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1、专题2 细胞工程细胞工程细胞工程 是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过通过细胞水平或细胞器水平细胞水平或细胞器水平上的操作上的操作，按照人们的，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。门综合科学技术。细细胞胞工工程程应用的原理和方法应用的原理和方法细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学细胞整体水平或胞整体水平或细胞器水平胞器水平按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质变细胞内的遗传物质或获得细胞产品或获得细胞产品概念概念分类分类植物细胞工程植物细
2、胞工程研究的目的研究的目的研究的水平研究的水平动物细胞工程动物细胞工程19961996年年7 7月月5 5日日, ,世界上第一只体细胞克隆世界上第一只体细胞克隆动物动物-克隆羊克隆羊多利多利诞生于英国诞生于英国. .这样的生物技术属于何种生物工程？这样的生物技术属于何种生物工程？细胞工程细胞工程前者前者是是细胞水平或胞水平或细胞器水平上生物技胞器水平上生物技术, ,后者后者是分子水平上的生物技是分子水平上的生物技术。 。克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 水平上的技术，水平上的技术，培育抗虫棉是培育抗虫棉是 水平上的技术。水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞工程与基因工程相比：细胞细胞分子
3、分子思考思考: :植物细胞工程的理论基础植物细胞工程的理论基础是什么？通常采用的技术手段是什么？通常采用的技术手段有哪些？有哪些？所采用技术所采用技术的理论基础的理论基础 植植物物细细胞胞工工程程通通常常采采用用的的技技 术术 手手 段段 植物组织培养植物组织培养 植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞工程的基本技术和理论基础植物细胞工程的基本技术和理论基础 植植物物细细胞胞工工程程常用的技术是常用的技术是 植物体细胞杂交（植物体细胞杂交（原理：细胞膜原理：细胞膜的流动性、细胞的全能性的流动性、细胞的全能性）植物组织培养（植物组织培养（原理：细胞全原理：细胞全能性
4、能性）2 2、理论基础：、理论基础：细胞的全能性细胞的全能性1 1、植物组织培养的概念、植物组织培养的概念 在在无菌和人工控制无菌和人工控制的条件下的条件下,将将离体离体的植的植物器官、组织、细胞，培养在人工控制的培物器官、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，最终形成愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株完整的植株。( (一一) )、植物组织培养、植物组织培养一、技术手段一、技术手段植物组织培养技术植物组织培养技术 1.1.植物组织培养属于哪种生殖方式？植物组织培养属于哪种生殖方式？2.2.植物组织培养得到的植物
5、体细胞中染色体数植物组织培养得到的植物体细胞中染色体数目？目？3.3.植物组织培养得到的植物，遗传物质来自几植物组织培养得到的植物，遗传物质来自几个亲本？个亲本？4.4.为什么运用植物组织培养技术能把植物离体为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体？器官、组织或细胞培养成完整植物体？5.5.什么是什么是细胞的全能性细胞的全能性？无性繁殖无性繁殖有丝分裂的结果，和亲本染色体数目相同有丝分裂的结果，和亲本染色体数目相同一一植物细胞具有全能性。植物细胞具有全能性。5. 5. 高度分化的植物细胞表现全能性条件：高度分化的植物细胞表现全能性条件：当植物细胞脱离了原来所在植物
6、体的器官或组织而处当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于于离体状态离体状态时时，在在一定的营养物质、激素和其他外界一定的营养物质、激素和其他外界条件（温度、光照、无菌）条件（温度、光照、无菌）的作用下，就可能表现出的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株全能性，发育成完整的植株。前提：离体前提：离体 , 细胞：细胞： 活细胞，活细胞，生存条件：生存条件：适适宜的环境条件宜的环境条件(温度等温度等)无菌、无无菌、无毒的环境毒的环境适宜的培养基适宜的培养基(一定的营养物质和植物激素一定的营养物质和植物激素) 人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培人工条件下实现的这一过程，就是植物
7、组织培养。养。 全能性表现的条件：全能性表现的条件： 在一个生物体内，细胞没有表现出在一个生物体内，细胞没有表现出 全能性，原因是（全能性，原因是（ ） 细胞失去了全能性细胞失去了全能性 细胞中的基因部分丢失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选择性表达 细胞中的基因变异不同细胞中的基因变异不同C切取切取形成层形成层无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成培养室培养室移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化外植体（离外植体（离体的植物器体的植物器官、组织、官、组织、细胞）细胞）脱分化脱分化愈愈伤伤组组织织再分化再分化根根芽芽植植物物体体3植物组织
8、培养的基本过程植物组织培养的基本过程外植体外植体愈伤组织愈伤组织新植株新植株 外植体：外植体：用于离体培养的植物器官、组织或细胞。用于离体培养的植物器官、组织或细胞。 愈伤组织：愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度高度液泡化、具有分生能力、无定形状态液泡化、具有分生能力、无定形状态的薄壁细胞的薄壁细胞组成的组成的排列疏松无规则排列疏松无规则的组织。的组织。外植体选择外植体选择脱分化难易程度因植物种类，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器官来源和生长状况不同有很
9、大差异，一般烟草，胡萝卜，大差异，一般烟草，胡萝卜，植物花和幼嫩组织脱分化较易植物花和幼嫩组织脱分化较易愈伤组织愈伤组织愈伤组织是通过愈伤组织是通过细胞分裂细胞分裂形成的，其细胞排列形成的，其细胞排列疏松而疏松而无规则无规则，高度，高度液泡化液泡化呈呈无定形无定形状态的状态的薄壁薄壁细胞。细胞。无分化，全能性高无分化，全能性高脱分化：由高度分化的植物器官、组织或脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞，经过诱导后，失去其特有的结构细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而产生愈伤组织的过程。（避光）和功能而产生愈伤组织的过程。（避光）再分化：脱分化产生的愈伤组织重新分化再分化：脱分化产生的愈伤
10、组织重新分化成根或芽等器官，进而发育成一棵完整成根或芽等器官，进而发育成一棵完整的植株的过程。（需光）的植株的过程。（需光）4影响植物组织培养的因素影响植物组织培养的因素材料的选择、营养成分、激素、一定的外界材料的选择、营养成分、激素、一定的外界因素（温度、空气、无菌环境、适合的因素（温度、空气、无菌环境、适合的PH、适、适时光照等）。时光照等）。外植体：离体外植体：离体的植物的植物组织、器官、组织、器官、细胞细胞脱分化脱分化适宜的养料（有机）、激素、适宜的养料（有机）、激素、（温度（温度、避光、无菌）、避光、无菌）愈伤组织愈伤组织再分化再分化适宜的养料、激素、适宜的养料、激素、（温度、光照、
11、无菌）（温度、光照、无菌）胚状体胚状体或丛芽或丛芽植物体植物体植物组织培养的大致过程：植物组织培养的大致过程：细胞分裂素细胞分裂素= =生长素：生长素：促进愈伤组织形成和生长促进愈伤组织形成和生长细胞分裂素细胞分裂素生长素：生长素：诱导芽的形成诱导芽的形成细胞分裂素细胞分裂素生长素的：生长素的：诱导根的形成诱导根的形成关键因素：植物激素的浓度、使用的先后顺序、关键因素：植物激素的浓度、使用的先后顺序、用量的比例用量的比例（细胞分裂素、生长素）（细胞分裂素、生长素）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激素配比对组织培养的影响在培养基中需要添加在培养基中需要添加生长素生长素和
12、和细胞分裂素细胞分裂素等植物激素，其等植物激素，其浓度浓度、使用的先后顺序使用的先后顺序、用量的比例用量的比例等都影响结果。等都影响结果。高高利于根分化、抑制芽的形成利于根分化、抑制芽的形成生长素生长素/细胞分裂素细胞分裂素低低利于芽的形成利于芽的形成适中适中利于愈伤组织的形成利于愈伤组织的形成 1、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（）A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果C、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果愈伤组织的形成是离体
13、动物细胞分化的结果D、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果D2 、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，植物组织培养形成的愈伤组织进行培养， 又又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为( ) A、脱分化、脱分化 B、去分化、去分化 C、再分化、再分化 D、脱分化或去分化、脱分化或去分化C丛芽（胚丛芽（胚状体）状体）外植体外植体植物体植物体脱分化脱分化再分化再分化过过程程（分化）（分化）（未分化）（未分化）（分化）（分化）幼芽或幼根？幼芽或幼根？条件？条件？优点？优点？特点？特点？繁殖速度快繁殖速度快不受季节限制不受
14、季节限制幼苗无毒幼苗无毒保持优良性状保持优良性状适宜温度、无光适宜温度、无光照、照、pH和无菌环和无菌环境。境。无机、有机成分无机、有机成分和植物激素（和植物激素（生长生长素，细胞分裂素和素，细胞分裂素和赤霉素赤霉素）无定形状态无定形状态薄壁细胞薄壁细胞高度液泡化高度液泡化排列疏松、无规则排列疏松、无规则分裂旺盛，全能性分裂旺盛，全能性高高分化程度低分化程度低去分化较易去分化较易离体的植物离体的植物器官、组织器官、组织或细胞或细胞愈伤组织愈伤组织植物组织培养技术的流程简图植物组织培养技术的流程简图1.微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）(一)植物繁殖的新途径 (1)
15、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，遇到的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于殖速度缓慢，不利于新品种的推广新品种的推广; ;用种子用种子繁殖又很困难，因为繁殖又很困难，因为兰花的种子十分
16、微小，兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。在发芽过程中很容易夭折。植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术试管苗大规模培养2.作物脱毒作物脱毒1.)作物脱毒的原因作物脱毒的原因:2.)作物脱毒的材料作物脱毒的材料:3.)作物脱毒的方法作物脱毒的方法:4.)作物脱毒的结果作物脱毒的结果: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.)成就成就:3.神奇的人工种子神奇的人工种子天然种子的局限天然种子的局限 1 1）培育周期长）培育周期长 2 2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性良特性 3 3）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且）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需要占用大量的土地实现制种人工种子人工种子胚状体通过植物组织培养得到的通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和胚状体、不定芽、顶芽和腋芽腋芽等为材料，经过等为材料，经过人工薄膜人工薄膜包装得到的种
