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1、,专题2 细胞工程,细胞工程的概念,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，按照人们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。,细胞工程分类,植物细胞工程,动物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术和理论基础,植物细胞工程的理论基础：,2.1植物细胞工程,植物细胞的全能性,1、定义：,生物体的细胞具有形成完整个体的潜能的特性。,2、原理：,具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都有发育成完整生物体的潜能，即每个生物细胞，都具有全能性的特点。,3、差异：,（1）受精卵的全能性最高,4、潜在全能性的原因：,基因的选择性表达,（2）受精卵
2、分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。,一、细胞的全能性,分化程度低细胞分化程度高细胞,植物组织培养技术,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。,植物组织培养的过程,离体的植物器官、组织或细胞,脱分化（又叫去分化，由高度分化的植物器官、组织或细胞，失去特有结构和功能转变成未分化细胞的过程。),愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的有分生能力的薄壁细胞）,根或芽等器官,植物体,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,芽、根,植物体,植物组织培养的过程,切取,接种,
3、愈伤组织的形成,试管苗的形成,培养室,移栽,此操作过程使用的固体培养基含有哪些成分？,教材P36页小知识,注意事项：组织消毒，器械灭菌，环境无菌,具有分裂能力的器官、组织、细胞,愈伤组织,根、芽 (胚状体) (试管苗),植物体,离体的植物器官、组织或细胞 (高度分化),脱分化,营养物质 激素 其他外界条件,光照、 营养物质、激素等,移栽,植物组织培养,表现出全能性,水,无机盐,小分子有机物(蔗糖)等,细胞分裂素和生长素,无菌、温度、氧气、适宜的PH值、无需光照。,还需要有机营养吗？为什么？,再分化,植物组织培养需要用植物激素诱导，最重要的是细胞分裂素和生长素，这两种激素的作用是不同的,激素杠杆
4、（协同作用）,内源激素,外源激素,生长素,细胞分裂素,脱分化、根原基,生长素,细胞分裂素,再分化、芽原基,相关问题,（1）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？ （2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？ （3）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？ （4）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何种处理？ （5）如何将杂种细胞培育成杂种植株？,植物体细胞杂交的概念,将不同种植物的体细胞，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。,（不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一
5、点的）,思考：传统有性杂交能否做到？,杂种植株,融合的原生质体AB,再生出细胞壁,脱分化,愈伤组织,再分化,植物细胞的融合,植物组织培养,植物细胞A,原生质体B,原生质体A,杂种细胞AB,去 壁,去 壁,人 工 诱 导,方法？,促进融合的方法？,融合完成的 标志,植物细胞B,植物体细胞杂交过程,纤维素酶、果胶酶等,物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇等试剂,细胞融合仪,细胞融合,酶解法 去壁,4N,2n,2n,4N,PEG,4N+2n,4N+2n (异源六倍体）,酶解法 去壁,脱分化,再分化,再生壁,理想番茄马铃薯,问题,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
6、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，所以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，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。,异想天开,概念：,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。,优势：（与有性杂交方法比较）,（1）克服植物远缘杂交不亲和性 （2）打破物种间的生殖隔离 （3) 扩展了遗传重组的范围。,主要：原生质体融合,目的,原理：,植物体细胞杂交技术（重点 理解）：,细胞膜的流动
7、性和细胞全能性,番茄-马铃薯 烟草海岛烟草 白菜甘蓝 胡萝卜羊角芹,生长期短，耐热性强，易于储存,比较,无性繁殖，有丝分裂， 产生低频基因突变,细胞全能性,脱分化 再分化,保持优良性状 繁殖速度快、 大规模生产 提高经济效益,植物体细胞杂交应用了组织培养,克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍,去除细胞壁 融合形成杂种细胞 组织培养,膜流动性、细胞全能性,主要是染色体变异和基因重组， 也可产生基因突变,植物细胞工程的实际应用,繁殖植物的新途径 微型繁殖 作物脱毒 人工种子 育种新方法 单倍体育种 诱导突变体 细胞产物的工厂化生产,（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）,一 植物繁殖的新途,1.概念
8、:,快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,2.优点:,3.成就:,1）保持优良品种的遗传特性 2）高效快速地实现种苗的大量繁殖,（二）作物脱毒,1.作物脱毒的原因: 2.作物脱毒的材料: 3.作物脱毒的方法: 4.作物脱毒的结果:,长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病 毒，导致产量降低，品质变差,分生区（如茎尖）的细胞,进行植物组织培养,获得脱毒苗,5.成就:,（三）神奇的人工种子,1.天然种子的局限,1）培育周期长 2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性 3）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地实现制种,（三）神奇的人工种子,2.人工种子,胚状体,（三）神奇的人
9、工种子,通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、 顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装 得到的种子。,（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,（三）神奇的人工种子,诱导植物愈伤组织 体细胞胚的诱导 体细胞胚的成熟 体细胞胚的机械化包裹 贮藏或种植,思考,设计人工种子制备技术的主要流程图,（一）单倍体育种,二 作物新品种的培育,体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体,1.单倍体定义： 2.单倍体形成： 3.单倍体植株的特点：,由配子不经过受精作用而直接发育成的个 体。例：蜜蜂中的雄蜂,长得弱小，而且高度不育,4.回顾单倍体育种的一般过程并设计出一种通过 植
10、物花药组织培养生成正常植株的实验流程。,花粉细胞培养,脱分化,愈伤 组织,分化出 小植物,再分化,移栽,单倍体育种的原理:,染色体（数目）变异,技术：组织培养获得单倍体；秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍,单倍体育种的优点：,后代都是纯合子，明显缩短育种年限,（二）突变体的利用,植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处 于不断的分生状态，易受到培养条件和外界 压力的影响而产生突变,1.产生：,筛选对人们有利突变体,进而培育新品种,2.利用：,1.细胞产物种类：,三 .细胞产物的工厂化生产,植物的组织培养,2.技术：,3.成就：,蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱,包括食品添加剂等,细胞产物
11、的工厂化生产,红豆杉与紫杉醇,人参皂甙（dai）的生产,例：右图为植物体细胞杂交过程 示意图。据图回答：,1）步骤是_ _ 最常用的方法是_. 2）步骤一般常用的化学试剂是 _目的是_. 3）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_ ，其中步骤相 当于_，步骤相当于_,去掉细胞壁分离出有 活力的原生质体,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,4）植物体细胞杂交的目的是获得 新的杂种植株。使_ 能够在新的植物体上有所表现， 其根本原因: 5）从理论上讲，杂种植株的育性 _。若运用传统有性杂交方法 能否实现？_。并说明理由： 因此，这项研
12、究对于培养作物新品 种方面的重大意义在于： .,两个亲本的遗传性状,杂种植株获得了双亲的遗传物质,可育,不能,因为不同种生物之间存在生殖隔离,克服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范围,1、植物的微型繁殖技术是指 （ ） 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的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是 （ ） A彼此性状相似 B变异频率较高 C单倍体 D都是纯合子,课堂演练,3用植物组织培养技术，可以培养或生产（ ） A食品添加剂 B无病毒植物 C. 人工种子 D前三项都是 4下列四个选
13、项中没有采取植物组织培养技术的是 （ ） A花药离体培养得到单倍体植株 B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株 C人工种子的培育 D“番茄马铃薯”杂种植株的培育过程,5、马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（ ） A选择优良品种进行杂交 B进行远缘植物体细胞杂交 C利有芽尖进行组织培养 D人工诱导基因突变 6.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（ ） A
14、.有丝分裂 B.分化 C.减数分裂 D.全能性,7.基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：,（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规 则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基 中获得_ 等营养物质。 （2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_ _和_两类激素。,水、无机盐、维生素和小分子有机物,细胞分裂素,生长素,（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是_（细胞器）能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。 （4）试管苗的细胞核中含_条脱氧核糖核苷酸链。 （5）培育成的试管苗可能出现的基因型有_。,叶绿体,24,AB、aB、Ab、ab,
