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1、专题细胞工程 ,细胞工程,指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，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,前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术, 后者是分子水平上的生物技术,克隆多莉羊技术是 水平上的技术，培育抗虫棉是 水平上的技术。,细胞工程与基因工程相比：,细胞,分子,思考:,利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花,如何把某种植物的一块组织通过培养得到一株完整植株?,2.1植物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术,植物组织培养,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，培
2、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。,植物的组织培养,探究：,1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养成完整植物体？,植物细胞具有全能性。,2、什么是细胞的全能性？,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，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点 。,在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果。,生物的每一个细胞都有本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。,4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？,3、已分化的细胞为什么具有发育成完整个体的潜能？,6.细胞表现全能性的
3、条件有哪些？,离体、营养物质、激素及其它适宜条件。,5、大小：,受精卵,生殖细胞,体细胞,2）,植物细胞动物细胞,3）,1） 受精卵的全能性最高,4）分化程度低的细胞分化程度 高的细胞,(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？,防止杂菌污染，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的物质，导致培养物迅速死亡。,讨论,(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取 含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（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？,胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能
4、培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。,(3)请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。,模型构建,植物材料 （消毒）,愈伤组织,再分化,诱导,试管苗,移栽到大田,培养成正常植株,1、有关全能性的表述中，不正确的是 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高生物体内细胞由于分化全能性不能表达卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能性很高在一定条件下,植物细胞离体培养能表现出全能性,趁热打铁：,强调几个概念：,（1）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。,（2）植
5、物细胞的脱分化：是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。,（3）脱分化的实质和结果分别是什么？,实质:恢复细胞的全能性过程 结果:形成愈伤组织,（4）植物细胞的再分化：,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。,植物组织培养的培养基,无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量元素 有机营养成分 含N物质：包括维生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖 琼脂：起支持作用 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PH值：5.06.0,脱分化,再分化,一、植物组织培养的过程,（离体的,已分化组织或细胞）,（未分化）,（分化）,幼芽或幼根？,条件？
6、,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,适宜温度、光照、 pH和无菌环境。 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,分化程度低去分化较易,理论基础：,细胞的全能性,反馈练习,1.下列属于组织培养的是： 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.未受精的卵发育成雄蜂,A,2.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，下列哪一项条件是不需要的（ ） A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素,C,3
7、.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（ ） A.具有完整细胞核的细胞 B.离体状态 C.导入外源基因 D.一定的营养物质和激素,C,4、若用“ ”表示植物组织培养的过程。请回答：（1） 表示 ，能被培养成为的根本原因是（2） 表示,脱分化,再分化,离体的植物器官、组织或细胞,植物细胞具有全能性,愈伤组织,番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯块茎生长在土壤中。 人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？,一个梦想?,因为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
8、一点的。,于是，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。,二、植物体细胞杂交技术,这幅番茄马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？,理想图,1972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。,背景资料,1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“马铃薯番茄”。,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、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。,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。,
9、1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？ 2有没有一种温和的去壁方法呢？ 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了融合，下一步该做何处理？ 5如何将杂种细胞培育成杂种植株？,请思考：,利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合,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,1、过程,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,二、植物体细胞杂交技术,去壁,去壁,纤维
10、素酶果胶酶,原生质体,植物细胞,原生质体融合,离心、振动、电刺激、 聚乙二醇,再生细胞壁,杂种细胞,去分化,愈伤组织,杂种植株,激素,筛选,等量,激素,再分化,植物体细胞杂交过程示意图,2、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。,3、意义,在克服不同种生物远缘杂交的障碍上，取得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲本组合。,4.未能解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良性状。,1.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
11、、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，所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。,2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，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。,比较,无性繁殖,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,杂交技术应用了组织培养,克服不同种生物远源杂交的障碍,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,染色体变异、基因
12、重组,1、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ）,A、振动 B、电刺激 C、PEG试剂 D、重压,2、植物细胞融合完成的标志的是（ ） 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,A,D,自我评价,生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%50%。,案例一,如何培育出上结大豆、下结花生的新品种？,请你们讨论后设计,案例二,一、植物繁殖的新途径,1.微型繁殖(1)微型繁殖技术: (2)特点:,保持优良品种的遗传特性;
13、高效快速地实现种苗的大量繁殖.,快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.,2.作物脱毒(1)材料: 无病毒的茎尖(2)脱毒苗: 切取茎尖进行组织培养获得,3.人工种子(1)特点:(2)技术:(3)结构:,后代无性状分离 不受气候,季节和地域限制,植物组织培养.,人工种皮、 胚乳、胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.,二、作物新品种的培育,1.单倍体育种(1)方法:(2)优点：,花药的离体培养 秋水仙素诱导,后代都是纯合体，稳定遗传； 明显缩短育种年限,2.突变体的利用(1)产生: 植物组织培养(2)利用: 筛选对人们有利突变体,进而培育新品种,三、细胞产物的工厂化生产,1.种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,
14、香料,生物碱等. 2.技术:植物的组织培养.,培育到什么阶段提取？,怎样拯救红豆杉并且生产大量紫杉醇？,讨论,作业,思考：1、高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。以“我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉”为题，与同学展开讨论，说出植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意义。,可以利用植物组织培养技术来大量生产紫杉醇。现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞，希望利用这种方法来大量生产紫杉醇。国内外许多实验室开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究，红豆杉属的11种植物现都在进行组织培养。ESC Agene
15、tics公司宣布他们用细胞培养法所得紫杉醇的含量是树皮的25倍。国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。,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,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,小结,植物细胞工程的实际应用,1、植物繁殖的新途径,1）微型繁殖 2）作物脱毒 3）神奇的人工种子,2、作物新品种的培育,1）单倍体育种 2）突变体的利用,3、细胞产物的工厂化生产,例1：03江苏 用高度分化的植物细胞、组织 和器官进行组织培养可以形成愈伤组织， 下列叙述错误的是 A.该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的 B.该愈伤组织的细胞没有全能性 C.该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成 D.该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构,典例精析,例2：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_,
