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1、,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,应用的原理和方法,细胞生物学和分子生物学,细胞整体水平或细胞器水平,按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品,概念,分类,植物细胞工程,研究的目的,研究的水平,动物细胞工程,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:,植物细胞工程的理论基础是什么？通常采用的技术手
2、段有哪些？,一 、植物细胞工程,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,2、理论基础：,细胞的全能性,1、植物组织培养的概念,在无菌和人工控制的条件下,将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工控制的培养基上，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。,(一)、植物组织培养,一、技术手段,细胞的全能性,1)、概念,1）受精卵,生殖细胞,体细胞,：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，叫做细胞的全能性。,2)、原因,3)、全能性的比较,：从理论上讲，每个细胞都包含该物种的全部遗传物质（全部基因），
3、所以每个活细胞都应具有全能性 。,2）植物细胞全能性一般比动物细胞,强,在一个生物体内，细胞没有表现出 全能性，原因是（ ） 细胞失去了全能性 细胞中的基因部分丢失 细胞中的基因选择性表达 细胞中的基因变异不同,C,离体 , 活细胞，一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。,全能性表现的条件？,离体的植物器官、组织、细胞,脱分化,愈伤组织,再分化,根 芽,植物体,3 植物组织培养的基本过程,愈伤组织,愈伤组织是通过细胞分裂形成的，其细胞排列疏松而无规则，高度液泡化呈无定形状态的薄壁细胞。,4 影响植物组织培养
4、的因素,材料的选择、营养成分、激素、一定的外界因素（温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等）。,外植体选择,脱分化难易程度因植物种类，器官来源和生长状况不同有很大差异，一般烟草，胡萝卜，植物花和幼嫩组织脱分化较易,以下培养基出现的现象说明什么问题？,激素配比对组织培养的影响,在培养基中需要添加生长素和细胞分裂素等植物激素，其浓度、使用的先后顺序、用量的比例等都影响结果。 高 利于根分化、抑制芽的形成 生长素/细胞分裂素 低 利于芽的形成,适中 利于愈伤组织的形成,1、定义：,将两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的过程。,2、优势：（与有性杂交方法比较
5、）,克服了远缘杂交不亲和的障碍，拓展了可用于杂交的亲本组合范围。,( 二)植物体细胞杂交,植株,3、过程,利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合,失败,甘蓝,白菜,白菜甘蓝,4.成果及未解决问题,.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，所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。,融合体,杂种细胞,去壁的常用方法：,酶解法（纤维素酶、果
6、胶酶等）,原生质体融合方法：,植物体细胞杂交过程示意图,细胞融合的基础：,细胞膜的流动性,B不同植物的原生质体的融合 C完整的两个体细胞的融合 D植物花粉细胞的两两融合,A,B,1、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,2、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指 ( ) A不同植物的精子和卵细胞的融合,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
7、全能性,染色体变异、基因重组,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。,提示：根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂交的。具体的实验方案可以设计如下：,1.微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）,(一)植物繁殖的新途径,(1)概念： 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术. (2)特点: A、保持优良品种的遗传特性; B、高效快速地实现种苗的大量繁殖. (3)优点： 从植物体上取材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理。 例：用一个兰花茎尖就可以在一年内
8、生产 400万株兰花苗.,二 应用,兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。 兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的 常规繁殖中，遇到的 难题是：用分根法繁 殖速度缓慢，不利于 新品种的推广;用种子 繁殖又很困难，因为 兰花的种子十分微小， 胚很纤弱，种子几乎 没有储藏营养物质， 在发芽过程中很容易夭折。,植物细胞工程的基本技术,试管苗大规模培养,2.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,进行组织培养,获得脱毒苗,5.)成就:,3.神奇的人工种子
9、,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,人工种子,胚状体,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,胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮,(3）人工种皮中的有效成分 适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、 抗生素、有益菌、植物生长调节剂等,(4)技术：植物组织培养,（2）人工种子组成,讨论,培植周期短 后代无性状分离 不受气候,季节和地域限制 可以很方便地贮藏和运输,(5)优点：,1.单倍体育种,(二 )作物新品种的培育,由配子不经过受精作用而直接发育成,且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.)举例： 3.)单倍体育种的优点：,蜜蜂中的雄蜂 通过花药或花粉来获得单倍体植物,明显缩短育种年限 得到的植株都是纯合体,2.突变体的利用,(二) 作物新品种的培育,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：,蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等,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：,
