铃薯图利用传统有性杂交方法能用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？实现吗？为什么？(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交植物体细胞杂交v1 1有没有一种温和的去壁方法呢？有没有一种温和的去壁方法呢？v2 2为什么两个原生质体能发生融合，这为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？与细胞膜的什么特性有关？v3 3如果两个来源不同的原生质体发生了如果两个来源不同的原生质体

12、发生了融合，下一步该做何处理？融合，下一步该做何处理？v4 4如何将杂种细胞培育成杂种植株？如何将杂种细胞培育成杂种植株？请同学们阅读请同学们阅读P36，思考以下几个问题：，思考以下几个问题：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、过程、过程植物细胞的融合植物细胞的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？融合融合完成完成的的标志标志植物细胞植物细胞B二、植物体细胞杂交技术

13、二、植物体细胞杂交技术细胞融合的基础：细胞融合的基础： 细胞膜的流动性细胞膜的流动性去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法酶解法（纤维素酶、果胶酶等）（纤维素酶、果胶酶等） 原生质体融合方法原生质体融合方法：物理法物理法：离心、振动、电刺激等：离心、振动、电刺激等 化学法化学法：聚乙二醇（：聚乙二醇（PEGPEG） 2 2、植物体细胞杂交概念、植物体细胞杂交概念 将不同种的植物体细胞，在一定条件下将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。的植物体的技术。3 3、优势和未解决的问题、优势和未解决的问题 优势优势（与有

14、性杂交方法比较）与有性杂交方法比较） ：打破了不同种生物间的生殖隔离障碍，大打破了不同种生物间的生殖隔离障碍，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。未解决的问题：未解决的问题：未能让杂种植物按照人们未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良。的需要表现出亲代的优良。 19721972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

15、的属间体细胞杂种“Potamato”“Potamato”。 目前，已得到栽培烟草与野生烟草、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、栽培大豆与野生大豆、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，获得了有价值的新品系或育及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。种上有用的新材料。 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

16、产提高经济效益提高经济效益植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术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细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞全能性细胞全能性染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组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小结小结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、地下结如科学家所想

17、像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？马铃薯？ 主要原因是：主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它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，们之间是相互调控、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，但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，薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以所以杂杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。P38思考与探究思考与探究2.2.自然界中有一种含有叶

18、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：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实物细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。验方案。1、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：A A、去掉细胞壁、去掉细胞壁, ,分离出有活力的原生质分离出有活力的原生质体体B B、将杂种细胞培育成植株、将杂种细胞培育成植株C C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性代的优良性D D、尚未培育出属间杂种植物、尚未培育出属间杂种植物反馈练习反馈练习2、不能人工诱导原生质体融合的方、不能人工诱导原生质体融合的方法是法是A A、振动、振动 B B、电刺激、电刺激 C C、PEGPEG试剂试剂 D D、重压、重压3.植物细胞表现出全能性的必要条植物细胞表现出全能性的必要条件是件是 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，给予适宜的营养脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件和外界条件D. 将成熟筛管的细胞核移植到去将成熟筛管的细