植物细胞工程讲义专家讲座

专题2细胞工程

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学原理和方法，经过或细胞器水平上操作，按照人们意愿来改变细胞内遗传物质或取得细胞产品一门综合科学技术。按操作对象分植物细胞工程动物细胞工程研究水平研究目标细胞水平一、概念植物细胞工程讲义专家讲座第1页细胞工程应用原理和方法研究水平研究目标细胞生物学和分子生物学细胞整体水平或细胞器水平按照人们意愿来改变细胞内遗传物质或取得细胞产品概念分类植物细胞工程动物细胞工程理论基础细胞全能性植物细胞工程讲义专家讲座第2页前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术,后者是分子水平上生物技术。克隆多莉羊技术是

水平上技术，培育抗虫棉是

水平上技术。细胞工程与基因工程相比：细胞分子思索:植物细胞工程讲义专家讲座第3页2.1植物细胞工程植物细胞工程技术惯用技术伎俩：植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞工程理论基础：植物细胞全能性植物细胞全能性和细胞膜流动性植物细胞工程讲义专家讲座第4页植物组织培养1、原理：细胞全能性植物细胞工程讲义专家讲座第5页2.1植物细胞工程植物细胞工程基本技术植物组织培养植物细胞工程讲义专家讲座第6页利用菊花花瓣微型繁殖培养菊花植物细胞工程讲义专家讲座第7页探究：1、为何植物一个花瓣就能够培育出完整植株呢？植物细胞含有全能性。2、什么是细胞全能性？植物细胞工程讲义专家讲座第8页二植物细胞工程基本技术一）细胞全能性

1、概念：生物体细胞含有使后代细胞形成完整个体潜能。2、原因：受精卵有丝分裂体细胞含全套遗传基因3、全能性程度（1）受精卵全能性最高

受精卵生殖细胞体细胞＞＞（2）植物细胞＞动物细胞

（3）4、形成不一样组织、器官原因：基因选择性表示5、条件：

（1）离体状态，（2）完全营养物质、激素

植物细胞工程讲义专家讲座第9页探究：2、生物体内细胞为何没有表现出全能性，而是分化成不一样组织器官？3、为何已分化细胞仍含有发育成完整个体潜能？1、表现全能性条件有哪些？离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。在特定时间和空间条件下，基因选择性表示结果。生物体每一个细胞都含本物种全套遗传物质，都有发育成完整个体全套基因。植物细胞工程讲义专家讲座第10页三植物组织培养技术(重点了解)1、概念：

在无菌和人工控制条件下，将离体植物器官、组织、细胞，培养在人工配制培养基上，给予适宜培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整植株。2、原理：植物细胞全能性3、过程：

外植体

愈伤组织根、芽植物体再分化脱分化也叫：外植体如：茎尖、根尖

适宜温度、PH值、养料、激素、充分氧气条件避光需光无细胞分裂、分化能力特点：具分裂、分化能力，既具全能性（主要）无定形状态、高度液泡化、排列疏松、无规则、无叶绿体,不进行光合作用植物细胞工程讲义专家讲座第11页

植物组织培养基本过程外植体愈伤组织胚状体已分化出根、芽分化程度降低，分裂能力增强重新分化出组织器官过程（细胞分裂素、生长素）细胞分化程度与细胞分裂能力呈负相关脱分化遮光再分化光照植物细胞工程讲义专家讲座第12页12345再分化(愈伤组织)植物组织培养6脱分化植物细胞工程讲义专家讲座第13页应该掌握几个概念：1愈伤组织：离体植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，经过细胞分裂，形成一个a高度液泡化、b无定形状态薄壁细胞组成c排列疏松无规则组织。植物细胞工程讲义专家讲座第14页植物细胞脱分化：由高度分化植物器官、组织或细胞产生愈伤组织过程，又称去分化。脱分化实质和结果分别是什么？实质是恢复细胞全能性过程。结果是形成愈伤组织。植物细胞再分化：脱分化产生愈伤组织在培养过程中重新分化成根或芽等器官过程。植物细胞工程讲义专家讲座第15页获取外植体无菌接种诱导愈伤组织形成试管苗形成扩大培养移栽脱分化再分化植物细胞工程讲义专家讲座第16页请依据上面试验过程，概括出植物组织培养技术流程简图。植物材料（消毒）脱分化无菌接种、诱导愈伤组织再分化诱导试管苗移栽到大田培养成正常植株植物细胞工程讲义专家讲座第17页(1)在组织培养试验中，为何要强调所用器械灭菌和试验人员无菌操作？

预防杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害物质，造成培养物快速死亡。合作学习植物细胞工程讲义专家讲座第18页(2)在本试验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分轻易诱导形成愈伤组织。请思索一下，胡萝卜其它部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用试验方法进行验证吗？胡萝卜其它部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。植物细胞工程讲义专家讲座第19页1以下植物细胞全能性最高是（）

A.形成层细胞B.韧皮部细胞C.木质部细胞D.叶肉细胞

2以下细胞全能性最高是（）

A．植物卵细胞

B．植物精子细胞

C．被子植物受精卵

D．被子植物叶肉细胞AC植物细胞工程讲义专家讲座第20页3.在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不一样组织、器官，是因为（）

A、细胞基因丧失了全能性B、基因在特定时间和空间条件下选择性表示结果C、不一样细胞内基因不完全相同D、在个体发育不一样时期，细胞内基因发生了改变

B植物细胞工程讲义专家讲座第21页依据学过知识和试验过程思索回答：2、决定植物脱分化、再分化关键原因是什么？植物激素种类和百分比1、离体器官、组织或细胞，假如不进行脱分化处理能否培养成完整植物体？不能，因为细胞已经分化，失去了分裂能力。不进行脱分化处理就不能形成愈伤组织生长素：细胞分裂素百分比大于1----促进根形成小于1-----促进芽形成等于1-----愈伤组织不分化植物细胞工程讲义专家讲座第22页3、为何诱导愈伤组织过程中应避光培养？在有光时，往往轻易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。（但再分化时需要光，光能使细胞内形成叶绿体、叶绿素，进行光合作用）植物细胞工程讲义专家讲座第23页小结：植物组织培养过程外植体愈伤组织根、芽植物体脱分化再分化（离体,已分化组织或细胞）（未分化）（分化）条件？优点？特点？繁殖速度快不受季节限制工厂化生产幼苗无毒保持优良性状①适宜温度、光照、pH和无菌环境。②无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素等）无定形状态薄壁细胞高度液泡化排列疏松、无规则无叶绿体,不进行光合作用植物细胞工程讲义专家讲座第24页植物组织培养概念：

植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体植物器官、组织、细胞，培养在人工配制培养基上，给予适宜培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整植株。植物细胞工程讲义专家讲座第25页二、植物体细胞杂交技术：因为不一样种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统有性杂交方法是不可能做到这一点。于是，这些科学家试图用这两种植物体细胞进行杂交，来实现这一美妙构想。这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为何？“Potamato”植物细胞工程讲义专家讲座第26页1、定义：

将两个来自不一样植物体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新植物体过程。2、优势：（与有性杂交方法比较）

克服了远缘杂交不亲和障碍，拓展了可用于杂交亲本组合范围。。植物体细胞杂交植物细胞工程讲义专家讲座第27页1．你认为两个来自不一样植物体细胞完成融合，碰到第一个障碍是什么？2．有没有一个温和去壁方法呢？3．为何两个原生质体能发生融合，这与细胞膜什么特征相关？4．怎样将杂种细胞培育成杂种植株？请思索：植物细胞工程讲义专家讲座第28页原生质体番茄细胞原生质体融合再生出细胞壁杂种细胞脱分化愈伤组织杂种植株再分化植物体细胞杂交技术（重点了解）：1、过程：马铃薯细胞标志：成功融合人工诱导去壁植物组织培养植物细胞融合酶解法（纤维素酶、果胶酶等）物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）植物细胞工程讲义专家讲座第29页去壁惯用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）

原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）植物细胞工程讲义专家讲座第30页植物体细胞杂交过程示意图去壁筛选植物细胞工程讲义专家讲座第31页将不一样种植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体技术。4、优势：（与有性杂交方法比较）克服植物远缘杂交不亲和性3、原理：细胞膜流动性和细胞全能性主要：原生质体融合结果2、概念：四、植物体细胞杂交技术（重点了解）：如小麦和玉米之间存在生殖隔离植物细胞工程讲义专家讲座第32页四、植物体细胞杂交技术：重点了解

白菜－甘蓝白菜甘蓝5、实例：生长久短、耐热性强和易于贮藏番茄-马铃薯（理性图）植物细胞工程讲义专家讲座第33页2、概念

将不一样种植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体技术。3、优势和未处理问题

优势（与有性杂交方法比较）

：打破了不一样种生物间生殖隔离障碍，大大扩展了可用于杂交亲本组合范围。未处理问题：未能让杂种植物按照人们需要表现出亲代优良。植物细胞工程讲义专家讲座第34页1.为何“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像那样，地上长番茄、地下结马铃薯？

马铃薯—番茄没有像人们预想那样地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：生物基因表示不是孤立，它们之间是相互调控、相互影响，所以马铃薯—番茄杂交植株细胞中即使具备两个物种遗传物质，但这些遗传物质表示受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中遗传物质一样有序表示，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然了。植物细胞工程讲义专家讲座第35页2.自然界中有一个含有叶绿体原生动物──眼虫，说明植物细胞器一样能够在一些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间能够实现杂交吗？假如理论上可行，请设计出详细试验方案。植物细胞工程讲义专家讲座第36页所采取技术理论基础植物细胞工程通常采取技术伎俩植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞全能性小结：植物细胞工程讲义专家讲座第37页比较植物组织培养植物体细胞杂交技术所属范围原理步骤意义联络无性繁殖细胞全能性①脱分化②再分化保持优良性状繁殖速度快、大规模生产提升经济效益杂交技术应用了组织培养克服不一样种生物远缘杂交不亲和障碍①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养膜流动性细胞全能性染色体变异植物细胞工程讲义专家讲座第38页反馈练习1.以下属于组织培养是（）A.花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区D.未受精卵发育成植株A植物细胞工程讲义专家讲座第39页2.在离体植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织过程中，以下哪一项条件是不需要（）A.消毒灭菌B.适宜温度C.充分光照D.适宜养料和激素C植物细胞工程讲义专家讲座第40页3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（）A.含有完整细胞核细胞B.离体状态C.导入外源基因D.一定营养物质和激素C植物细胞工程讲义专家讲座第41页4、植物组织培养形成愈伤组织进行培养，又能够分化形成根、芽等器官，这一过程称为：

A、脱分化B、去分化

C、再分化D、脱分化或去分化植物细胞工程讲义专家讲座第42页5、以下不能作为植物组织培养材料是A、秋海棠叶B、马铃薯块茎C、成熟花粉D、木质部中导管细胞D植物细胞工程讲义专家讲座第43页6、若用“①②③④”表示植物组织培养过程。请回答：

（1）①表示

，能被培养成为④根本原因是（2）②表示

脱分化再分化离体植物器官、组织或细胞植物细胞含有全能性愈伤组织植物细胞工程讲义专家讲座第44页异想天开植物细胞工程讲义专家讲座第45页植物细胞工程实际应用繁殖植物新路径微型育种作物脱毒人工种子育种新方法单倍体育种诱导突变体细胞产物工厂化生产植物细胞工程讲义专家讲座第46页（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）一植物繁殖新路径1.概念:快速繁殖优良品种植物组织培养技术2.优点:3.成就:1）保持优良品种遗传特征2）高效快速地实现种苗大量繁殖植物细胞工程讲义专家讲座第47页植物细胞工程讲义专家讲座第48页（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）一植物繁殖新路径讨论P38利用了植物“微型”繁殖技术：1）保持优良品种遗传特征2）高效快速地实现种苗大量繁殖在短时间中取得大量优质种苗植物细胞工程讲义专家讲座第49页一植物繁殖新路径（二）作物脱毒1.作物脱毒原因:2.作物脱毒材料:3.作物脱毒方法:4.作物脱毒结果:长久进行无性繁殖作物，易积累感染病毒，造成产量降低，品质变差分生区（如茎尖）细胞进行组织培养取得脱毒苗5.成就:植物细胞工程讲义专家讲座第50页（三）神奇人工种子一植物繁殖新路径1.天然种子局限

1）培育周期长

2）优良杂种后代会发生性状分离而丧失其优良特征

3）生产会受到季节、气候和地域限制，而且需要占用大量土地实现制种植物细胞工程讲义专家讲座第51页（三）神奇人工种子一植物繁殖新路径2.人工种子

胚状体植物细胞工程讲义专家讲座第52页（三）神奇人工种子一植物繁殖新路径经过植物组织培养得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到种子。（1）人工种子概念（2）人工种子组成胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮

植物细胞工程讲义专家讲座第53页（三）神奇人工种子一植物繁殖新路径

诱导植物愈伤组织↓体细胞胚诱导↓体细胞胚成熟↓体细胞胚机械化包裹↓贮藏或种植思索设计人工种子制备技术主要流程图植物细胞工程讲义专家讲座第54页（三）神奇人工种子一植物繁殖新路径讨论P40①培植周期短②后代无性状分离③不受气候,季节和地域限制④能够很方便地贮藏和运输加入适量养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌、植物生长调整剂等1）优点：2）人工种皮有效成份植物细胞工程讲义专家讲座第55页（一）单倍体育种二作物新品种培育体细胞中含有本物种配子染色体数目标个体1.单倍体定义：2.单倍体形成：3.单倍体植株特点：由配子不经过受精作用而直接发育成个体。例：蜜蜂中雄蜂长得弱小，而且高度不育植物细胞工程讲义专家讲座第56页（一）单倍体育种二作物新品种培育4.回顾单倍体育种普经过程并设计出一个经过植物花药组织培养生成正常植株试验流程。植物细胞工程讲义专家讲座第57页花粉细胞培养脱分化愈伤组织分化出小植物再分化移栽花药接种单倍体植株正常植株染色体加倍单倍体育种原理:染色体（数目）变异技术：组织培养取得单倍体；秋水仙素处理单倍体幼苗，使染色体加倍单倍体育种优点：后代都是纯合子，显著缩短育种年限植物细胞工程讲义专家讲座第58页（二）突变体利用二作物新品种培育植物组织培养过程中，因为培养细胞一直处于不停分生状态，易受到培养条件和外界压力影响而产生突变1.产生：筛选对人们有利突变体,进而培育新品种2.利用：植物细胞工程讲义专家讲座第59页蛋白质,脂肪,糖类,药品,香料,生物碱等1.细胞产物种类：三细胞产物工厂化生产植物组织培养2.技术：3.成就：植物细胞工程讲义专家讲座第60页细胞产物工厂化生产红豆杉与紫杉醇人参皂甘生产植物细胞工程讲义专家讲座第61页例1：03江苏

用高度分化植物细胞、组织和器官进行组织培养能够形成愈伤组织，以下叙述错误是A.该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成B.该愈伤组织细胞没有全能性C.该愈伤组织是由排列疏松薄壁细胞组成D.该愈伤组织能够形成含有生根发芽能力胚状结构典例精析植物细胞工程讲义专家讲座第62页例2：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1）步骤①是__________________________________________最惯用方法是_________.2）步骤②普通惯用化学试剂是______________目标是___________________.3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株过程中，利用技术伎俩是___________，其中步骤④相当于_____，步骤⑤相当于_____

去掉细胞壁分离出有活力原生质体

酶解法

聚乙二醇（PEG）

诱导原生质体融合植物组织培养脱分化再分化植物细胞工程讲义专家讲座第63页例2：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：4）植物体细胞杂交目标是取得新杂种植株。使____________

能够在新植物体上有所表现，其根本原因:5）从理论上讲，杂种植株育性_____。若利用传统有性杂交方法能否实现？_____。并说明理由：

所以，这项研究对于培养作物新品种方面重大意义在于：

.两个亲本遗传性状

杂种植株取得了双亲遗传物质

可育不能因为不一样种生物之间存在生殖隔离克服远缘杂交不亲和障碍，大大扩展了可用于杂交亲本组合范围植物细胞工程讲义专家讲座第64页1、植物微型繁殖技术是指 （）

A．植物体细胞杂交技术

B．嫁接

C．营养繁殖

D．植物组织培养2、科学工作者把胡萝卜韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，取得了许多完整植株，这些植株特点是 （）

A．彼此性状相同B．变异频率较高

C．单倍体D．都是纯合子课堂演练植物细胞工程讲义专家讲座第65页3．用植物组织培养技术，能够培养或生产（）

A．食品添加剂

B．无病毒植