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1、专题2 细胞工程.细胞工程胞工程 是指是指应用用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，胞生物学和分子生物学的原理和方法，通通过细胞水平或胞水平或细胞器水平胞器水平上的操作上的操作，按照人，按照人们的的意愿来改意愿来改变细胞内的胞内的遗传物物质或或获得得细胞胞产品的一品的一门综合科学技合科学技术。.细胞胞工工程程应用的原理和方法用的原理和方法细胞生物学和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按照人们的意愿来改的意愿来改变细胞内的胞内的遗传物物质或或获得得细胞胞产品品概念概念分分类植物植物细胞工程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物细胞工程胞
2、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。克隆多莉羊技克隆多莉羊技术是是 水平上的技水平上的技术，培育抗虫棉是培育抗虫棉是 水平上的技水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：胞工程与基因工程相比：细胞胞分子分子思考思考: :.植物植物细胞工程的理胞工程的理论基基础是什么？通常采用的技是什么？通常采用的技术手段手段有哪些？有哪些？.所采用技所采用技术的理的理论基基础 植植物物细胞胞工工程程通通常常采采用用的的技技术手手 段段 植物植物组织培养培养 植物体植物体细胞胞杂交交植物植物细胞的全能性胞的全能性.2 2、
3、理、理论基基础：细胞的全能性胞的全能性1 1、植物、植物组织培养的概念培养的概念 在无菌和人工控制的条件下在无菌和人工控制的条件下,将离体的植将离体的植物器官、物器官、组织、细胞，培养在人工控制的培胞，培养在人工控制的培养基上，养基上，给予适宜的培养条件，予适宜的培养条件，诱导其其产生生愈愈伤组织、丛芽，最芽，最终形成完整的植株。形成完整的植株。( (一一) )、植物、植物组织培养培养一、技一、技术手段手段.细胞的全能性胞的全能性1)、概念、概念1）受精卵）受精卵生殖生殖细胞胞体体细胞胞：生物体的生物体的细胞具有使后代胞具有使后代细胞形成胞形成完整个体的潜能的特性，叫做完整个体的潜能的特性，叫
4、做细胞的胞的全能性。全能性。2)、原因、原因3)、全能性的比、全能性的比较：从理从理论上上讲，每个，每个细胞都包含胞都包含该物物种的全部种的全部遗传物物质（全部基因），所（全部基因），所以每个活以每个活细胞都胞都应具有全能性具有全能性 。2）植物）植物细胞全能性一般比胞全能性一般比动物物细胞胞强. 在一个生物体内，在一个生物体内，细细胞没有表胞没有表现现出出 全能性，原因是（全能性，原因是（ ） 细细胞失去了全能性胞失去了全能性细细胞中的基因部分胞中的基因部分丢丢失失 细细胞中的基因胞中的基因选择选择性表达性表达细细胞中的基因胞中的基因变变异不同异不同C.离体离体 , 活活细胞，一定的胞，一定
5、的营养物养物质、激素和、激素和其他外界条件其他外界条件的作用下，就可能表的作用下，就可能表现出全能性，出全能性，发育成完整的植株。人工条件下育成完整的植株。人工条件下实现的的这一一过程，就是植物程，就是植物组织培养。培养。 全能性表全能性表现的条件？的条件？.离体的植物离体的植物器官、器官、组织、细胞胞脱分化脱分化愈愈伤组织再分化再分化根根芽芽植植物物体体3 植物植物组织培养的基本培养的基本过程程.愈愈伤组织愈愈伤组织是通是通过细胞分裂胞分裂形成的，其形成的，其细胞排列胞排列疏松而疏松而无无规则，高度，高度液泡化液泡化呈呈无定形无定形状状态的的薄壁薄壁细胞。胞。.4 影响植物影响植物组织培养的
6、因素培养的因素 材料的材料的选择、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）。.外植体外植体选择选择脱分化脱分化难易程度因植物种易程度因植物种类，器官来源和生器官来源和生长状况不同有很状况不同有很大差异，一般烟草，胡大差异，一般烟草，胡萝卜，卜，植物花和幼嫩植物花和幼嫩组织脱分化脱分化较易易.以下培养基出现的现象说明什么问题？.激素配比激素配比对组织对组织培养的影响培养的影响在培养基中需要添加在培养基中需要添加生生长素素和和细胞分裂素胞分裂素等植物激素，其等植物激素，其浓度度、使用的先后使用的先后顺序序、用量的比例用量的比例等都影响等都影响结果。果。 高高
7、利于根分化、抑制芽的形成利于根分化、抑制芽的形成生生长素素/细胞分裂素胞分裂素 低低 利于芽的形成利于芽的形成适中适中 利于愈利于愈伤组织的形成的形成 .1 1、定、定义义： 将两个来自不同植物的体将两个来自不同植物的体细细胞融合成一个胞融合成一个杂杂种种细细胞，且把胞，且把杂杂种种细细胞培育成新的植物体的胞培育成新的植物体的过过程。程。 2 2、优势优势：（与有性与有性杂杂交方法比交方法比较较） 克服了克服了远缘杂远缘杂交不交不亲亲和的障碍，拓展了可和的障碍，拓展了可用于用于杂杂交的交的亲亲本本组组合范合范围围。( 二二)植物体植物体细细胞胞杂杂交交.植物细胞A植物细胞B原生质体A原生质体B
8、杂交细胞细胞融合再生细胞壁愈伤组织去除细胞壁：纤维素酶、果胶酶。人工诱导方法：物理法：离心、振动、电激；化学法：聚乙二醇。植株3 3、过过程程.利用利用电电激法将野生激法将野生马铃马铃薯与栽培薯与栽培马铃马铃薯薯进进行行细细胞融合胞融合.失败甘蓝白菜白菜甘蓝4.成果及未解决问题. .为为什么什么“番茄番茄马铃马铃薯薯”超超级杂级杂种植株没有如种植株没有如科学家所想像的那科学家所想像的那样样，地上，地上长长番茄、地下番茄、地下结马结马铃铃薯？薯？ 主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们们之之间间是相互是相互调调控、相互影响的，控、相互影响的，马铃马铃薯
9、薯番茄番茄杂杂交植株的交植株的细细胞中胞中虽虽然具然具备备两个物种的两个物种的遗传遗传物物质质，但，但这这些些遗传遗传物物质质的表达受到相互干的表达受到相互干扰扰，不能再像，不能再像马铃马铃薯或番茄植株中的薯或番茄植株中的遗传遗传物物质质一一样样有序表达，有序表达，所以所以杂杂交植株不能地上交植株不能地上长长番茄、地下番茄、地下结马铃结马铃薯。薯。.植物植物A A细细胞胞植物植物B B细细胞胞去壁去壁原生原生质质体体A A原生原生质质体体B B原生原生质质体融合体融合融合体融合体再再生生壁壁杂杂种种细细胞胞细细胞分裂胞分裂愈愈伤组织伤组织杂杂种植株种植株去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶酶解法
10、（解法（纤维纤维素素酶酶、果胶、果胶酶酶等）等） 原生原生质质体融合方法体融合方法：物理法：离心、振物理法：离心、振动动、电电刺激等刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG） 植物体植物体细细胞胞杂杂交交过过程示意程示意图图细细胞融合的基胞融合的基础础： 细细胞膜的流胞膜的流动动性性. 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AB1、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 .比比
11、比比较较较较无性繁殖无性繁殖细细胞全能性胞全能性脱分化脱分化再分化再分化保持保持优优良性状良性状繁殖速度快、大繁殖速度快、大规规模生模生产产提高提高经济经济效益效益杂杂交技交技术应术应用了用了组织组织培养培养克服不同种生物克服不同种生物远远源源杂杂交交的障碍的障碍去除去除细细胞壁胞壁融合形成融合形成杂杂种种细细胞胞组织组织培养培养膜流膜流动动性性细细胞全能性胞全能性染色体染色体变变异、基因重异、基因重组组.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
12、，提示：根据眼虫的特点，动动物物细细胞和植物胞和植物细细胞之胞之间间在理在理论论上是可以上是可以实现杂实现杂交的。具体的交的。具体的实验实验方案可以方案可以设计设计如下：如下：. 1.微型繁殖技微型繁殖技术术（也称快速繁殖技（也称快速繁殖技术术）(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生产 400万株兰花苗.二 应用. 兰兰花因高雅美花因高雅美丽丽而深受人而深受人们们喜喜爱爱。
13、兰兰花常用分根法和种子花常用分根法和种子进进行繁殖。在行繁殖。在兰兰花的花的常常规规繁殖中，遇到的繁殖中，遇到的难题难题是：用分根法繁是：用分根法繁殖速度殖速度缓缓慢，不利于慢，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繁殖又很困难难，因，因为为兰兰花的种子十分微小，花的种子十分微小，胚很胚很纤纤弱，种子几乎弱，种子几乎没有没有储储藏藏营营养物养物质质，在在发发芽芽过过程中很容易夭折。程中很容易夭折。.植物植物细细胞工程的基本技胞工程的基本技术术.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
14、作物脱毒的方法:4.)作物脱毒的作物脱毒的结结果果: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）培育周期长长 2 2）优优良良杂杂种的后代会种的后代会发发生性状分离而生性状分离而丧丧失其失其优优良特性良特性 3 3）生）生产产会受到季会受到季节节、气候和地域的限制，并且、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地需要占用大量的土地实现实现制种制种.人工种子人工种子 胚状体.通通过过植物植物组织组织培养得到的培养得到的胚状体、不定芽、
15、胚状体、不定芽、顶顶芽和芽和腋芽腋芽等等为为材料，材料，经过经过人工薄膜人工薄膜包装得到的种子。包装得到的种子。（1 1 1 1）人工种子概念）人工种子概念）人工种子概念）人工种子概念胚状体（或不定芽、胚状体（或不定芽、顶顶芽和腋芽）芽和腋芽）+ +人工种皮人工种皮 (3(3(3(3）人工种皮中的有效成分）人工种皮中的有效成分）人工种皮中的有效成分）人工种皮中的有效成分适量的养分、无机适量的养分、无机适量的养分、无机适量的养分、无机盐盐盐盐、有机碳源以及、有机碳源以及、有机碳源以及、有机碳源以及农药农药农药农药、抗生素、有益菌、植物生抗生素、有益菌、植物生抗生素、有益菌、植物生抗生素、有益菌、
16、植物生长调节剂长调节剂长调节剂长调节剂等等等等(4)(4)(4)(4)技技技技术术术术：植物：植物：植物：植物组织组织组织组织培养培养培养培养（2 2 2 2）人工种子）人工种子）人工种子）人工种子组组组组成成成成.讨论讨论培植周期短 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)(5)优优点点：. 1.单倍体育种倍体育种(二 )作物新品种的培育 由由配子配子不不经过经过受精作用而受精作用而直接直接发发育育成成, ,且体且体细细胞中含有本物种配子染色体数目的个体胞中含有本物种配子染色体数目的个体. .1.)单单倍体定倍体定义义：2.)举举例：例：3.)单单倍体倍体育种的育种的优点：点： 蜜蜂中的雄蜂蜜蜂中的雄蜂 通通过过花花药药或花粉来或花粉来获获得得单单倍体植物倍体植物 明明显缩显缩短育种年限短育种年限得到的得到的植株植株都是都是纯纯合体合体. 2.突突变体的利用体的利用(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.)产产生：生：筛选对人们有利突变体,进而培育新品种2.)利用：利用：.蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等1.细细胞胞产产物种物种类类： (三三) 细细胞胞产产物的工厂化生物的工厂化生产产植物的组织培养2.技技术术：3.成就：成就：.
