1、植物細胞工程 指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過某種工程學手段，在細胞整體水平或細胞器水平上，按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學技術。 一、細胞工程的概念細胞工程應用的原理和方法細胞生物學和分子生物學細胞整體水平或細胞器水平按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品概念分類植物細胞工程研究的目的研究的水平動物細胞工程植物細胞工程通常采用的技術手段 植物組織培養(yǎng) 植物體細胞雜交所采用技術 的理論基礎 植物細胞的全能性植物細胞工程 1、定義： 含有某種生物全套遺傳信息的細胞，具有發(fā)育成完整個體的潛能的特性稱為細胞的全能性2、原理： 生物體的每一個細

2、胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個活細胞都應該具有全能性。 3、體內細胞未表現全能性的原因：基因在特定時空條件下選擇性表達的結果 一、植物細胞工程的理論基礎細胞的全能性4、全能性的高低：受精卵生殖細胞（精、卵）體細胞體細胞：植物細胞動物細胞分化程度低的細胞分化程度高的細胞幼嫩細胞衰老的細胞 分裂能力強的細胞分裂能力弱的細胞一、植物細胞工程的理論基礎細胞的全能性5、全能性表達的條件（植物組織培養(yǎng)的條件）： 內因：離體細胞、組織或器官 外因：1）適宜的外界環(huán)境條件，例如無菌、適宜的溫度、濕度、光照等 2）培養(yǎng)基（一定的營養(yǎng)物質，激

3、素）一、植物細胞工程的理論基礎細胞的全能性1）大致過程植物體根、芽等外植體脫分化再分化愈傷組織脫分化：已經分化的細胞，經誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程（常用細胞分裂素或生長素誘導脫分化）外植體：用于離體培養(yǎng)的植物器官或組織（一般選取分生能力較強的，常用固體培養(yǎng)基培養(yǎng)）愈傷組織：分化細胞脫分化后，形成的具有分生能力的一些薄壁細胞再分化：脫分化產生的愈傷組織重新分化成根或芽等器官的過程二、植物細胞工程的基本技術植物組織培養(yǎng)技術條件：離體提供營養(yǎng)物質和激素其它外界條件條件：提供營養(yǎng)物質和激素光照其它外界條件離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織根、芽（胚狀體）植物體外植體A、脫分

4、化B、再分化植物激素：細胞分裂素、生長素2、植物組織培養(yǎng)過程1、A過程進行有絲分裂2、B過程進行有絲分裂同時也進行分化3、A不需光照，而B需光照，葉綠素的合成需光照二、植物細胞工程的基本技術植物組織培養(yǎng)技術生長素用量細胞分裂素用量,有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低時，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值適中時，促進愈傷組織的生長。 在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。植物組織培養(yǎng)概念二、植物細胞工程的基本技術植物組織培養(yǎng)技術下列屬于組織培養(yǎng)的是A. 花粉培養(yǎng)成單倍體植株 B. 芽發(fā)育

5、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)育成植株關于愈傷組織形成過程的正確敘述是 A.愈傷組織的形成是離體植物細胞分化的結果B.愈傷組織的形成是離體植物細胞分裂的結果C.愈傷組織的形成是離體動物細胞分化的結果D.愈傷組織的形成是離體植物細胞脫分化的結果AD 若用“ ” 表示植物組織培養(yǎng)的過程。請回答：（1） 表示 ， 被培養(yǎng)成為的根本原因是（2） 表示 ，其細胞特點是脫分化再分化離體的植物器官或組織植物細胞具有全能性具有分生能力的薄壁細胞愈傷組織（2）植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基：水、無機鹽離子有機小分子營養(yǎng)成分： 氮源：包括維生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖溶液，調節(jié)滲透壓 瓊脂：起支

6、持作用 激素：生長素、細胞分裂素、赤霉素 pH值：5.06.0（1）實驗原理:P34 目的、材料胡蘿卜的組織培養(yǎng)實驗1、選取胡蘿卜洗凈，削皮，切段2、酒精消毒、次氯酸鈉殺菌3、切取1立方厘米左右的形成層小塊5、定期觀察和記錄愈傷組織脫分化再分化（3）方法步驟4、接種，封蓋扎緊6、誘導出試管苗，移栽胡蘿卜的組織培養(yǎng)實驗a、激素用量的比例影響實驗結果：生長素用量細胞分裂素用量,有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低時，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值適中時，促進愈傷組織的生長。（4）注意事項（1）離體的器官、組織或細胞如果不進行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整植物體？b、必要條件：確保無菌操作、細胞離體

7、、生長發(fā)育所需的全部營養(yǎng)物質：礦質元素、糖類、維生素胡蘿卜的組織培養(yǎng)實驗（2）決定植物細胞脫分化、再分化的關鍵因素是什么？激素誘導和營養(yǎng)物質不能（5）思考討論(1)在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？ 植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營養(yǎng)成分，有利于培養(yǎng)物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養(yǎng)過程中污染現象經常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養(yǎng)物有害的物質，導致培養(yǎng)物迅速死亡。 造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操

8、作不規(guī)范等。所以在組織培養(yǎng)實驗中用到的植物材料和各種器械都要進行徹底地滅菌，實驗人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌。(2)在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷組織。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，你能用實驗的方法進行驗證嗎？胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。為什么選擇形成層？胡蘿卜的組織培養(yǎng)實驗1、植物細胞雜交技術概念 將不同種植物的體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。 （不同種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

9、能做到這一點的）三、植物細胞工程的基本技術植物體細胞雜交技術2、相關問題要想讓兩個來自不同植物的體細胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？有沒有一種溫和的去細胞壁的方法？為什么兩個原生質體能發(fā)生融合，這與細胞膜的什么特性有關？如果兩個來源不同的原生質體發(fā)生融合形成了雜種細胞，下一步該對此細胞做何種處理？如何將雜種細胞培育成雜種植株？植物細胞A植物細胞B原生質體A原生質體B原生質體融合正在融合的原生質體再生出細胞壁（融合成功的標志）雜種細胞愈傷組織雜種植株去細胞壁纖維素酶果膠酶物理方法化學方法：離心振動電刺激聚乙二醇（PEG）細胞分裂植物組織培養(yǎng)植物細胞融合酶解法人工誘導方法三、植物細胞工程的基

10、本技術植物體細胞雜交技術3、植物體細胞雜交過程植物體細胞雜交技術重點理解以下內容。 流程圖中為了簡化，僅畫了一個馬鈴薯的原生質體與一個番茄的原生質體之間的融合，可真正在實際操作過程中，是把許多馬鈴薯的原生質體和許多番茄的原生質體放在一起，讓它們自由融合，再從中篩選出所需的雜種細胞。 由于不同種的細胞其細胞膜的特點不一樣，如不作任何處理，把它們放在一起，讓它們自然融合是不可能的，所以原生質體間的融合必須要人工誘導。 細胞融合為無性繁殖，細胞分裂方式為有絲分裂，包含脫分化和再分化兩個階段。三、植物細胞工程的基本技術植物體細胞雜交技術植物體細胞雜交技術重點理解以下內容。 雜種植株的特征：具備兩種植物

11、的遺傳特征，原因是雜種植株中含有兩種植物的遺傳物質。 該技術最大的優(yōu)點：克服遠源雜交的不親和障礙，體細胞雜交即兩個細胞融合成一個細胞，不管染色體基因組還是染色體組都采用直接相加的方法。 該過程培育新品種的過程中，遺傳物質的傳遞不遵循孟德爾的遺傳定律。 目前還不能讓雜種細胞完全按人們的需要去表達親代的優(yōu)良性狀。三、植物細胞工程的基本技術植物體細胞雜交技術4、植物體細胞雜交技術的意義克服遠源雜交不親和的障礙，培育出自然界中沒有的、具有優(yōu)良品質的新品種。三、植物細胞工程的基本技術植物體細胞雜交技術5、未解決的問題：未能讓雜種植物按照人們的需要表現出親代的優(yōu)良性狀。1.為什么“番茄馬鈴薯”超級雜種植株

12、沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯？ 馬鈴薯番茄沒有像人們預想的那樣地上長番茄、地下結馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，所以馬鈴薯番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯就是很自然的了。思考與探究2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動物眼蟲，說明植物的細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛毎c植物細胞之間可以實現雜交嗎？如果理論上可行，請設計出具體實驗方案。思考與探究 植物材料 誘導出愈傷組織 動物

13、細胞培養(yǎng)除去細胞壁，得到原生質體 融合的胚胎細胞培養(yǎng) 動植物雜交種出生分裂形成胚胎將胚移植到代孕母畜的子宮內 1、當植物細胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處于離體狀態(tài)時，下列有可能使其表現出全能性，發(fā)育成完整的植株的是（ ） A、細胞分裂素 B、生長素 C、一定的營養(yǎng)物質 D、以上三者均是 2、某株名貴花卉用種子繁殖會發(fā)生性狀分離。為了防止性狀分離并快速繁殖，可以利用該植物的一部分器官或組織進行離體培養(yǎng)，發(fā)育出完整的植株。進行離體培養(yǎng)時不應采用該植株的（ ）A、莖尖 B、子房壁 C、葉片 D、花粉粒DD鞏固練習3、在生物體內 ，細胞沒有表現出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因為（ ）

14、A、細胞喪失了全能性 B、基因的選擇性表達 C、不同的細胞內基因不完全相同 D、在個體發(fā)育的不同時期，細胞內的基因發(fā)生了變化4、愈傷組織的細胞類型和愈傷組織分化后形成的機構分別是（ ） A、薄壁細胞、外植體 B、厚壁細胞、胚狀體 C、薄壁細胞、胚狀體 D、后壁細胞、外植體BC鞏固練習5、關于愈傷組織形成過程的正確敘述是（ ） A、愈傷組織的形成是離體植物細胞分化的結果 B、愈傷組織的形成是離體植物細胞分裂的結果 C 、愈傷組織的形成是離體動物細胞分化的結果 D 、愈傷組織的形成是離體植物細胞脫分化的結果6植物細胞表現出全能性的必要條件是 （ ） A.給予適宜的營養(yǎng)和外界條件 B.導入其他植物細

15、胞的基因 C.脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)和外界條件 D.將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內7.下列植物細胞全能性最高的是 （ ） A.形成層細胞 B.韌皮部細胞 C.木質部細胞 D.葉肉細胞DCA鞏固練習8細胞具有全能性的原因是 （ ）A.生物體細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能B.生物體的每一個細胞都具有全能性C.生物體的每一個細胞都含有個體發(fā)育的全部基因D.生物體的每一個細胞都是由受精卵發(fā)育來的9植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化是指 （ ）A.植物體的分生組織通過細胞分裂產生新細胞B.未成熟的種子經過處理培育出幼苗的過程 C.植物的器官、組織或細胞，通過離體培養(yǎng)產生愈傷組織的過程D.取植物

16、的枝芽培育成一株新植物的過程CC鞏固練習10不能人工誘導原生質體融合的方法是（ ） A、振動 B、電剌激 C、PEG試劑 D、重壓11、植物細胞融合完成的標志的是（ ） A、產生新的細胞壁 B、細胞膜發(fā)生融合 C、細胞質發(fā)生融合 D、細胞核發(fā)生融合12植物體細胞雜交要先去除細胞壁的原因是（ ）A.植物體細胞的結構組成中不包括細胞壁B.細胞壁使原生質體失去活力C.細胞壁阻礙了原生質體的融合D.細胞壁不是原生質的組成部分DA鞏固練習C13植物體細胞雜交的目的中錯誤的是 （ ）A.把兩個植物體的優(yōu)良性狀集中在雜種植株上B.獲得雜種植株C.克服遠源雜交不親和的障礙D.實現原生質體的融合14. 人工獲得一個雜交植株，需要下列哪項步驟（ ）A、分離原生質體誘導原生質體融合組織培養(yǎng)得到雜種植株B、分離原生質體原生質體融合雜種植株C、獲取細胞原生質融合組織培養(yǎng)得到雜種植株