1、專題2 細(xì)胞工程專題2 細(xì)胞工程 細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過 或細(xì)胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。按操作對象分植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程研究的水平研究的目的細(xì)胞水平一、概念細(xì)胞工程應(yīng)用的原理和方法研究的水平研究的目的細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品概念分類植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程理論基礎(chǔ)細(xì)胞的全能性前者是細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上生物技術(shù),后者是分子水平上的生物技術(shù)。克隆多莉羊技術(shù)是 水平上的技術(shù)，培育抗蟲棉是 水平上的技術(shù)。細(xì)胞工程與基因工程相比：細(xì)

2、胞分子思考:2.1 植物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程技術(shù)常用的技術(shù)手段：植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞工程理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞全能性和細(xì)胞膜的流動(dòng)性植物組織培養(yǎng)1、原理：細(xì)胞的全能性2.1植物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)植物組織培養(yǎng)利用菊花花瓣微型繁殖培養(yǎng)的菊花探究：1、為什么植物的一個(gè)花瓣就可以培育出完整的植株呢？植物細(xì)胞具有全能性。2、什么是細(xì)胞的全能性？二植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)一）細(xì)胞的全能性 1、概念：生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能。2、原因：受精卵有絲分裂體細(xì)胞含全套遺傳基因3、全能性的程度（1） 受精卵的全能性最高 受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞（2）植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)

3、胞 （3）4、形成不同組織、器官原因：基因選擇性表達(dá)5、條件： （1）離體狀態(tài)，（2）完全營養(yǎng)物質(zhì)、激素 探究：2、生物體內(nèi)的細(xì)胞為什么沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成不同的組織器官？3、為何已分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能？1、表現(xiàn)全能性的條件有哪些？離體、提供營養(yǎng)物質(zhì)、激素及其它適宜條件。在特定的時(shí)間和空間條件下，基因選擇性的表達(dá)的結(jié)果。生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含本物種的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成完整個(gè)體的全套基因。三植物組織培養(yǎng)技術(shù)(重點(diǎn) 理解 )1、概念： 在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成

4、完整的植株。2、原理：植物細(xì)胞的全能性3、過程： 外植體 愈傷組織 根、芽 植物體再分化脫分化也叫：外植體如：莖尖、根尖 適宜的溫度、PH值、養(yǎng)料、激素、充足氧氣條件避光需光無細(xì)胞分裂、分化能力 特點(diǎn)：具分裂、分化能力，既具全能性（主要）無定形狀態(tài)、高度液泡化、排列疏松、無規(guī)則、無葉綠體,不進(jìn)行光合作用 植物組織培養(yǎng)的基本過程外植體 愈傷組織 胚狀體已分化出根、芽分化程度降低，分裂能力增強(qiáng)重新分化出組織器官的過程（細(xì)胞分裂素、生長素）細(xì)胞分化程度與細(xì)胞分裂能力呈負(fù)相關(guān)脫分化遮光再分化光照12345再分化(愈傷組織)植物組織培養(yǎng)6脫分化應(yīng)該掌握的幾個(gè)概念： 1愈傷組織：離體的植物器官、組織或細(xì)胞

5、，在培養(yǎng)一段時(shí)間以后，通過細(xì)胞分裂，形成一種a高度液泡化、b無定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞組成的c排列疏松無規(guī)則的組織。植物細(xì)胞的脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過程，又稱去分化。脫分化的實(shí)質(zhì)和結(jié)果分別是什么？實(shí)質(zhì)是恢復(fù)細(xì)胞的全能性過程。結(jié)果是形成愈傷組織。植物細(xì)胞的再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新分化成根或芽等器官的過程。獲取外植體無菌接種誘導(dǎo)愈傷組織的形成試管苗的形成擴(kuò)大培養(yǎng)移栽脫分化再分化請根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)過程，概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。植物材料（消毒）脫分化無菌接種、誘導(dǎo)愈傷組織再分化誘導(dǎo)試管苗移栽到大田培養(yǎng)成正常植株(1)在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用

6、器械的滅菌和實(shí)驗(yàn)人員的無菌操作？ 防止雜菌污染，因?yàn)殡s菌生長快，會(huì)和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)。雜菌生長過程中會(huì)產(chǎn)生有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物迅速死亡。合作學(xué)習(xí)(2)在本實(shí)驗(yàn)中，切取胡蘿卜塊根時(shí)強(qiáng)調(diào)要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證嗎？胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導(dǎo)愈傷組織比較困難。1 下列植物細(xì)胞全能性最高的是（ ）A.形成層細(xì)胞 B.韌皮部細(xì)胞 C.木質(zhì)部細(xì)胞 D.葉肉細(xì)胞2 下列細(xì)胞全能性最高的是（ ）A植物的卵細(xì)胞B植物的精子細(xì)胞C被子植物的受精卵D被子植

7、物的的葉肉細(xì)胞AC3.在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因?yàn)?（ ） A、細(xì)胞的基因喪失了全能性 B、基因在特定時(shí)間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果 C、不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同 D、在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化 B依據(jù)學(xué)過的知識和實(shí)驗(yàn)過程思考回答：2、決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？植物激素的種類和比例1、離體的器官、組織或細(xì)胞，如果不進(jìn)行脫分化處理能否培養(yǎng)成完整的植物體？不能，因?yàn)榧?xì)胞已經(jīng)分化，失去了分裂能力。不進(jìn)行脫分化處理就不能形成愈傷組織生長素：細(xì)胞分裂素的比例大于1-促進(jìn)根形成小于1-促進(jìn)芽的形成等于1-愈傷組織不分化 3、為什么

8、誘導(dǎo)愈傷組織的過程中應(yīng)避光培養(yǎng)？在有光時(shí)，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。（但再分化時(shí)需要光，光能使細(xì)胞內(nèi)形成葉綠體、葉綠素，進(jìn)行光合作用）小結(jié)：植物組織培養(yǎng)的過程外植體愈傷組織根、芽植物體脫分化再分化（離體的,已分化組織或細(xì)胞）（未分化）（分化）條件？優(yōu)點(diǎn)？特點(diǎn)？繁殖速度快不受季節(jié)限制工廠化生產(chǎn)幼苗無毒保持優(yōu)良性狀適宜溫度、光照、 pH和無菌環(huán)境。無機(jī)物、有機(jī)物和植物激素（生長素，細(xì)胞分裂素等）無定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞高度液泡化排列疏松、無規(guī)則無葉綠體,不進(jìn)行光合作用植物組織培養(yǎng)的概念： 植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予

9、適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)：因?yàn)椴煌N生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點(diǎn)的。于是，這些科學(xué)家試圖用這兩種植物的體細(xì)胞進(jìn)行雜交，來實(shí)現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。這幅番茄馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？“Potamato”1、定義： 將兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的過程。 2、優(yōu)勢：（與有性雜交方法比較） 克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，拓展了可用于雜交的親本組合范圍。植物體細(xì)胞雜交1你認(rèn)為兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞完成融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？2有沒有一種溫和的

10、去壁方法呢？3為什么兩個(gè)原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？4如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？請思考：原生質(zhì)體番茄細(xì)胞原生質(zhì)體融合再生出細(xì)胞壁雜種細(xì)胞脫分化愈傷組織雜種植株再分化植物體細(xì)胞雜交技術(shù)（重點(diǎn) 理解）：1、過程：馬鈴薯細(xì)胞標(biāo)志：成功融合人工誘導(dǎo)去壁植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞的融合酶解法（纖維素酶、果膠酶等）物理法：離心、振動(dòng)、電刺激等 化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等） 原生質(zhì)體融合方法：物理法：離心、振動(dòng)、電刺激等 化學(xué)法：聚乙二醇（PEG） 植物體細(xì)胞雜交過程示意圖去壁篩選 將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成

11、新的植物體的技術(shù)。4、優(yōu)勢：（與有性雜交方法比較） 克服植物遠(yuǎn)緣雜交不親和性3、原理： 細(xì)胞膜的流動(dòng)性和細(xì)胞全能性 主要：原生質(zhì)體融合結(jié)果2、概念：四、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)（重點(diǎn) 理解）：如小麥和玉米之間存在生殖隔離四、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)：重點(diǎn) 理解白菜甘藍(lán)白菜甘藍(lán)5、實(shí)例：生長期短、耐熱性強(qiáng)和易于貯藏番茄-馬鈴薯（理性圖）2、概念 將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。3、優(yōu)勢和未解決的問題 優(yōu)勢（與有性雜交方法比較） ：打破了不同種生物間的生殖隔離障礙，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍。未解決的問題：未能讓雜種植物按照人們 的需要表現(xiàn)出親代的

12、優(yōu)良。1.為什么“番茄馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯？ 馬鈴薯番茄沒有像人們預(yù)想的那樣地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動(dòng)物眼蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動(dòng)物細(xì)胞中存活，請?zhí)接懀簞?dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞之間可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案。所采用技術(shù)

13、的理論基礎(chǔ) 植物細(xì)胞工程通常采用的技術(shù)手段 植物組織培養(yǎng) 植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞的全能性小結(jié)：比較植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)所屬范疇原理步驟意義聯(lián)系無性繁殖細(xì)胞全能性脫分化再分化保持優(yōu)良性狀繁殖速度快、大規(guī)模生產(chǎn)提高經(jīng)濟(jì)效益雜交技術(shù)應(yīng)用了組織培養(yǎng)克服不同種生物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙去除細(xì)胞壁融合形成雜種細(xì)胞組織培養(yǎng)膜流動(dòng)性 細(xì)胞全能性染色體變異反饋練習(xí)1.下列屬于組織培養(yǎng)的是（ ）A.花粉培養(yǎng)成單倍體植株B.芽發(fā)育成枝條C.根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)D.未受精的卵發(fā)育成植株A2.在離體的植物器官、組織或細(xì)胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項(xiàng)條件是不需要的（ ）A.消毒滅菌B.適宜的溫度C.充

14、足的光照D.適宜的養(yǎng)料和激素C3.要將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成完整植株，不需要（ ）A.具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞B.離體狀態(tài)C.導(dǎo)入外源基因D.一定的營養(yǎng)物質(zhì)和激素C4、植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)， 又可以分化形成根、芽等器官，這一過程稱為： A、脫分化 B、去分化 C、再分化 D、脫分化或去分化5、下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是A、秋海棠的葉 B、馬鈴薯的塊莖C、成熟的花粉 D、木質(zhì)部中的導(dǎo)管細(xì)胞D6、若用“ ”表示植物組織培養(yǎng)的過程。請回答： （1） 表示 ， 能被培養(yǎng)成為的根本原因是（2） 表示 脫分化再分化離體的植物器官、組織或細(xì)胞植物細(xì)胞具有全能性愈傷組織異想天開植物細(xì)胞工程的實(shí)

15、際應(yīng)用繁殖植物的新途徑微型育種作物脫毒人工種子育種新方法單倍體育種誘導(dǎo)突變體細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)（一）微型繁殖技術(shù)（也稱快速繁殖技術(shù)）一 植物繁殖的新途徑 1.概念:快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)2.優(yōu)點(diǎn):3.成就:1）保持優(yōu)良品種的遺傳特性2）高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖（一）微型繁殖技術(shù)（也稱快速繁殖技術(shù)）一 植物繁殖的新途徑 討論P(yáng)38利用了植物“微型”繁殖技術(shù)的：1）保持優(yōu)良品種的遺傳特性2）高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖 在短時(shí)間中獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗一 植物繁殖的新途徑 （二）作物脫毒1.作物脫毒的原因:2.作物脫毒的材料:3.作物脫毒的方法:4.作物脫毒的結(jié)果:長期進(jìn)行無性繁殖的

16、作物，易積累感染的病毒，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差分生區(qū)（如莖尖）的細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得脫毒苗5.成就:（三）神奇的人工種子一 植物繁殖的新途徑 1.天然種子的局限 1）培育周期長 2）優(yōu)良雜種的后代會(huì)發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性 3）生產(chǎn)會(huì)受到季節(jié)、氣候和地域的限制，并且需要占用大量的土地實(shí)現(xiàn)制種（三）神奇的人工種子一 植物繁殖的新途徑 2.人工種子 胚狀體（三）神奇的人工種子一 植物繁殖的新途徑 通過植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。（1）人工種子概念（2）人工種子組成胚狀體（或不定芽、頂芽和腋芽）+人工種皮 （三）神奇的人工種子一 植物繁殖的新

17、途徑 誘導(dǎo)植物愈傷組織 體細(xì)胞胚的誘導(dǎo) 體細(xì)胞胚的成熟 體細(xì)胞胚的機(jī)械化包裹 貯藏或種植思考設(shè)計(jì)人工種子制備技術(shù)的主要流程圖（三）神奇的人工種子一 植物繁殖的新途徑 討論P(yáng)40培植周期短 后代無性狀分離不受氣候,季節(jié)和地域限制可以很方便地貯藏和運(yùn)輸 加入適量的養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌、植物生長調(diào)節(jié)劑等1）優(yōu)點(diǎn)：2）人工種皮的有效成分（一）單倍體育種二 作物新品種的培育 體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個(gè)體1.單倍體定義：2.單倍體形成：3.單倍體植株的特點(diǎn)：由配子不經(jīng)過受精作用而直接發(fā)育成的個(gè)體。例：蜜蜂中的雄蜂長得弱小，而且高度不育（一）單倍體育種二 作物新品種的培育

18、 4.回顧單倍體育種的一般過程并設(shè)計(jì)出一種通過植物花藥組織培養(yǎng)生成正常植株的實(shí)驗(yàn)流程?；ǚ奂?xì)胞培養(yǎng) 脫分化愈傷組織 分化出小植物再分化移栽花藥 接種單倍體植株正常植株染色體加倍單倍體育種的原理:染色體（數(shù)目）變異技術(shù)：組織培養(yǎng)獲得單倍體；秋水仙素處理單倍體的幼苗，使染色體加倍單倍體育種的優(yōu)點(diǎn)：后代都是純合子，明顯縮短育種年限（二）突變體的利用二 作物新品種的培育 植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產(chǎn)生突變1.產(chǎn)生：篩選對人們有利突變體,進(jìn)而培育新品種2.利用：蛋白質(zhì),脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等1.細(xì)胞產(chǎn)物種類：三 細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

19、植物的組織培養(yǎng)2.技術(shù)：3.成就：細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)紅豆杉與紫杉醇人參皂甘的生產(chǎn)例1：03江蘇 用高度分化的植物細(xì)胞、組織和器官進(jìn)行組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織，下列敘述錯(cuò)誤的是A.該愈傷組織是細(xì)胞經(jīng)過脫分化和分裂形成的B.該愈傷組織的細(xì)胞沒有全能性C.該愈傷組織是由排列疏松的薄壁細(xì)胞組成D.該愈傷組織可以形成具有生根發(fā)芽能力的 胚狀結(jié)構(gòu)典例精析例2：右圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答：1）步驟是_最常用的方法是_.2）步驟一般常用的化學(xué)試劑是_目的是_.3）在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過程中，運(yùn)用的技術(shù)手段是_ ，其中步驟相當(dāng)于_，步驟相當(dāng)于_ 去掉細(xì)胞壁分離出有活力的原生質(zhì)體 酶解

20、法 聚乙二醇（PEG） 誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合植物組織培養(yǎng)脫分化再分化例2：右圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答： 4）植物體細(xì)胞雜交的目的是獲得 新的雜種植株。使_ 能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)， 其根本原因: 5）從理論上講，雜種植株的育性_。若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交方法 能否實(shí)現(xiàn)？_。并說明理由： 因此，這項(xiàng)研究對于培養(yǎng)作物新品 種方面的重大意義在于： .兩個(gè)親本的遺傳性狀 雜種植株獲得了雙親的遺傳物質(zhì) 可育不能因?yàn)椴煌N生物之間存在生殖隔離克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍1、植物的微型繁殖技術(shù)是指（ ） A植物體細(xì)胞雜交技術(shù) B嫁接 C營養(yǎng)繁殖 D植物組織培養(yǎng)2、科學(xué)工作者把胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞分離出來，將單個(gè)細(xì)胞放入培養(yǎng)基中培養(yǎng)，獲得了許多完整的植株，這些植株的特點(diǎn)是（ ） A彼此性狀相似 B變異頻率較高 C單倍體 D