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1、植物组织培养技术的流程植物组织培养技术的流程细胞工程细胞工程 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内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。技术。 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和分细胞生物学和分子生物学子生物学细胞整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平按照人们的意愿来改变按照人们的意愿来改变细胞内的
2、遗传物质或获细胞内的遗传物质或获得细胞产品得细胞产品(定向改造）定向改造）细胞工程植物细胞工程植物细胞工程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动物细胞工程动物细胞工程一、植物组织培养一、植物组织培养1、原理原理：细胞的全能性细胞的全能性细胞的全能性细胞的全能性1. 概念概念: 已高度分化的细胞仍具有发育成完整个体已高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。的潜能。 2. 原因：原因： 生物体细胞含有本物种所特有的全套遗传生物体细胞含有本物种所特有的全套遗传信息。信息。3. 全能性高低：全能性高低： 受精卵胚胎干细胞生殖细胞体细胞植物细胞动物细胞动物细胞一、植物组织培养植物组织
3、培养2、植物组织培养的条件植物组织培养的条件内因：离体细胞、组织或器官内因：离体细胞、组织或器官外因：外因：1）适宜的外界环境条件，例如无菌、）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等适宜的温度、湿度、光照等2）培养基）培养基（一定的营养物质，激素一定的营养物质，激素） 植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基无机营养成分：无机盐离子无机营养成分：无机盐离子有机营养成分：有机营养成分： 含含N N物质：包括维生素和氨基酸物质：包括维生素和氨基酸 碳源：碳源：2%5%2%5%的蔗糖溶液，调节渗透压的蔗糖溶液，调节渗透压 琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用 激素：生长素，细胞分裂素和赤
4、霉素激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PHPH值：值：5.05.06.06.0一、 植物组织培养一、植物组织培养一、植物组织培养3、 植物组织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 胚状体胚状体已分化出根、芽已分化出根、芽分化程度降低，分分化程度降低，分裂能力增强裂能力增强重新分化出组织器重新分化出组织器官的过程（官的过程（细胞分细胞分裂素、生长素裂素、生长素）细胞分化程度与细胞分裂能力呈负相关细胞分化程度与细胞分裂能力呈负相关脱分化脱分化遮光遮光再分化再分化光照光照 愈伤组织的形成愈伤组织：离体的植物愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在器官、组织或细胞，在培养一
5、段时间以后，通培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种过细胞分裂，形成一种排列疏松无规则、高度排列疏松无规则、高度液泡化、无定形态的薄液泡化、无定形态的薄壁细胞壁细胞组成的组织。组成的组织。植物组织培养（试管苗的形成）试管苗大规模培养移栽经过炼经过炼苗的小苗的小苗，可苗，可以和一以和一般植物般植物一样进一样进行大规行大规模栽培模栽培植物组织培养的概念：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，培养在人工配制的培器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予一定的培养条件，诱导产生养基上，给予一定的培养条件，诱导产生愈伤组织和
6、胚状体，最终形成完整的植株。愈伤组织和胚状体，最终形成完整的植株。 能力训练：能力训练：1、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、木质部中的导管细胞木质部中的导管细胞D植物体细胞杂交应用研究植物体细胞杂交应用研究 1 1、定义：、定义： 将两将两个个来自不同植物的体细胞融合成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一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的过程。新的植物体的过程。 2 2、优势、优势：（与有性杂交与有性杂交方法比较方法比较） 克服了远缘杂交不亲
7、和的障碍克服了远缘杂交不亲和的障碍，拓展了，拓展了可用于杂交的亲本组合范围可用于杂交的亲本组合范围。植物体细胞杂交植物体细胞杂交(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图标志标志去壁去壁思考题细胞壁如何去除？细胞壁如何去除？原生质层如何融合？融合的基础是什么？原生质层如何融合？融合的基础是什么？杂交完成的标志是什么？杂交完成的标志是什么？最后通过什么手段得到新个体最后通过什么手段得到新个体 ？植物植物A A细胞细胞植物植物B B细胞细胞去壁去壁原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B原生质体融合原生质体融合融合体融合体再再生生壁壁杂种细胞杂种细胞细
8、胞分裂细胞分裂愈伤愈伤组织组织杂种植株杂种植株去壁的去壁的常用方法：常用方法：酶酶解法（纤维素酶、果胶酶等）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、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG） 植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图细胞融合的基础：细胞融合的基础： 细胞膜的流动性细胞膜的流动性不不能能人人工工诱诱导导原原生生质质体体融融合合的的方方法法是是：A A、振动振动 B B、电刺激、电刺激、 C C、PEGPEG试剂、试剂、 D D、重压重压对应训练植植物物细细胞胞工工程程的的实实际际应应用
9、用（一）（一）、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径（二）（二）、作物新品种的培育作物新品种的培育（三）（三）、细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产1.单倍体育种2.突变体的利用药物，香料，蛋白质等药物，香料，蛋白质等药物，香料，蛋白质等药物，香料，蛋白质等一一、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径 1.微型繁殖(属无性繁殖) (1)微型繁殖技术（快速繁殖技术）: 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术. (2)特点:保持优良品种的遗传特性; 高效快速地实现种苗的大量繁殖.2.培育脱毒作物 (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 人工种子用人工种皮包被体用人工种皮包被体细胞胚
10、，可以制造细胞胚，可以制造人工种子人工种子人工种皮：藻酸钠人工种皮：藻酸钠解决有些植物结子解决有些植物结子困难、发芽率低、困难、发芽率低、繁殖困难等问题繁殖困难等问题植物组织培养大量生产紫草素 现现在在已已有有胡胡萝萝卜卜、芹芹菜菜、柑柑橘橘、咖咖啡啡、棉棉花花、玉玉米米、水水稻稻、橡橡胶胶等等几几十十种种植植物物的的人人工工种种子子试试种种成成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。 紫草紫草紫草素紫草素 愈伤组织愈伤组织08江苏高考：下列关于植物组织培养的江苏高考：下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是叙述中，错误的是 A培养基中添加蔗糖的目的是提供
11、营养培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和和调节渗透压调节渗透压B培养基中的生长素和细胞分裂素影响培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化愈伤组织的生长和分化C离体器官或组织的细胞都必须通过脱离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织分化才能形成愈伤组织D同一株绿色开花植物不同部位的细胞同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同经培养获得的愈伤组织基因相同D细胞工程的概念 细胞工程是指应用细胞生物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，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
12、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胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。细胞工程细胞工程植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程植物细胞工程的基本技术和理论基础 植物细胞工程的理论基础是：植物细胞工程的理论基础是： 植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞工程常用的技术是植物细胞工程常用的技术是 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概念：概念：细胞的全能性是指生物体的细胞具有细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。使后代细胞形成完整个体的潜能。原因：原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种是生物体的
13、每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质及发育为完整所特有的全套遗传物质及发育为完整个体所必需的全部基因。个体所必需的全部基因。 细胞的全能性 当植物细胞脱离了原来所在植物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离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界条件于离体状态时，在一定的营养物质、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。的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。 在生物的个体发育中，由于基因在特定时间和空间在生物的个体发育中，由于基因在特定时间和空间下选择性地表达而形成不同器官，因此，要实现细胞的下选择性地表达而形成不同器官
14、，因此，要实现细胞的全能性，首先必须使生物体的细胞处于离体状态。全能性，首先必须使生物体的细胞处于离体状态。 受精卵的全能性最高；受精卵的全能性最高；其次是生殖细胞（尤其是卵细胞）；其次是生殖细胞（尤其是卵细胞）；体细胞的全能性比生殖细胞低得多。体细胞的全能性比生殖细胞低得多。 植物组织培养的概念 植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，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，培养在人工配将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产制的培养基上，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。生愈伤组织、丛
15、芽，最终形成完整的植株。植物组织培养的过程离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞脱分化脱分化（又叫去分化）（又叫去分化）愈伤组织愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）化的呈无定形状态的薄壁细胞）再分化再分化根或芽等器官根或芽等器官植物体植物体植物组织培养的条件：植物组织培养的条件： 适宜的养料和激素，适宜的适宜的养料和激素，适宜的温度和无菌条件温度和无菌条件相关问题1 1、在植物组培过程中，为、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无毒，灭菌，并且要求无菌操作？菌操作？2 2、为什么切取
16、胡萝卜根的、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能形成层，其他部分也能培养成小植株吗？培养成小植株吗？3 3、为什么诱导愈伤组织的、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？过程中应避光培养？植物体细胞杂交的概念 将不同种植物的体细胞，在一将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂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。种细胞培育成新的植物体的技术。 （不同种生物之间存在着生殖隔离，（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所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的）能做到这一点的）相关问题（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在）要想让
17、两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？一起，遇到的第一个障碍是什么？（2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？）有没有一种温和的去细胞壁的方法？（3）为什么两个原生质体能发生融合，这与细）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？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融合形）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？处理？（5）如何将杂种细胞培育成杂种植株？）如何将杂种细胞培育成杂种植株？植物体细胞杂交过程植物细胞植物细胞A植物细胞植物细胞B去掉细胞壁去掉细胞壁去掉细胞壁去
18、掉细胞壁原生质体原生质体A原生质体原生质体B原生质体融合原生质体融合杂合的原生质体杂合的原生质体再生出细胞壁再生出细胞壁杂种细胞杂种细胞细胞分裂细胞分裂分化发育分化发育愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株植物体细胞杂交过程原生质体制备（酶解法去细胞壁）原生质体制备（酶解法去细胞壁）原生质体融合（人工诱导）原生质体融合（人工诱导） 杂种细胞的筛选和培养（形成愈伤组织）杂种细胞的筛选和培养（形成愈伤组织）杂种植株的再生与鉴定杂种植株的再生与鉴定物理法：物理法：离心、振动、电刺激等离心、振动、电刺激等化学法：化学法：聚乙二醇等试剂聚乙二醇等试剂纤维素酶、果胶酶等纤维素酶、果胶酶等问题为什么为什么“番茄番
19、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、地一样有序表达，杂交植
20、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。 问题自然界中有一种含有叶绿体的原生动物自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细虫，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，请设计出可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。具体实验方案。 异想天开植物细胞工程的实际应用繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径微型育种微型育种作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子育种新方法育种新方法单倍体育种单倍体育种诱导突变体诱导突变体细胞产物的
21、工厂化生产细胞产物的工厂化生产概念：概念：应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技术）快速繁殖技术）原理：原理：植物细胞的全能性植物细胞的全能性优点：优点：繁殖率高，可大批量生产繁殖率高，可大批量生产 取材少取材少 培养周期短培养周期短 保持优良性状保持优良性状微型繁殖作物脱毒病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差量降低，品质变差分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极少，分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极少，甚至没有甚至没有采用茎尖进行组织培养采用茎尖进行组织培养人工种子人工种子结构：结构：人工薄膜人工薄膜+
22、+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）优点：优点：不受气候、季节、地域的限制不受气候、季节、地域的限制保留优良性状保留优良性状时间短，占地少时间短，占地少技术：技术：组织培养组织培养原理：原理：细胞全能性细胞全能性养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌生长调节剂生长调节剂单倍体育种方法：方法：花药离体培养花药离体培养 技术：技术：组织培养获得单倍体组织培养获得单倍体秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍优点：优点：明显缩短了育种年限明显缩短了育种年限后代稳定遗传后代稳定遗传突变体的利用利用组织培养时，分裂状态的细胞易受利用组织培养时，分裂状态的细胞易受培养条件和外界压力（如射线，化学物培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变的原理，诱导质等）的影响而产生突变的原理，诱导并筛选出对人类有用的突变体。并筛选出对人类有用的突变体。细胞产物的工厂化生产红豆杉与紫杉醇红豆杉与紫杉醇人参皂甘的生产人参皂甘的生产植物细胞工程的实际应用繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径微型育种微型育种作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子育种新方法育种新方法单倍体育种单倍体育种诱导突变体诱导突变体细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产
