第二章細(xì)胞工程第1節(jié)植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.概述植物組織培養(yǎng)的原理和過(guò)程。2.概述植物體細(xì)胞雜交的原理和過(guò)程。一

細(xì)胞工程一1.細(xì)胞工程(1)概念：應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科的原理和方法，通過(guò)細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品的一門(mén)綜合性的生物工程。(2)分類(lèi)：依據(jù)操作對(duì)象分為植物細(xì)胞工程和動(dòng)物細(xì)胞工程。植物細(xì)胞工程分為植物組織培養(yǎng)技術(shù)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。一

植物細(xì)胞全能性二2.細(xì)胞的全能性(1)概念：細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能。(2)在生物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，并不是所有細(xì)胞都表現(xiàn)出全能性的原因：在特定的時(shí)間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會(huì)選擇性地表達(dá)。(3)原因：生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)。(4)全能性的標(biāo)志：細(xì)胞→完整個(gè)體或其他各種細(xì)胞一

植物組織培養(yǎng)技術(shù)三3.植物組織培養(yǎng)(1)概念：將離體的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工配置的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其形成完整植株的技術(shù)。這些離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細(xì)胞被稱(chēng)為外植體。(2)植物組織培養(yǎng)的條件：(1)離體；(2)無(wú)菌；(3)培養(yǎng)基(種類(lèi)齊全、比例合適的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及一定比例的植物激素)；(4)適宜的培養(yǎng)條件(溫度、光照等)。(3)理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞具有全能性一

植物組織培養(yǎng)技術(shù)三3.植物組織培養(yǎng)(4)培養(yǎng)基激素：生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素是啟動(dòng)細(xì)胞分裂、脫分化和再分化的關(guān)鍵激素。它們的濃度、比例都會(huì)影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。生長(zhǎng)素用量與細(xì)胞分裂素用量的比值結(jié)果比值高有利于根的分化，抑制芽的形成比值低有利于芽的分化，抑制根的形成比值適中促進(jìn)愈傷組織的形成一

植物組織培養(yǎng)技術(shù)三3.植物組織培養(yǎng)(5)過(guò)程根、芽脫分化再分化愈傷組織離體的植物器官、組織或細(xì)胞（外植體）試管苗完整植株馴化移栽脫分化：已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過(guò)程愈傷組織：細(xì)胞排列疏松且無(wú)規(guī)則、高度液泡化、不定形的薄壁組織團(tuán)塊再分化：愈傷組織重新分化為芽、根等器官的過(guò)程。脫分化不需要光照，再分化需要光照，光照有利于葉綠體的合成。一

植物組織培養(yǎng)技術(shù)三4.菊花組織培養(yǎng)（1）理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性一

植物組織培養(yǎng)技術(shù)三4.菊花組織培養(yǎng)（2）方法步驟：接種培養(yǎng)移栽

栽培外植體消毒1.用酒精擦拭雙手和超凈工作臺(tái)面。①流水沖洗外植體(幼嫩的莖段)②酒精消毒30s③無(wú)菌水清洗2-3次④次氯酸鈉溶液處理30min→⑤無(wú)菌水清洗2-3次2.①將消毒過(guò)的外植體置于無(wú)菌培養(yǎng)皿，用無(wú)菌濾紙吸去表面水分，用解剖刀將外植體切成0.5-1cm長(zhǎng)的小段②在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3～1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。③用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上做好標(biāo)記。3.①誘導(dǎo)愈傷組織：將接種了外植體的錐形瓶置18-22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在培養(yǎng)過(guò)程中，定期觀察和記錄愈傷組織的生長(zhǎng)情況。②誘導(dǎo)芽和根：培養(yǎng)15-20d后，將生長(zhǎng)良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽培養(yǎng)基上出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。4.移栽前先打開(kāi)封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長(zhǎng)幾日。用流水清洗掉根部的培養(yǎng)基后，將幼苗移植到消過(guò)毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長(zhǎng)壯后再移栽入土。每天觀察并記錄幼苗的生長(zhǎng)情況，適時(shí)澆水、施肥，直至開(kāi)花。珍珠巖蛭石課堂練習(xí)1.植物組織培養(yǎng)技術(shù)常用于商業(yè)化生產(chǎn)，其過(guò)程一般為：無(wú)菌培養(yǎng)物的建立→培養(yǎng)物增殖→生根培養(yǎng)→試管苗移栽及鑒定。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是A.為獲得無(wú)菌培養(yǎng)物，外植體要消毒處理后才可接種培養(yǎng)B.組織培養(yǎng)過(guò)程中也可無(wú)明顯愈傷組織形成，直接形成胚狀體等結(jié)構(gòu)C.提高培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的比值，有利于誘導(dǎo)生根D.用同一植株體細(xì)胞離體培養(yǎng)獲得的再生苗不會(huì)出現(xiàn)變異√課堂練習(xí)2.下列關(guān)于菊花組織培養(yǎng)的敘述，正確的是A.用自然生長(zhǎng)的莖進(jìn)行組織培養(yǎng)需要用適宜濃度的乙醇和次氯酸鈉的混

合液消毒B.培養(yǎng)瓶用專(zhuān)用封口膜封口可防止外界雜菌侵入并阻止瓶?jī)?nèi)外的氣體交換C.再生植株需要去除根部殘留的培養(yǎng)基進(jìn)行鍛煉后才能移種大田D.試管苗鍛煉時(shí)采用蛭石作為栽培基質(zhì)的原因是蛭石帶菌量低且營(yíng)養(yǎng)豐富√一

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)四20世紀(jì)60年代，科學(xué)家嘗試將番茄和馬鈴薯雜交，希望培育出一種地上結(jié)番茄、地下長(zhǎng)馬鈴薯的超級(jí)作物。1978年，梅爾徹斯（G.Melchers）等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的體細(xì)胞雜種植株。雖然成功地培育出植株，但這種植株并不像科學(xué)家預(yù)料的那樣，地上結(jié)番茄，地下結(jié)馬鈴薯，可仍具有劃時(shí)代的意義，為植物體細(xì)胞雜交在生活生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用拉開(kāi)了帷幕。一

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)四1.概念：將不同來(lái)源的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。2.過(guò)程：馬鈴薯細(xì)胞番茄細(xì)胞正在融合的原生質(zhì)體馬鈴薯原生質(zhì)體番茄原生質(zhì)體再分化雜種植株移栽移栽后的植株脫分化愈傷組織雜種細(xì)胞一

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)四3.關(guān)鍵步驟：(1)酶解法去壁：用纖維素酶和果膠酶去除植物細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。(2)人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法①物理法：電融合法、離心法等。②化學(xué)法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。3.原理：原生質(zhì)體融合的過(guò)程利用了細(xì)胞膜的流動(dòng)性，雜種細(xì)胞發(fā)育成雜種植株利用了植物細(xì)胞的全能性。4.意義：打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種，培育植物新品種。一

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)四4.思考：1.A種原生質(zhì)體與B種原生質(zhì)體融合后，有3種類(lèi)型(只考慮兩兩融合)，分別是AA、BB、AB，其中我們需要的是AB，所以原生質(zhì)體融合后，我們要對(duì)融合后的原生質(zhì)體進(jìn)行篩選。2.若A細(xì)胞具有2x條染色體，2個(gè)染色體組，基因型為Aabb。B細(xì)胞含有2y條染色體，2個(gè)染色體組，基因型為ccDd，則通過(guò)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)獲得的新植株的染色體條數(shù)：2x＋2y；染色體組數(shù)：4個(gè)；基因型：AabbccDd；屬于可遺傳變異類(lèi)型中的染色體數(shù)目變異。一

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)四5.總結(jié)：(1)原理①植物體細(xì)胞雜交的原理：a.細(xì)胞膜的流動(dòng)性；b.植物細(xì)胞的全能性。②植物組織培養(yǎng)的原理：植物細(xì)胞的全能性。(2)過(guò)程：植物體細(xì)胞雜交包括原生質(zhì)體融合和植物組織培養(yǎng)等過(guò)程。(3)繁殖方式：植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交都屬于無(wú)性繁殖；并且后者還能打破生殖隔離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣雜交育種。一

植物體細(xì)胞雜交技術(shù)四(4)標(biāo)志：(1)原生質(zhì)體融合成功的標(biāo)志是再生出細(xì)胞壁。(2)植物體細(xì)胞雜交的結(jié)果是獲得雜種植株?！胺选R鈴薯”雜種植株沒(méi)有如科學(xué)家所想象的那樣，地上結(jié)番茄，地下結(jié)馬鈴薯，這是為什么？主要原因：生物體內(nèi)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“番茄—馬鈴薯”雜種植株的細(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)相互干擾，它們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)。

課堂練習(xí)3.人參皂苷是人參的主要活性成分。科研人員分別誘導(dǎo)人參根與胡蘿卜根產(chǎn)生愈傷組織并進(jìn)行細(xì)胞融合，以提高人參皂苷的產(chǎn)率。下列敘述錯(cuò)誤的是A.細(xì)胞融合前應(yīng)去除細(xì)胞壁B.高Ca2＋—高pH溶液可促進(jìn)細(xì)胞融合C.融合的細(xì)胞即為雜交細(xì)胞D.雜交細(xì)胞可能具有生長(zhǎng)快速的優(yōu)勢(shì)√課堂練習(xí)4.如圖為植物體細(xì)胞雜交技術(shù)的流程圖，其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細(xì)胞，所含有的染色體組