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1、专题专题2 2 细胞工程细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学和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分子生物学的原理和方法, ,通过通过 水水平或平或 水平上的操作，按照人们水平上的操作，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。得细胞产品的一门综合科学技术。细胞细胞器2021/6/161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细胞生物学和细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学分子生物学分子生物学细胞水平或细细胞水平或细细胞水平或细细胞水平或细胞器水平胞器水平胞器水平胞器水
2、平按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改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或获得细胞产品或获得细胞产品概念：概念：按操作按操作对象分对象分植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程2021/6/162理论基础理论基础 植植物物细细胞胞工工程程植物组织培养植物组织培养 （最基本最基本）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基本技术基本技术 2021/6/163 大多数植物都是由受精卵（有性生殖）发育而来的，那么由植物的体细胞如叶子、花瓣，甚至一粒花粉能发育成一棵完整的植
3、株吗？为什么？应该如何操作？2021/6/164一、细胞的全能性一、细胞的全能性 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的任何一个一个细胞细胞, ,都具有发育成都具有发育成完整生物体完整生物体的潜的潜能能, ,即每个细胞都具有全能性。即每个细胞都具有全能性。A A、植物细胞、植物细胞 动物细胞动物细胞 B B、受精卵、受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞; ; C C、幼嫩组织细胞成熟组织细胞、幼嫩组织细胞成熟组织细胞1、概念：、概念：2 2、细胞全能性大小、细胞全能性大小: :规律：发育时间越早，细胞全能性越高，分裂规律：发育时间越早，细胞全能性越高，分裂能力越强，分化程度
4、越低。能力越强，分化程度越低。2021/6/1654 4 4 4、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化分化分化分化成成成成为不同的组织器官的原因：为不同的组织器官的原因：为不同的组织器官的原因：为不同的组织器官的原因：3 3、细胞具有全能性的原因、细胞具有全能性的原因: : 生物体的每一个细胞都含有该物种生物体的每一个细胞都含有该物种个体生长发育所需要的全套基因。个体生长发育所需要的全套基因。. . 细胞中的基因在特定的时间和空间条件细胞中的基因在特定的时间和空间条件下选择性表
5、达的结果。下选择性表达的结果。2021/6/166 怎样才能由一块组织通怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株过培养得到一株完整植株, ,应应该如何操作该如何操作? ?科学家利用科学家利用菊花花瓣培菊花花瓣培养的菊花养的菊花2021/6/1671.1.概念：概念： 植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌和人工控制无菌和人工控制条条件下，将件下，将离体的植物器官、组织、细胞离体的植物器官、组织、细胞，培养，培养在在人工配制的培养基人工配制的培养基上，给予上，给予适宜的培养条件适宜的培养条件，诱导其产生诱导其产生愈伤组织、丛芽愈伤组织、丛芽，最终形成，最终形成完整的完整的植株植株。二、植物组
6、织培养技术二、植物组织培养技术（无性繁殖）（无性繁殖）2.2.原理：植物体细胞具有全能性原理：植物体细胞具有全能性2021/6/1683 3、过程：、过程：离体离体离体离体的植的植的植的植物组织、物组织、物组织、物组织、器官或细器官或细器官或细器官或细胞（外植胞（外植胞（外植胞（外植体，体，体，体，消毒消毒消毒消毒）脱分化脱分化脱分化脱分化无菌接种、诱导无菌接种、诱导无菌接种、诱导无菌接种、诱导（一定的营养、（一定的营养、（一定的营养、（一定的营养、植物激素、避光）植物激素、避光）植物激素、避光）植物激素、避光）愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织再分再分再分再分化化化化试管苗试管苗试管苗试管苗移
7、栽大田移栽大田移栽大田移栽大田脱分化脱分化再分化再分化胚状体或胚状体或丛芽（具丛芽（具生根芽能生根芽能力）力）二、植物组织培养技术二、植物组织培养技术（无性繁殖）（无性繁殖）（含有不同激（含有不同激（含有不同激（含有不同激素的分化培养素的分化培养素的分化培养素的分化培养基，需光）基，需光）基，需光）基，需光）2021/6/169 （1 1）愈伤组织：）愈伤组织： 排列疏松、高度排列疏松、高度液泡化而无定形状的液泡化而无定形状的薄壁细胞。无叶绿体，薄壁细胞。无叶绿体，蔗糖供能，代谢类型蔗糖供能，代谢类型为异养需氧型，进行为异养需氧型，进行有丝分裂。有丝分裂。2021/6/1610 （2 2）植物
8、细胞的）植物细胞的脱分化脱分化： （3 3）植物细胞的）植物细胞的再分化再分化： 就是让就是让就是让就是让已已已已分化的细胞分化的细胞分化的细胞分化的细胞，经过诱导后，失去其，经过诱导后，失去其，经过诱导后，失去其，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成特有的结构和功能而转变成特有的结构和功能而转变成特有的结构和功能而转变成未分化细胞未分化细胞未分化细胞未分化细胞的过程，的过程，的过程，的过程，又称去分化。又称去分化。又称去分化。又称去分化。实质实质实质实质是提高细胞的全能性过程，是提高细胞的全能性过程，是提高细胞的全能性过程，是提高细胞的全能性过程，结结结结果果果果是形成愈伤组织是形成愈
9、伤组织是形成愈伤组织是形成愈伤组织 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形成分化形成胚状体或丛芽胚状体或丛芽的过程。的过程。（避光）（避光）（避光）（避光） （需光，自养需氧型）（需光，自养需氧型）（需光，自养需氧型）（需光，自养需氧型） 2021/6/1611（4 4）决定植物脱分化、再分化的关键因素是）决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？什么？植物激素的种类和比例。植物激素的种类和比例。生长素用量生长素用量细胞分裂素用量细胞分裂素用量适中：诱导适中：诱导愈伤组织愈伤组织高：利于根的分化、抑制芽的形成高：利于根的分化、抑制芽的形成（胚状体胚状体）低
10、：利于芽的分化、抑制根的形成低：利于芽的分化、抑制根的形成（丛芽丛芽）2021/6/1612比较比较内容内容脱分化脱分化再分化再分化过程过程外植体外植体 愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织 幼苗幼苗形成形成体特体特点点排列疏松、高度液泡排列疏松、高度液泡化的簿壁细胞化的簿壁细胞有根、芽有根、芽需要需要条件条件a.a.离体、无菌操作；离体、无菌操作；b.b.适宜的营养；适宜的营养；c.c.生生长素长素/ /细胞分裂素比例细胞分裂素比例适中适中 d.d.避光避光 a.a.离体、无菌操作；离体、无菌操作；b.b.适宜的营养适宜的营养 c.c.生长素生长素/ /细胞分裂素细胞分裂素比例或主或低诱导生根比
11、例或主或低诱导生根或生芽或生芽 d.d.光照光照 （5 5）两个阶段：脱分化和再分化）两个阶段：脱分化和再分化2021/6/16134 4、植物细胞表现出全能性的、植物细胞表现出全能性的条件条件：离体离体（前提）（前提）一定的营养物质一定的营养物质（蔗糖、水和无机（蔗糖、水和无机机盐等）机盐等）、植物激素、植物激素（细胞分裂素、（细胞分裂素、生长素）。生长素）。适宜的适宜的温度、温度、pHpH、无菌、光照的控、无菌、光照的控制制等外界条件等外界条件2021/6/1614试试管管苗苗大大规规模模培培养养2021/6/16151 1、在组织培养实验中，为什么要强调、在组织培养实验中，为什么要强调所
12、用器械的灭菌和实验人员的无菌操作所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？ 无菌技术是植物组织培养能否获得无菌技术是植物组织培养能否获得成功的关键。原因是防止杂菌污染，成功的关键。原因是防止杂菌污染，杂菌繁殖快，会和培养物争夺营养和杂菌繁殖快，会和培养物争夺营养和空间，并产生代谢废物毒害培养物。空间，并产生代谢废物毒害培养物。(P35)2021/6/16162 2、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分（如茎、叶、花）也能培养成小植部分（如茎、叶、花）也能培养成小植株吗？株吗？ 因为这部分容易诱导形成愈伤组织；胡萝卜因为这部分容易诱导形成愈伤组织；胡萝卜因为这部分容易诱
13、导形成愈伤组织；胡萝卜因为这部分容易诱导形成愈伤组织；胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。外植体的选取：生长旺盛的幼嫩组织（全能性高、外植体的选取：生长旺盛的幼嫩组织（全能性高、分裂能力强、分化程度低），易诱导脱分化和再分分裂能力强、分化程度低），易诱导脱分化和再分化。化。2021/6/1617外植体外植体愈伤组织愈伤组织胚
14、状体胚状体或丛芽或丛芽试管苗试管苗脱分化脱分化再分化再分化植植物物组组织织培培养养的的过过程程（离体的（离体的,已已分化组织或分化组织或细胞）细胞）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季节限制工厂化生产工厂化生产 . . .适宜温度、适宜温度、 pH、避光、无菌环境。避光、无菌环境。适宜的营养和植适宜的营养和植物激素物激素高度液泡化、高度液泡化、排列疏松、无排列疏松、无规则的薄壁细规则的薄壁细胞。无叶绿体。胞。无叶绿体。分化程度低分化程度低去分化较易去分化较易植物激素：植物激素：生长素、细胞分裂素生长素、细胞分裂素小结：小结：理论基础
15、：理论基础：细胞的全能性细胞的全能性2021/6/1618知识拓展知识拓展 当当细胞分裂素细胞分裂素和和生长生长素素共同使用时，能刺激共同使用时，能刺激愈伤组织的形成，而通愈伤组织的形成，而通过调节二者的浓度比，过调节二者的浓度比，就可以调控植物细胞培就可以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成，养过程中芽和根的形成，称为称为“激素杠杆激素杠杆”。 具体内容详见具体内容详见P42P42拓展视野拓展视野生生长长素素细胞分裂素细胞分裂素根根愈伤组织愈伤组织芽芽2021/6/1619三、植物体细胞杂交技术：重点三、植物体细胞杂交技术：重点 理解理解不能不能存在生殖隔离存在生殖隔离尝试用这尝试用这两种植物
16、的体细胞两种植物的体细胞进行杂交进行杂交这幅番茄这幅番茄这幅番茄这幅番茄马铃薯图利用传统有马铃薯图利用传统有马铃薯图利用传统有马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？性杂交方法能实现吗？为什么？性杂交方法能实现吗？为什么？性杂交方法能实现吗？为什么？2021/6/1620蕃茄蕃茄蕃茄蕃茄马铃马铃马铃马铃薯薯薯薯三、植物体细胞杂交技术：三、植物体细胞杂交技术：番茄番茄-马铃薯植株马铃薯植株2021/6/1621三、植物体细胞杂交技术（无性三、植物体细胞杂交技术（无性繁殖）繁殖）1.1.过程：如图所示过程：如图所示（1 1）去壁方法：）去壁方法：（2 2）诱导原生质体融合的方法：）诱导原生质
17、体融合的方法：（4 4）原生质体融合完成的标志：）原生质体融合完成的标志：（3 3）原生质体融合的基础：）原生质体融合的基础：纤维素酶和果胶酶（酶解法）纤维素酶和果胶酶（酶解法）物理法：离心、振动、电刺激物理法：离心、振动、电刺激化学法：化学法：PEGPEG细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性产生新的细胞壁产生新的细胞壁AB脱分化脱分化再分化再分化植物植物组织组织培养培养2021/6/1624AB三、植物体细胞杂交技术（无性三、植物体细胞杂交技术（无性繁殖）繁殖）脱分化脱分化再分化再分化植物植物组织组织培养培养1.1.过程：如图所示过程：如图所示(5)(5)在诱导剂的作用下形成的在诱导
18、剂的作用下形成的杂种细胞有杂种细胞有3 3种（种（AAAA型、型、BBBB型、型、ABAB型），型），可用选择培养基筛可用选择培养基筛选出选出ABAB型杂种细胞。型杂种细胞。（6 6）植物体细胞杂交技术完成）植物体细胞杂交技术完成的标志：的标志：获得杂种植物获得杂种植物(7)(7)杂种植物的特征：杂种植物的特征：具备具备两种植物的遗传性状两种植物的遗传性状。原因。原因是杂种植物中含有两种植物是杂种植物中含有两种植物的遗传物质。的遗传物质。2021/6/16252 2、概念、概念 将将不同种的植物体细胞不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成，在一定条件下融合成杂种细胞杂种细胞，并把杂种细胞培育成
19、，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。4 4、意义：、意义：5 5、未解决的问题：、未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状，未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状，如蕃茄如蕃茄马铃薯。马铃薯。（1）克服远缘杂交不亲和的障碍）克服远缘杂交不亲和的障碍（2）扩大基因重组的范围）扩大基因重组的范围3 3、原理：、原理： 细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性三、植物体细胞杂交技术三、植物体细胞杂交技术无性繁殖无性繁殖2021/6/16271.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如科超级杂种植株没
20、有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？主要原因是：主要原因是：细胞中基因选择性表达的结果。细胞中基因选择性表达的结果。生物生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯互影响的，所以马铃薯番茄杂交植株的细胞中虽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，杂交植株不能地上长番茄、遗传物质一样有序表达，杂
21、交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。地下结马铃薯就是很自然的了。课本课本38页页思考与讨论思考与讨论2021/6/1628嫁接获得的番茄马铃薯2021/6/1629下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：脱分化脱分化再分化再分化（1）表示表示，它能被培养成，它能被培养成为为的根本原因是的根本原因是。（2）表示表示，它与，它与相比分化程度相比分化程度，全能性全能性。（3）若）若是花药，则是花药，则是是，继续对，继续对其使用其使用处理可获得处理可获得正常植株，该过程称为正常植株，该过程称为。（4）若）若是胡萝卜根尖细胞，则培养成的是胡萝卜根尖细胞，则培养成的的叶片的颜的叶片的颜色是色是，这说明根尖细胞，这说明根尖细胞。（5）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物紫紫草素，培养将进行到（填编号）草素，培养将进行到（填编号）。离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞 植物细胞的全能性植物细胞的全能性愈伤组织愈伤组织低低高高单倍体植株单倍体植株秋水仙素秋水仙素纯合纯合单倍体育种单倍体育种绿色绿色含有与叶绿体形成相关的基因含有与叶绿体形成相关的基因2021/6/1638 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
