細胞工程學習目標1.明確細胞工程的概念2.細胞工程的分類、植物細胞工程的主要內(nèi)容3.植物組織培養(yǎng)技術(shù)的基本操作、原理、條件4.植物體細胞雜交技術(shù)的基本操作、原理細胞工程的概念

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(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學技術(shù)。細胞工程應用的原理和方法研究的水平研究的目的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(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品概念分類植物細胞工程動物細胞工程理論基礎(chǔ)細胞的全能性前者是細胞水平或細胞器水平上生物技術(shù),后者是分子水平上的生物技術(shù)?？寺《嗬蜓蚣夹g(shù)是

水平上的技術(shù)，培育抗蟲棉是

水平上的技術(shù)。蛋白質(zhì)工程是

水平上的技術(shù)。細胞工程與基因工程相比：細胞分子思考:分子細胞工程所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ)植物細胞工程通常采用的技術(shù)手段植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交植物細胞的全能性具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。

生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，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。1、定義：2、基礎(chǔ)：3、體內(nèi)細胞未表現(xiàn)全能性的原因：基因選擇性表達的結(jié)果

一、植物細胞工程的理論基礎(chǔ)---細胞全能性4、全能性表達的條件（植物組織培養(yǎng)的條件）：內(nèi)因：離體細胞、組織或器官（為什么要離體？）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(zhì)，激素）

5、全能性的高低：①受精卵>生殖細胞（精、卵）>體細胞②體細胞：植物細胞>動物細胞③分化程度低的細胞>分化程度高的細胞④

分裂能力強的細胞>分裂能力弱的細胞二、植物組織培養(yǎng)2、理論基礎(chǔ)：植物細胞的全能性1、植物組織培養(yǎng)的概念

下列屬于植物組織培養(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)育成植株即時應用A切取接種植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的基質(zhì)無機營養(yǎng)成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有機營養(yǎng)成分①含N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸②碳源：2%—5%的蔗糖③瓊脂：起支持作用④生長激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0愈傷組織的形成愈傷組織：在人工培養(yǎng)基上由外植體長出來的一團無序生長的薄壁細胞（細胞排列疏松、無規(guī)則）。愈傷組織的形成植物組織培養(yǎng)（試管苗的形成）培養(yǎng)室試管苗大規(guī)模培養(yǎng)移栽經(jīng)過煉苗的小苗，可以和一般植物一樣進行大規(guī)模栽培植物組織培養(yǎng)外植體：從活植物體上切下進行培養(yǎng)的那部分組織或器官1）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、花粉等）2）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上3）切取所需的外植體4）將外植體接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上整個試驗在超凈工作臺上進行，保持無菌！外植體經(jīng)過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會形成愈傷組織植物組織培養(yǎng)的過程胡蘿卜外植體單個細胞愈傷組織脫分化胚狀體再分化試管植物離體的植物器官、組織或細胞脫分化（又叫去分化）愈傷組織（排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞，代謝類型是異養(yǎng)需氧型）再分化胚狀體、根或芽等器官植物體（試管苗）條件：

⑴離體⑵一定的營養(yǎng)物質(zhì)和激素(生長素、細胞分裂素)

⑶適宜的條件（無菌、適宜的溫度、pH、光照等）離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織根、芽植物體外植體A、脫分化B、再分化植物激素：細胞分裂素、生長素植物組織培養(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

生長素用量比細胞分裂素用量，比值高時，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。2、植物組織培養(yǎng)的應用：

（1）試管苗的快速繁殖（2）無病毒植物的培育（3）提取原料（4）人工種子（5）轉(zhuǎn)基因植物的培育

現(xiàn)在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡膠等幾十種植物的人工種子試種成功，但由于成本較高，中國尚未應用于生產(chǎn)。

人工種子用人工種皮包被體細胞胚，可以制造人工種子人工種皮：藻酸鈉解決有些植物結(jié)子困難、發(fā)芽率低、繁殖困難等問題人工種子結(jié)構(gòu)：人工薄膜+胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽）優(yōu)點：不受氣候、季節(jié)、地域的限制保留優(yōu)良性狀時間短，占地少技術(shù)：組織培養(yǎng)原理：細胞全能性在植物組織培養(yǎng)的過程中，為什么要進行一系列的消毒、滅菌，并且要求無菌操作？植物組織培養(yǎng)所利用的植物材料體積小、抗性差，對培養(yǎng)條件的要求較高。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。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、操作人員操作不規(guī)范等，所以植物組織培養(yǎng)過程中污染現(xiàn)象經(jīng)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(zhì)，導致培養(yǎng)物迅速死亡，實驗前功盡棄。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?！炼⒅参矬w細胞雜交1概念：不同種植物的體細胞融合成一個雜種細胞，雜種細胞發(fā)育成新的植物體的方法2理論基礎(chǔ)：細胞膜的流動性和植物細胞的全能性3過程：植物細胞A植物細胞B植物細胞A植物細胞B去壁(酶解法:纖維素酶和果膠酶)去壁原生質(zhì)體：植物細胞去掉細胞壁的部分原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體B誘導融合原生質(zhì)體A誘導融合：物理法（離心、振動、電激）化學法（PEG,聚乙二醇）融合的原生質(zhì)體融合的原生質(zhì)體物化法再生壁雜種細胞脫分化愈傷組織脫分化再生壁再分化雜種植株再分化（無性生殖）(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物體細胞雜交過程示意圖4意義：⑴克服了遠源雜交不親和性的障礙⑵擴展了用于雜交的親本范圍5未解決的問題：還不能讓雜種植物按照人們的要求表現(xiàn)出親代性狀雜種植株融合的原生質(zhì)體AB再生出細胞壁脫分化愈傷組織再分化植物細胞的融合植物組織培養(yǎng)植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細胞AB去壁去壁人工誘導方法？促進融合的方法？融合完成的標志植物細胞B回顧、植物體細胞雜交基本過程酶解法（纖維素酶、果膠酶等）物理法：離心、振動、電刺激等化學法：聚乙二醇（PEG）

1972年卡爾森等通過兩個煙草品種之間原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個體細胞雜種。背景資料1978年梅爾徹斯(Melchers)等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細胞雜種——“Potamato”。但還未得到地上結(jié)番茄地下結(jié)馬鈴薯。

目前，已得到栽培煙草與野生煙草、栽培大豆與野生大豆、秈稻與野生稻、秈稻與粳稻、小麥與鵝冠草等細胞雜種及其后代，獲得了有價值的新品系或育種上有用的新材料。問題為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，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—番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)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(zhì)一樣有序表達，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。白菜甘藍白菜－甘藍即時應用1、在下列選項中，不需要采用植物組織培養(yǎng)技術(shù)的是(

)A．利用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗，獲得多倍體植株B．利用花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株C．利用基因工程培養(yǎng)抗棉鈴蟲的棉花植株D．利用細胞工程培養(yǎng)“番茄—馬鈴薯”雜種植株A問題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(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請設計出具體實驗方案。異想天開1、細胞全能性的概念、全能性大小的比較2、植物組織培養(yǎng)的概念、原理、過程。3、植物組織培養(yǎng)實驗所需的條件：離體、無菌、培養(yǎng)基、環(huán)境條件。4、植物體細胞雜交的概念、原理、過程。本節(jié)課內(nèi)容小結(jié)【解析】

只有將離體植物細胞或組織培養(yǎng)成具有生根發(fā)芽能力的胚狀結(jié)構(gòu)，再包上人造種皮，才能得到人工種子，而②是未分化的愈傷組織，不具有生根發(fā)芽能力，只有在分化培養(yǎng)基上培養(yǎng)后，才能用于制造人工種子?！敬鸢浮?/p>

D2．(2011·蘇北四市調(diào)研)下圖為白菜與甘藍體細胞雜交育成白菜—甘藍雜種植株的示意圖。請據(jù)此回答：(1)圖中①過程用到的酶是________，作用的結(jié)果是獲得________。(2)在②過程中，常用的化學誘導劑是________，若在容器中放置若干a、b，誘導完成且假設所有細胞發(fā)生了融合(只考慮細胞兩兩融合)，然后經(jīng)③過程，形成的d細胞的類型有________種，從中選出________進行培養(yǎng)。(3)圖中④過程是________，④⑤過程合稱________技術(shù)?！敬鸢浮?/p>

(1)纖維素酶和果膠酶(具有活力)原生質(zhì)體(2)聚乙二醇(PEG)

3雜種細胞(3)脫分化植物組織培養(yǎng)

(2011·泰州模擬)我國植物學家將名貴蘭花的莖尖細胞放在培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)，最終發(fā)育成完整的新植株。下圖是細胞培養(yǎng)形成蘭花植株示意圖，請據(jù)圖分析回答：(1)過程③和④分別表示__________和__________。(2)在培養(yǎng)過程中，除了提供水分、無機鹽、糖類、維生素及氨基酸外，還需要在培養(yǎng)基中加入________________。同時，在培養(yǎng)過程中，除必需的溫度、光照和氧氣等外界條件外，成功的另一個關(guān)鍵是操作過程必須保證________。(3)從育種的角度看，植物組織培養(yǎng)與有性生殖相比，優(yōu)勢主要有(列舉2條)：____________________________。(4)植物組織培養(yǎng)的過程中，可以對__________進行化學或物理的誘變處理，促使其發(fā)生突變，再通過誘導分化形成植株，從中選育出優(yōu)良品種。(5)若將蘭花的莖尖細胞換成蘭花的花粉粒經(jīng)組織培養(yǎng)形成植株，這種育種方法稱為____________，其優(yōu)點是________________?！敬鸢浮?/p>

(1)脫分化再分化(2)植物激素(或植物激素類似物)無菌(3)能保持親本的優(yōu)良性狀；培養(yǎng)周期短，繁殖效率高；能培育無病毒植株(4)愈傷組織(5)單倍體育種縮短育種年限，培育的品種一定是純種【答案】

(1)脫分化再分化(2)植物激素(或植物激素類似物)無菌(3)能保持親本的優(yōu)良性狀；培養(yǎng)周期短，繁殖效率高；能培育無病毒植株(4)愈傷組織(5)單倍體育種縮短育種年限，培育的品種一定是純種(1)微型繁殖，實際上是一種無性繁殖，能保持親本的一切優(yōu)良性狀，這項技術(shù)只運用了植物組織培養(yǎng)，因此該過程只涉及有絲分裂，不涉及減數(shù)分裂。(2)微型繁殖具有選材少，培養(yǎng)周期短，繁殖率高，便于自動化管理等優(yōu)點，有利于進行工廠化培養(yǎng)。(3)作物脫毒，人工種子中的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽的獲得采用的技術(shù)還是微型繁殖。

(2011·揚州模擬)如圖為植物體細胞雜交流程圖，請回答下列問題：(1)制備原