选修3专题2.1.1植物细胞工程的基本技术

您好，还记得我吗“我”的诞生利用了什么生物技术？？绵羊“多莉”整个克隆过程如下：母绵羊A乳腺细胞

（体细胞）

母绵羊B未受精的卵细胞

母绵羊C新的卵细胞发育成胚胎去核卵细胞提取细胞核动植物细胞全能性的区别优P56NO1优化P56NO6应用细胞融合胚胎移植“多莉”细胞工程

指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人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。应用的原理和方法研究的水平研究的目的细胞生物学和分子生物学细胞水平或细胞器水平按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品(定向改造）细胞工程植物细胞工程动物细胞工程植物细胞工程植物细胞工程常用的技术手段：植物组织培养技术植物体细胞杂交技术植物细胞工程的理论基础：植物细胞的全能性（P33）细胞分化受精卵骨细胞上皮细胞肌肉细胞神经细胞上皮组织肌肉组织神经组织结缔组织有丝分裂细胞分化细胞分化的概念

在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，称为细胞分化。①细胞增殖产生的后代细胞分化是建立在细胞增殖的基础之上②持久的不可逆的变化分化后的细胞一直保持分化后的状态直至死亡③稳定性差异差异：形态、结构、生理功能上的差异稳定性：遗传物质不发生变化细胞分化的实质受精卵血红蛋白基因表达肌动蛋白基因关闭血红蛋白基因关闭肌动蛋白基因表达基因选择性表达细胞分化的意义(1)是生物个体发育的基础(2)使细胞趋向专门化，提高了各种生理功能的效率

全职工人专职工人已经分化的细胞，是否具有分裂、分化的能力？细胞的全能性已经高度分化的细胞，能不能再分化成其他细胞？胡萝卜的韧皮部一个细胞分裂形成的细胞团*1958年斯图尔德[美]实验含有植物激素、无机盐、糖类等培养液实验表明，给予一定条件，高度分化的植物细胞仍具有发育成完整植株的能力。细胞的全能性1.概念:

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。

2.原因：生物的体细胞含有本物种个体发育所需的全套遗传信息。3.体现全能性能力大小的比较：

①受精卵＞生殖细胞＞体细胞②植物细胞＞动物细胞③增殖细胞＞不增殖细胞细胞的分化程度越高，则细胞的分裂能力越低，细胞的全能性越难体现。4.应用：

植物组织培养技术、动物细胞核移植技术（克隆）1、植物组织培养的原理——

植物细胞的全能性一、植物组织培养技术（一）植物组织培养的过程及原理2、材料胡萝卜根、经过灭菌的培养基等3、方法步骤4、讨论P35实验胡萝卜的组织培养P34（1）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？无菌：培养基一旦污染，迅速生长的各种杂菌不仅会与培养物争夺营养，而且还会产生大量对培养物有害的物质。（2）在本实验中，切取胡萝卜块强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其它部分（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？

可以，只是诱导愈伤组织比较困难。（选材：根尖、茎尖、形成层等最容易诱导脱分化的部分）

愈伤组织的形成（P33图）愈伤组织：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，形成愈伤组织。愈伤组织的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。脱分化（或去分化）：

让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。脱分化的实质和结果分别是什么？实质是恢复细胞的全能性。结果是形成愈伤组织。再分化：

脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官的过程。再分化形成的试管苗，移栽到地里，可以发育成完整的植物体。植物组织培养（试管苗的形成）从愈伤组织分化形成小植株离体的植物组织、器官或细胞（外植体）愈伤组织根、芽植物体脱分化再分化细胞分裂素生长素有机物无机盐水分无光一定的光照排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…（3）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。问题：1、植物细胞在什么情况下可以实现全能性？植物细胞全能性实现的条件：①离体培养②一定的营养物质

③一定的植物激素（生长素、细胞分裂素）④适宜的温度、pH、光照等

问题：2、离体的器官、组织或细胞，如果不进行脱分化处理，能否培养成完整的植物体？不能，生物体内的活细胞尽管具有全能性，但受基因选择性表达的调控，一般都要进行定向的、不可逆转的细胞分化，不能表现出全能性。3、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？植物激素的种类、比例、使用顺序问题：生长素/细胞分裂素的比值作用效果比值高时促进根分化、抑制芽形成比值低时促进芽分化、抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成使用顺序实验结果先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化同时使用分化频率提高

植物组织培养的培养基成分：P36

以MS培养基为例①无机营养成分：无机盐离子（大量元素、微量元素）②有机营养成分：如甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等（蔗糖提供碳源，同时能够调节渗透压）③植物激素：生长素、细胞分裂素④琼脂问题：4、影响植物组织培养的因素有哪些？①植物材料的种类②植物材料的年龄、取材位置、保存时间的长短③培养基的成分、物理性质④植物激素的浓度、使用顺序、用量比例⑤pH、温度、光照等条件（二）植物组织培养的概念P36

：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，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，最终形成完整的植株。植物组织培养产生新个体不属于有性生殖，而属于无性繁殖。1、下面所列过程是植物组织培养的简略过程。请据此回答：①→脱分化→②→再分化→③→④⑴①表示

，它能被培养成④的理论基础是

。⑵②表示

，它的细胞特点是。外植体植物细胞的全能性

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2、下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述错误的是（）A.属于无性生殖，主要理论依据是植物细胞具有全能性B.愈伤组织可作为基因工程的受体，其细胞特点是排列疏松、无规则、高度液泡化C.整个培养过程都不需要光照的条件D.人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等C请同学们讨论如何实现？

1、概念：

P37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的植物体的技术。二、植物体细胞杂交技术细胞壁如何去除？原生质层如何融合？融合的基础是什么？杂交完成的标志是什么？最后通过什么手段得到新个体？(1)(1)(2)(3)(4)P36植物体细胞杂交技术流程图马铃薯细胞番茄细胞马铃薯原生质体番茄原生质体正在融合的原生质体杂种细胞再生出细胞壁愈伤组织再生出小植株(5)(6)（1）脱分化再分化2、过程①②③④⑤融合的原生质体原生质体B原生质体A去壁去壁植物A细胞植物B细胞诱导融合再生出细胞壁杂种细胞脱分化愈伤组织再分化杂种植株植物组织培养植物细胞融合植物体细胞杂交2、过程：植物A细胞植物B细胞去壁原生质体A原生质体B原生质体融合融合体再生壁杂种细胞细胞分裂愈伤组织杂种植株①去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）②人工诱导原生质体融合的方法：物理法：离心、振动、电激等化学法：聚乙二醇（PEG）2、植物体细胞杂交过程示意图③杂种细胞形成的标志是：

在此过程中活跃的细胞器是：杂种细胞再生出细胞壁高尔基体④体细胞融合成功后培养基中共有

种细胞类型，分别是：

，其中，融合细胞类型有

种：

，而真正符合要求的是

，因此要对融合细胞进行

。⑤植物体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体数、基因组数还是染色体组数都采用直接相加的方法。53筛选A、B、AA、BB、ABAA、BB、ABAB3、理论基础：细胞膜的一定的流动性和细胞的全能性克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合的范围。4、优势：P38思考与探究为什么“番茄—马铃薯”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？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，马铃薯—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株中的遗传物质一样有序表达。5、未解决的问题：不能让杂交植物按照人们的要求表现出亲代的性状。白菜甘蓝白菜－甘蓝“白菜－甘蓝”同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。植物体细胞杂交技术举例三、植物组织培养与植物体细胞杂交的比较3、下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：

⑴步骤①是去掉

，使植物细胞成为

，最常用的方法是

。⑵步骤②一般常用的化学试剂是

，目的是

。⑶在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是

，其中步骤④相当于

，步骤⑤相当于

。细胞壁原生质体

酶解法

聚乙二醇诱导原生质体融合

植物组织培养

脱分化

再分化⑷植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，使两株植物的性状能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是

。⑸从理论上讲，杂种植株的育性为

。若运用传统有性杂交方法能否实现？

因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于

。⑹利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程，是否属于有性生殖？杂种细胞具有两个亲本的遗传物质

可育

不能克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍

植物体细胞杂交属于无性生殖。4、下图所示为科学家利用番茄叶细胞和马铃薯叶细胞杂交培育“番茄-马铃薯”植株的过程,请回答下列问题。（1）①②过程使用了

酶,以使植物原生质体相互分离,此处使用的溶液浓度较大,以保证植物细胞会发生

,以保护原生质体不被破坏.（2）过程

属于脱分化,过程

属于再分化,细胞发生分化的根本原因是

。（3）过程⑤⑥⑦的细胞工程技术是

,其培养时选用的材料通常是分生组织,原因是

。纤维素和果胶质壁分离⑤⑥基因的选择性表达植物组织培养技术全能性高,易培养形成愈伤组织1、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()A．基因的表达有选择性B．不同的细胞内基因不完全相同C．细胞丧失了全能性D．在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化2、下列细胞全能性最高的是(

)A.玉米的卵细胞B.哺乳动物的精子C.绿色开花植物的受精卵D.裸子植物的叶肉细胞3、在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列各项中为非必要条件的是()A.培养基需消毒灭菌B.给予适宜的温度C.给予充足的光照D.给予适宜的养料和激素4、下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述错误的是()A.属于无性生殖，主要理论依据是植物细胞具有全能性B.愈伤组织可作为基因工程的受体，其细胞特点是排列疏松、无规则、高度液泡化C.整个培养过程都不需要光照的条件D.人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等5、在不损伤高等植物细胞内部结构的情况下，下列哪种物质适合于除去细胞壁()A．蛋白酶B．盐酸C．淀粉酶D．纤维素酶和果胶酶6、植物体细胞融合完成的标志是()A．产生新的细胞壁B．细胞膜发生融合C．细胞质发生融合D．细胞核发生融合7、在植物细胞工程中，当原生质体