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1、专题专题2 2 细胞工程细胞工程应用的原理和方法应用的原理和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的细胞生物学以及分子生物学细胞生物学以及分子生物学细胞水平或者细胞器水平细胞水平或者细胞器水平按照人们的意愿按照人们的意愿来改变细来改变细胞内的遗传物质或获得细胞内的遗传物质或获得细胞产品胞产品概念：概念：细胞工程细胞工程指的指的是应用是应用细胞生物学以及分细胞生物学以及分子生物学子生物学的原理和方法，通过某种工程的原理和方法，通过某种工程学的手段，在学的手段，在细胞整体水平或者细胞器细胞整体水平或者细胞器水平水平上，上，按照人们的意愿从而按照人们的意愿从而改变细胞改变细胞内的遗传物质或者获得
2、细胞产品的一门内的遗传物质或者获得细胞产品的一门综合科学技术。综合科学技术。前者指的前者指的是是细胞细胞水平或水平或细胞器细胞器水平上生物技术水平上生物技术, ,后者后者指的指的是是分子分子水平上的生物技术。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（细胞器）细胞（细胞器）分子分子思考思考: :按照研究对象分按照研究对象分 细胞与组织培养细胞与组织培养 细胞融合细胞融合 细胞核移植细胞核移植 等等细胞工程的分类细胞工程的分类 植物细胞工程植物细胞工程动
3、物细胞工程动物细胞工程按照操作技术分按照操作技术分 2.1植物细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术植物组织培养技术、植物体细胞杂交 技术12345再分化再分化(愈伤组织愈伤组织)6脱分化脱分化细胞全能性细胞全能性1、原理：细胞的全能性、原理：细胞的全能性（1 1）概念概念: : 已已高度分化的细胞高度分化的细胞仍具有发育成仍具有发育成完整个完整个体体的潜能。的潜能。 （2 2）原因：）原因： 具有某种生物具有某种生物全部遗传信息全部遗传信息的任何一的任何一个细胞，都具有生长分化成为一个个细胞，都具有生长分化成为一个完完整生物体的潜能整生物体的潜能。 植物细胞全能性是细
4、胞分化的理论基础和植植物细胞全能性是细胞分化的理论基础和植物组织培养技术的理论依据。物组织培养技术的理论依据。一、植物组织培养一、植物组织培养（3 3） 全能性高低：全能性高低： 受精卵受精卵胚胎干细胞胚胎干细胞生殖细胞（卵细胞精子）生殖细胞（卵细胞精子） 体细胞体细胞植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞分化程度低的细胞分化程度低的细胞分化程度高的细胞分化程度高的细胞 具有持续分裂能力的细胞具有持续分裂能力的细胞不分裂的细胞不分裂的细胞受精卵全能性最高受精卵全能性最高（4）全能性表达的条件：全能性表达的条件：离体、无菌、一定的营养物质、激素和其他外界条件离体、无菌、一定的营养物质、激素和其他外界条
5、件练一练练一练下列有关下列有关细细胞全能性的含胞全能性的含义义，正确的，正确的（ ）A.每个生物体内的所有每个生物体内的所有细细胞都具有相同的功能胞都具有相同的功能 B.生物体生物体内的任何一个内的任何一个细细胞可以完成胞可以完成该该个体的个体的全部功能全部功能 C.生物体的每一个活生物体的每一个活细细胞都具有胞都具有发发育成完整个育成完整个体的潜能体的潜能D.生物体的每个生物体的每个细胞细胞都经过产生、分裂、分化、都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程生长、衰老、死亡的全过程 C离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织胚状体胚状体（幼根和芽）（幼根和芽）
6、植物体植物体外植体外植体脱分化脱分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素再分化再分化植物组织培养条件植物组织培养条件： 含有全部营养成分的培养含有全部营养成分的培养基、无菌环境、适宜的基、无菌环境、适宜的PHPH、激素、适时光照等。激素、适时光照等。2、过程、过程遮光遮光光照光照一、植物组织培养一、植物组织培养强调几个关键点强调几个关键点结构特点：结构特点：高度液泡化，无定形状态高度液泡化，无定形状态薄壁细胞、排列疏松薄壁细胞、排列疏松。功能功能特点：特点： 分化程度低，分裂能力强，全能性高分化程度低，分裂能力强，全能性高（2）愈伤组织：）愈伤组织：一些分化的细胞，经过植物
7、激素诱导一些分化的细胞，经过植物激素诱导可以脱分化为具有分生能力的薄壁细胞组织。可以脱分化为具有分生能力的薄壁细胞组织。（1）外植体外植体：在植物组织培养过程中，从植物体上被：在植物组织培养过程中，从植物体上被分离下来的，接种在培养基上供培养用的原生质体、分离下来的，接种在培养基上供培养用的原生质体、细胞、组织、器官等细胞、组织、器官等. 让已经让已经高度分化的细胞高度分化的细胞诱导后，诱导后，失去失去其特有的结构和功能其特有的结构和功能而转变成未分化细胞而转变成未分化细胞的过程。的过程。 脱分化产生的脱分化产生的愈伤组织愈伤组织在培养过程中重新在培养过程中重新分化成根或芽等器官，进一步形成分
8、化成根或芽等器官，进一步形成完整植株完整植株的过程。的过程。（3）脱分化）脱分化：（4）再分化）再分化：生长素生长素=细胞分裂素细胞分裂素促进促进愈伤组织愈伤组织形成形成生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素诱导诱导根根的形成的形成生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素诱导诱导芽芽的形成的形成促进根的分化促进根的分化促进芽的分化促进芽的分化（5）激素的作用激素的作用 植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌无菌和和人工控人工控制制条件下，将条件下，将离体离体的植物器官、组织、的植物器官、组织、细胞，培养在细胞，培养在人工配制的培养基上人工配制的培养基上，给，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组予适宜的培养
9、条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成织、丛芽，最终形成完整的植株完整的植株。3 3、概念、概念（1）取材与消毒）取材与消毒（2）外植体外植体接种到接种到诱导培养基诱导培养基上上脱分化脱分化（3）愈伤组织愈伤组织转移到转移到分化培养基分化培养基上上（4）分化出）分化出丛芽丛芽、生根（幼苗）、生根（幼苗）再分化再分化（5）移栽到大田，培养成植株）移栽到大田，培养成植株4、实验：、实验： 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讨论：讨论：（1）在实验中，）在实验中，“消毒消毒”是如何进行的？是如何进行的？为什么要灭菌和无菌操作？为什么要灭菌和无菌操作？（2）“接种接种”和和“转接转
10、接”过程培养基有什么不同过程培养基有什么不同作用？固体培养基的基本成分是什么？作用？固体培养基的基本成分是什么？酒精、次氯酸钠酒精、次氯酸钠易污染。一旦污染不但会与培养物争夺营养，且杂菌在易污染。一旦污染不但会与培养物争夺营养，且杂菌在生长时会生成大量有害的物质而导致培养物大量死亡生长时会生成大量有害的物质而导致培养物大量死亡细胞分裂素细胞分裂素/生长素生长素 比值不同比值不同比值小诱导生根和愈伤组织的形成比值小诱导生根和愈伤组织的形成比值大是诱导根芽增殖比值大是诱导根芽增殖 分化，分化，固体基本培养基成分：固体基本培养基成分： 无机营养成分无机营养成分：无机盐离子无机盐离子 有机营养成分：有
11、机营养成分：碳源、氨基酸、维生素、等碳源、氨基酸、维生素、等 生长调节剂：生长调节剂：植物激素（植物激素（细胞分裂素、生长素、赤霉素细胞分裂素、生长素、赤霉素） 琼脂（起支撑作用）琼脂（起支撑作用）（3）在上述实验过程中，）在上述实验过程中，“培养培养”的外界条件的外界条件是什么？为什么要避光？是什么？为什么要避光？培养基条件：培养基条件：PH、温度、光照等、温度、光照等在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。（但再分化时需要光，光能使细胞
12、内形成叶绿体、织。（但再分化时需要光，光能使细胞内形成叶绿体、织。（但再分化时需要光，光能使细胞内形成叶绿体、织。（但再分化时需要光，光能使细胞内形成叶绿体、叶绿素，进行光合作用）叶绿素，进行光合作用）叶绿素，进行光合作用）叶绿素，进行光合作用）练一练练一练下列不能作为植物组织培养的材料是：下列不能作为植物组织培养的材料是：A、秋海棠的叶、秋海棠的叶 B、马铃薯的块茎、马铃薯的块茎C、成熟的花粉、成熟的花粉 D、木质部中的、木质部中的导管导管细胞细胞D二、植物体细胞杂交技术：二、植物体细胞杂交技术：因为不同种生物之间存在因为不同种生物之间存在着着生殖隔离生殖隔离，所以用传统，所以用传统的有性杂
13、交方法是不可能的有性杂交方法是不可能做到这一点的。做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行细胞进行杂交杂交，来实现这一美妙的设想。，来实现这一美妙的设想。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？“Potamato”植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术1 1、过程：、过程：杂杂种种植植株株融合融合的原的原生质生质体体ABAB再生出细胞壁脱分化愈愈伤伤组组织织再分化植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养植物细胞植物细胞A A原生质体原生质体B B原生质体原生质体A A杂杂种种细细胞胞AB去去去去 壁壁壁壁去去去去 壁
14、壁壁壁人人工工诱诱导导方法？方法？促进融促进融合的方合的方法？法？融融融融合合合合完完完完成成成成的的的的标标标标志志志志植物细胞植物细胞B B两阶段两原理两标志一实质:细胞核物质的融合去壁的常用方法去壁的常用方法： 酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等）原生质体融合方法原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电激等物理法：离心、振动、电激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG） 2 2、植物体细胞杂交技术分析、植物体细胞杂交技术分析利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合植物体细胞杂交的基础：植物体细胞杂交的基
15、础： 细胞膜的流动性、细胞全能性细胞膜的流动性、细胞全能性细胞核物质的融合细胞核物质的融合 细胞融合的实质：细胞融合的实质： 原生质体间的融合原生质体间的融合 细胞融合的关键：细胞融合的关键： 植物体细胞杂交技术完成的植物体细胞杂交技术完成的标志标志是：是：得到杂种植株。得到杂种植株。细胞融合的细胞融合的标志标志： 形成新的细胞壁形成新的细胞壁细胞融合的基础：细胞融合的基础： 细胞膜的流动性细胞膜的流动性 (11)(11)杂种植株的染色体数目杂种植株的染色体数目=A=A、B B两个细胞内染色体数两个细胞内染色体数目之和，有几个染色体组就称为几倍体。目之和，有几个染色体组就称为几倍体。 二倍体番
16、茄二倍体番茄2n=242n=24条条 与四倍体马铃薯与四倍体马铃薯4n=484n=48条条 杂种细胞中杂种细胞中 染色体数染色体数=24+48=72=24+48=72条条 染色体组数染色体组数=2+4=6=2+4=6组（组（异源六倍体异源六倍体）杂交细胞是如何发育成一个新的植物体：杂交细胞是如何发育成一个新的植物体：植物组织培养植物组织培养从生殖类型上看，从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术没有有性生没有有性生殖细胞的形成和结合，应属于殖细胞的形成和结合，应属于无性生殖无性生殖。3 3、概念、概念4 4、优势、优势和未解决的问题和未解决的问题 优势优势：克服了不同种生物克服了不
17、同种生物远缘杂交不亲和远缘杂交不亲和的障的障碍，打破生殖隔离碍，打破生殖隔离（与有性杂交方法比较）与有性杂交方法比较）未解决的问题未解决的问题：未能让杂种植物按照人们：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良性状。的需要表现出亲代的优良性状。 将将不同种不同种的植物体细胞，在一定条件下融合的植物体细胞，在一定条件下融合成成杂种细胞杂种细胞，并把杂种细胞培育成，并把杂种细胞培育成新的植物体新的植物体的技术。的技术。白菜白菜甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝“白菜甘蓝白菜甘蓝”同普通白菜相比，具有同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。成果成果为什么
18、为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？铃薯？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，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯们之间是相互调控、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、地一样有
19、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。下结马铃薯就是很自然的了。 思考与探究思考与探究植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术所属所属范畴范畴原理原理步骤步骤意义意义联系联系无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞全能性脱分化脱分化再分化再分化保持优良性状保持优良性状繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产提高经济效益提高经济效益杂交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源克服不同种生物远源杂交不亲和的障碍杂交不亲和的障碍去除细胞壁去除细胞壁融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞组织培养组织培养膜流动性膜流动性细胞全能性细胞全能性染色体变异、基因
20、重组染色体变异、基因重组小结小结反馈练习反馈练习1 1以下不能说明细胞全能性的实验是以下不能说明细胞全能性的实验是( () )A A玉米花粉粒培育出植株玉米花粉粒培育出植株 B B转入贮存蛋白基因的向日葵细胞培育出植株转入贮存蛋白基因的向日葵细胞培育出植株C C烧伤病人的健康细胞培养出皮肤烧伤病人的健康细胞培养出皮肤D D核移植获得的组装细胞培育出的鲤鲫移核鱼核移植获得的组装细胞培育出的鲤鲫移核鱼 2 2下列属于组织培养的是下列属于组织培养的是( () )A A花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株 B B芽发育成枝条芽发育成枝条C C根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区 D D受精
21、卵发育成植株受精卵发育成植株CA3 3设计植物体细胞杂交实验时，如果期望获得性状优设计植物体细胞杂交实验时，如果期望获得性状优良的作物新品种，不需要考虑良的作物新品种，不需要考虑( () )A A亲本细胞的生殖隔离问题亲本细胞的生殖隔离问题 B B选择具有优良性状的亲本选择具有优良性状的亲本C C亲本细胞的融合技术亲本细胞的融合技术 D D杂种细胞愈伤组织的诱导和再分化杂种细胞愈伤组织的诱导和再分化 4 4下列四个选项中，没有采用植物组织培养技术的一下列四个选项中，没有采用植物组织培养技术的一项是项是( () )A A花药离体培养得到单倍体植株花药离体培养得到单倍体植株 B B秋水仙素处理萌发
22、的种子或幼苗得到多倍体植株秋水仙素处理萌发的种子或幼苗得到多倍体植株C C基因工程培育的抗棉铃虫的棉花植株基因工程培育的抗棉铃虫的棉花植株 D D细胞工程培育细胞工程培育“番茄番茄马铃薯马铃薯”杂种植株杂种植株AB5 5下图为下图为“番茄番茄马铃薯马铃薯”的培育过程示意图，有的培育过程示意图，有关叙述正确的是关叙述正确的是( () )A A获得获得a a、b b细胞需要胰蛋白酶和果胶酶细胞需要胰蛋白酶和果胶酶 B B诱导诱导a a、b b细胞融合的化学试剂一般秋水仙素细胞融合的化学试剂一般秋水仙素C Ca a、b b细胞融合为细胞融合为c c细胞的原理是生物膜具有流动性细胞的原理是生物膜具有流
23、动性D Dd d、e e、f f过程表示植物的组织培养过程，过程表示植物的组织培养过程，e e、f f分别为分别为脱分化和再分化脱分化和再分化C6 6韧皮部细胞是高度分化的植物细胞，用韧皮部细胞进韧皮部细胞是高度分化的植物细胞，用韧皮部细胞进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误是行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误是 ( () )A A该愈伤组织是细胞经过脱分化和细胞分裂形成的该愈伤组织是细胞经过脱分化和细胞分裂形成的B B该愈伤组织的细胞没有全能性该愈伤组织的细胞没有全能性 C C该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成D D该愈伤组织可以形成具有生根
24、发芽能力的胚状结构该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构7 7植物体细胞杂交所利用的原理包括植物体细胞杂交所利用的原理包括( () )细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞的全能性细胞的全能性基因结构的相对独立性基因结构的相对独立性A AB B C C D DCB8 8下图为植物组织培养技术过程，有关说法不正确下图为植物组织培养技术过程，有关说法不正确的是的是( () )A AB B试管中细胞全能性最高试管中细胞全能性最高 B BD D试管中培育出的个体都是纯合子试管中培育出的个体都是纯合子C CABAB的过程需要激素的刺激的过程需要激素的刺激 D DADAD的细胞分裂都是有丝分裂的细胞分裂都
25、是有丝分裂B9 9下面关于植物体细胞杂交技术的说法，不正确的下面关于植物体细胞杂交技术的说法，不正确的是是( () )A A必须有纤维素酶和果胶酶的存在必须有纤维素酶和果胶酶的存在 B B要经过组织培养的过程要经过组织培养的过程C C可以实现种间或种内杂交可以实现种间或种内杂交 D D原生质体融合必须借助诱导剂原生质体融合必须借助诱导剂1010要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，需要要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，需要( (多选多选) () () )A A具有完整细胞核的细胞具有完整细胞核的细胞 B B离体状态离体状态C C导入外源基因导入外源基因 D D一定的营养物质和激素一定的营养物质
26、和激素DABD1111野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、野生马铃薯品种的植株具有较强的抗病、抗虫、抗盐碱、抗寒能力，但块茎不能食用。俄、德、芬兰专家共同做实验抗寒能力，但块茎不能食用。俄、德、芬兰专家共同做实验研究，用野生马铃薯与马铃薯的体细胞进行杂交，培育出了研究，用野生马铃薯与马铃薯的体细胞进行杂交，培育出了生活能力强的杂交系马铃薯。据图分析回答问题：生活能力强的杂交系马铃薯。据图分析回答问题：(1)(1)过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解，其中过程植物细胞原生质体的分离需经过酶解，其中“酶解酶解”所用的酶应该包括所用的酶应该包括_。(2)(2)过程需要用到聚乙二醇过程需
27、要用到聚乙二醇(PEG)(PEG)，其目的是，其目的是_。纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶诱导原生质体融合诱导原生质体融合(3)(3)请用文字和箭头表示出请用文字和箭头表示出技术过程的实验流程技术过程的实验流程_。 由此过程可以看出植物细胞有形成再生组织的可由此过程可以看出植物细胞有形成再生组织的可能性，这是能性，这是_的表现。的表现。(4)(4)一般在培养基上培养一般在培养基上培养24244848小时后，大部分原生小时后，大部分原生质体已再生出细胞壁。可以取样，通过质体已再生出细胞壁。可以取样，通过_实验来鉴别细胞实验来鉴别细胞壁是否已经再生。壁是否已经再生。(5)(5)请说明运用此植物体细胞杂交法的最大好处：请说明运用此植物体细胞杂交法的最大好处：_。植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性植物细胞的质壁分离与复原植物细胞的质壁分离与复原可使本来存在着生殖隔离的物种进行杂交，培育出兼有两物种可使本来存在着生殖隔离的物种进行杂交，培育出兼有两物种品质的优良物种或克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍品质的优良物种或克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍
