專題2細(xì)胞工程

1996年7月5日,世界上第一只體細(xì)胞克隆動(dòng)物-----克隆羊多利誕生于英國.這樣的生物技術(shù)屬于何種生物工程？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，通過細(xì)胞水平或細(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)。什么叫細(xì)胞工程？2.1植物細(xì)胞工程2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)利用菊花花瓣培養(yǎng)的菊花為什么植物的一個(gè)花瓣就可以培育出完整的植株呢？1．什么是細(xì)胞的全能性？2．為什么細(xì)胞具有全能性？3．菊花體內(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？4.所有細(xì)胞的全能性都一樣嗎？植物細(xì)胞工程理論基礎(chǔ)：

植物細(xì)胞的全能性常用技術(shù)植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交細(xì)胞全能性概念：是指具有某種生物全部遺傳信息的任何一個(gè)細(xì)胞都具有發(fā)育成完整生物個(gè)體的潛能。細(xì)胞全能性原因：是生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含有該物種全套遺傳物質(zhì)(全部基因)。操作水平：

細(xì)胞水平、細(xì)胞器水平細(xì)胞全能性的大小：植物細(xì)胞＞動(dòng)物細(xì)胞受精卵＞體細(xì)胞分化程度低的＞分化程度高的分裂能力強(qiáng)的＞分裂能力弱的幼嫩的細(xì)胞＞衰老的細(xì)胞全能性表現(xiàn)的條件：全能性未表現(xiàn)的原因：離體無菌、無毒的環(huán)境適宜的培養(yǎng)基(營養(yǎng)物質(zhì)和植物激素)適宜的環(huán)境條件(溫度、PH等)生物個(gè)體發(fā)育中，基因是選擇性表達(dá)的結(jié)果。利用菊花花瓣培養(yǎng)的菊花植物的花瓣是怎樣長(zhǎng)成一株完整植株的呢？

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。一、植物組織培養(yǎng)菊花花瓣愈傷組織根、芽或胚狀體植物體脫分化再分化由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過程愈傷組織重新分化成根或芽等器官的過程離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在培養(yǎng)一段間以后，通過細(xì)胞分裂，形成一種高度液泡化無定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞組成的排列疏松無規(guī)則的組織。胚狀體:像種子的胚一樣的結(jié)構(gòu)（有胚芽、胚軸、胚根）。過程:

要把一塊組織通過培養(yǎng)得到一株完整植株,應(yīng)該如何操作呢?切取形成層無菌接種誘導(dǎo)愈傷織的形成試管苗的形成培養(yǎng)室移栽脫分化再分化1.植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是什么？2.在植物組織培養(yǎng)過程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件避免雜菌在上面迅速生長(zhǎng)而危害培養(yǎng)物的生長(zhǎng)。想一想3、請(qǐng)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(jiǎn)圖。二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)番茄—馬鈴薯

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)。1、概念植物細(xì)胞A植物細(xì)胞B原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體融合正在融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁雜種細(xì)胞愈傷組織雜種植株去細(xì)胞壁纖維素酶果膠酶物理方法化學(xué)方法：離心振動(dòng)電刺激聚乙二醇細(xì)胞分裂植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞融合酶解法人工誘導(dǎo)方法2、過程二、植物體細(xì)胞雜交過程去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等）物理法：離心、振動(dòng)、電激化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）

誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合方法：雜種細(xì)胞形成的標(biāo)志：新細(xì)胞壁的形成植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志：雜種植株的形成思考：原生質(zhì)體與原生質(zhì)層是不是相同的結(jié)構(gòu)？理論基礎(chǔ)：細(xì)胞膜的流動(dòng)性、植物細(xì)胞的全能性白菜甘藍(lán)2.利用多倍體育種能獲得這種白菜-甘藍(lán)嗎？怎樣獲得？2N=142N=141.植物體細(xì)胞雜交得到的白菜甘藍(lán)是幾倍體、幾個(gè)染色體組、多少染色體，是否可育？是四倍體、四個(gè)染色體組、28條染色體、可育能，先讓兩者進(jìn)行有性雜交，對(duì)雜交所得種子在萌發(fā)成幼苗時(shí)，用秋水仙素處理，使其染色體加倍，恢復(fù)育性。思考：原生質(zhì)體誘導(dǎo)融合去壁去壁再生細(xì)胞壁再分化）（脫分化、組織培養(yǎng)白菜—甘藍(lán)具有兩個(gè)親本的特征，具有雙親的全部遺傳物質(zhì)植物組織培養(yǎng)的過程愈傷組織離體植物器官組織細(xì)胞脫分化再分化胚狀體或幼芽和根植物體植物體細(xì)胞雜交過程植物細(xì)胞A植物細(xì)胞B原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體融合雜合的原生質(zhì)體雜種細(xì)胞愈傷組織雜種植株去壁去壁生出新壁脫分化再分化比較植物組織培養(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①脫分化②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)源雜交的障礙①去除細(xì)胞壁②融合形成雜種細(xì)胞③組織培養(yǎng)膜流動(dòng)性細(xì)胞全能性染色體變異、基因重組1、為什么“番茄—馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)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，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)，所以雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯。2、動(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(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案。3、成果和未解決的問題

成果：克服不同生物遠(yuǎn)緣雜交的障礙，出現(xiàn)自然界沒有的新品種。未解決的問題：未能讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良。四、植物細(xì)胞工程的應(yīng)用（一）植物繁殖新途徑（二）作物的新品種培育（三）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1、微型繁殖(快速繁殖)（一）植物繁殖新途徑：①繁殖速度快；②保持親本優(yōu)良性狀;(無性繁殖）；③不受自然生長(zhǎng)季節(jié)的限制（室內(nèi)生產(chǎn)）。

思考：與傳統(tǒng)繁殖技術(shù)相比，有何特點(diǎn)？

2、作物脫毒（培育無病毒植株）作物脫毒材料及原因:莖尖或根尖分生區(qū)細(xì)胞這些部位含病毒極少，甚至無病毒。3、人工種子

通過植物組織培養(yǎng)的方法獲得的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等材料外面包被著人工薄膜，在適宜的條件下可以發(fā)芽成幼苗的種子。組成：①胚狀體(不定芽、頂芽和腋芽)②人工種皮（適量的無機(jī)鹽、糖類和蛋白質(zhì)；另外還有農(nóng)藥、抗生素、有益菌、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等）優(yōu)點(diǎn)：能保持親本的優(yōu)良特性不受季節(jié)、氣候和地域的限制易于儲(chǔ)藏和運(yùn)輸思考：人工種皮中應(yīng)該具有什么成分？1、單倍體育種選擇親本有性雜交F1代單倍體植株誘導(dǎo)染色體加倍可育純合子選擇所需類型

優(yōu)點(diǎn):明顯縮短育種年限得到純合子花粉離體培養(yǎng)二）.作物的新品種培育在植物組織培養(yǎng)中，培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線、化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。（2）突變體的利用2.突變體的利用篩選對(duì)人們有利突變體,進(jìn)而培育新品種（1）突變體的產(chǎn)生比較：?jiǎn)伪扼w育種：突變體的利用：植物體細(xì)胞雜交育種優(yōu)點(diǎn)：育種原理：優(yōu)點(diǎn)：育種原理：優(yōu)點(diǎn)：育