生物選修三植物細(xì)胞工程知識(shí)點(diǎn)清單?一、植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

（一）細(xì)胞工程的概念1.操作水平：細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平。2.目的：按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品。

（二）植物細(xì)胞的全能性1.概念：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)育成完整生物體的潛能。2.原理：細(xì)胞內(nèi)含有本物種的全部遺傳信息。3.實(shí)例：植物組織培養(yǎng)（胡蘿卜的組織培養(yǎng)）。4.大小比較：受精卵＞生殖細(xì)胞＞體細(xì)胞；植物細(xì)胞＞動(dòng)物細(xì)胞。

（三）植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.原理：植物細(xì)胞的全能性。2.過(guò)程離體的植物器官、組織或細(xì)胞：如根尖、莖尖、形成層細(xì)胞等。脫分化：已分化的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)后，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。脫分化形成愈傷組織，愈傷組織是一團(tuán)排列疏松而無(wú)規(guī)則、高度液泡化的、呈無(wú)定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，又可以重新分化成根或芽等器官的過(guò)程。完整植株：將再生形成的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等，包裹上人工種皮，制成人工種子，或移栽到土壤中，發(fā)育成完整植株。3.條件離體：保證細(xì)胞處于獨(dú)立狀態(tài)，不受其他細(xì)胞的干擾和影響。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：包括無(wú)機(jī)物（如水、無(wú)機(jī)鹽）和有機(jī)物（如蔗糖、維生素、氨基酸等），還需要添加植物激素（生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素）。植物激素：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)鍵性激素。在生長(zhǎng)素存在的情況下，細(xì)胞分裂素的作用呈現(xiàn)加強(qiáng)的趨勢(shì)。當(dāng)生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的比值高時(shí)，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低時(shí)，有利于芽的分化、抑制根的形成；比值適中時(shí)，促進(jìn)愈傷組織的生長(zhǎng)。無(wú)菌條件：防止微生物污染，以免影響細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化。適宜的溫度、pH和光照：溫度一般控制在25℃左右，pH為5.8左右。光照條件根據(jù)不同階段有所不同，脫分化階段一般不需要光照，再分化階段需要光照。

（四）植物體細(xì)胞雜交技術(shù)1.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)。2.過(guò)程去壁：用纖維素酶和果膠酶去除植物細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合物理法：離心、振動(dòng)、電激等?；瘜W(xué)法：用聚乙二醇（PEG）作為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)融合。原生質(zhì)體融合：融合后形成雜種細(xì)胞，包含了兩個(gè)親本細(xì)胞的遺傳物質(zhì)。植物組織培養(yǎng)：將雜種細(xì)胞通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)培育成雜種植株。3.意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，擴(kuò)大了可用于雜交的親本組合范圍，培育出自然界中沒(méi)有的新品種。

二、植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用

（一）植物繁殖的新途徑1.微型繁殖概念：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)保持優(yōu)良品種的遺傳特性。高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。不受自然生長(zhǎng)季節(jié)的限制。2.作物脫毒原因：長(zhǎng)期進(jìn)行無(wú)性繁殖的作物，易積累感染的病毒，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。方法：切取一定大小的莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，再生的植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗。應(yīng)用：目前采用莖尖組織培養(yǎng)技術(shù)已獲得脫毒苗的植物有馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等。3.人工種子概念：以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過(guò)人工薄膜包裝得到的種子。優(yōu)點(diǎn)后代無(wú)性狀分離，能保持親本的優(yōu)良性狀。不受季節(jié)、氣候和地域的限制。方便貯藏和運(yùn)輸?？梢院芊奖愕卮罅糠敝场?/p>

（二）作物新品種的培育1.單倍體育種原理：染色體變異。過(guò)程：花藥離體培養(yǎng)獲得單倍體植株，再用秋水仙素處理單倍體幼苗，使其染色體數(shù)目加倍，得到純合子植株。優(yōu)點(diǎn)明顯縮短育種年限。后代都是純合子，自交后代不發(fā)生性狀分離。2.突變體的利用原理：基因突變。過(guò)程：在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，由于培養(yǎng)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）的影響而發(fā)生突變。從這些突變體中篩選出對(duì)人們有用的突變體，進(jìn)而培育成新品種。應(yīng)用：例如，抗花葉病毒的甘蔗、抗鹽堿的煙草等。

（三）細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.細(xì)胞產(chǎn)物的種類：蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。2.培養(yǎng)技術(shù)：利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，將植物細(xì)胞培養(yǎng)到愈傷組織階段，通過(guò)發(fā)酵技術(shù)，從細(xì)胞培養(yǎng)液中獲取細(xì)胞產(chǎn)物。3.實(shí)例：人參皂甙的工廠化生產(chǎn)。人參的愈傷組織細(xì)胞中含有大量的人參皂甙，通過(guò)培養(yǎng)人參的愈傷組織細(xì)胞，提取人參皂甙，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。

三、植物細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)操作

（一）植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)材料：胡蘿卜根的韌皮部細(xì)胞。2.實(shí)驗(yàn)步驟制備MS培養(yǎng)基稱量各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如大量元素（N、P、K等）、微量元素（Fe、Mn、B等）、有機(jī)物（蔗糖、維生素、氨基酸等），按照配方要求準(zhǔn)確稱取，放入燒杯中。加入適量的蒸餾水，攪拌溶解，配制成母液。按照一定的比例取母液，加入瓊脂（凝固劑），加熱使其熔化，然后定容至所需體積，調(diào)節(jié)pH至5.8左右。外植體消毒將胡蘿卜根用流水沖洗干凈，切成1cm左右的小段。放入體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精中浸泡30s，立即取出，用無(wú)菌水沖洗23次。再放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氯化汞溶液中浸泡12min，取出后用無(wú)菌水沖洗35次。接種：在無(wú)菌操作臺(tái)上，將消毒后的胡蘿卜小段接種到MS培養(yǎng)基上，注意不要將外植體埋入培養(yǎng)基中，每瓶接種35個(gè)外植體。培養(yǎng)：將接種后的培養(yǎng)瓶放在溫度為25℃左右、光照強(qiáng)度為10001500lx、每天光照1216h的培養(yǎng)室中培養(yǎng)。觀察與記錄：定期觀察外植體的生長(zhǎng)情況，記錄愈傷組織的形成時(shí)間、顏色、質(zhì)地等變化，以及再分化形成根和芽的時(shí)間等。移栽：當(dāng)試管苗長(zhǎng)到34片葉時(shí)，打開培養(yǎng)瓶的封口膜，在培養(yǎng)室內(nèi)煉苗12天，然后將試管苗移栽到經(jīng)過(guò)消毒處理的基質(zhì)中，保持適宜的溫度、濕度和光照條件，促進(jìn)試管苗的生長(zhǎng)和發(fā)育。

（二）植物體細(xì)胞雜交實(shí)驗(yàn)（以番茄馬鈴薯為例）1.實(shí)驗(yàn)材料：番茄和馬鈴薯的體細(xì)胞。2.實(shí)驗(yàn)步驟制備原生質(zhì)體分別取番茄和馬鈴薯的葉片，用鑷子撕去下表皮，切成小塊，放入含有纖維素酶和果膠酶的混合液中，在25℃左右的條件下酶解46h，去除細(xì)胞壁，獲得原生質(zhì)體。將酶解后的混合液通過(guò)離心、過(guò)濾等方法，收集原生質(zhì)體，并用CPW溶液清洗23次，去除酶液。誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合將番茄和馬鈴薯的原生質(zhì)體按照一定的比例混合，放入離心管中，加入適量的PEG溶液，輕輕搖勻，在室溫下誘導(dǎo)融合1015min。然后加入高鈣、高pH的溶液，稀釋PEG溶液，終止融合反應(yīng)，再通過(guò)離心收集融合后的原生質(zhì)體。雜種細(xì)胞的篩選與培養(yǎng)將融合后的原生質(zhì)體接種到含有特定選擇培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中，該培養(yǎng)基中含有能抑制未融合的原生質(zhì)體生長(zhǎng)的物質(zhì)，只有雜種細(xì)胞才能生長(zhǎng)。在適宜的條件下培養(yǎng)雜種細(xì)胞，觀察雜種細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)情況，當(dāng)雜種細(xì)胞形成小的細(xì)胞團(tuán)時(shí)，將其轉(zhuǎn)移到分化培養(yǎng)基上，誘導(dǎo)再分化形成愈傷組織，進(jìn)而發(fā)育成完整的植株。雜種植株的鑒定形態(tài)學(xué)鑒定：觀察雜種植株的形態(tài)特征，如葉片形狀、植株高度、果實(shí)形狀等，與番茄和馬鈴薯親本進(jìn)行比較。染色體數(shù)目鑒定：取雜種植株的根尖，經(jīng)過(guò)固定、解離、漂洗、染色和制片等步驟，觀察染色體的數(shù)目，判斷是否為體細(xì)胞雜交后代。同工酶鑒定：分析雜種植株和雙親的同工酶譜帶，比較酶譜的差異，進(jìn)一步確定雜種植株的遺傳組成。

四、知識(shí)拓展與總結(jié)

（一）植物激素在植物組織培養(yǎng)中的作用機(jī)制生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素在植物組織培養(yǎng)中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。它們通過(guò)影響細(xì)胞的分裂、伸長(zhǎng)和分化來(lái)調(diào)控植物組織培養(yǎng)的進(jìn)程。1.生長(zhǎng)素促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)，誘導(dǎo)細(xì)胞分化，影響根的形成。生長(zhǎng)素與細(xì)胞分裂素的比值高時(shí)，有利于根的分化；比值低時(shí)，有利于芽的分化；比值適中時(shí)，促進(jìn)愈傷組織的生長(zhǎng)。2.細(xì)胞分裂素促進(jìn)細(xì)胞分裂，誘導(dǎo)芽的分化，延緩細(xì)胞衰老。與生長(zhǎng)素協(xié)同作用，調(diào)節(jié)植物組織培養(yǎng)中細(xì)胞的分裂和分化方向。

（二）植物體細(xì)胞雜交中融合方法的原理1.物理法離心、振動(dòng)、電激等方法可以使原生質(zhì)體相互接觸并融合。其原理是通過(guò)這些物理手段，改變?cè)|(zhì)體的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使其流動(dòng)性增加，從而促進(jìn)原生質(zhì)體的融合。2.化學(xué)法聚乙二醇（PEG）作為誘導(dǎo)劑，能使原生質(zhì)體的細(xì)胞膜發(fā)生融合。PEG分子具有親水性，它可以改變?cè)|(zhì)體表面的電荷分布，使原生質(zhì)體相互靠近并融合。

（三）植物細(xì)胞工程與其他生物技術(shù)的聯(lián)系1.基因工程植物細(xì)胞工程為基因工程提供了良好的受體細(xì)胞和表達(dá)系統(tǒng)。通過(guò)植物組織培養(yǎng)技術(shù)，可以將導(dǎo)入外源基因的受體細(xì)胞培育成完整的轉(zhuǎn)基因植株?；蚬こ炭梢詫?duì)植物細(xì)胞進(jìn)行遺傳改造，然后利用植物細(xì)胞工程技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的繁殖和培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因植物的快速生產(chǎn)。2.發(fā)酵工程植物細(xì)胞工程與發(fā)酵工程相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)。利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)培養(yǎng)植物細(xì)胞，再通過(guò)發(fā)酵工程的方法，從細(xì)胞培養(yǎng)液中提取和純化細(xì)胞產(chǎn)物。發(fā)酵工程可以優(yōu)化植物細(xì)胞培養(yǎng)的條件，提高細(xì)胞產(chǎn)物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

（四）植物細(xì)胞工程在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景1.培育優(yōu)良品種利用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，可以克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，培育出具有優(yōu)良性狀的新品種，如抗逆性強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)好的作物品種。通過(guò)基因工程和植物細(xì)胞工程相結(jié)合的方法，還可以培育出具有特定功能的轉(zhuǎn)基因植物，如抗蟲、抗病、抗除草劑的植物品種，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更多的選擇。2.提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)微型繁殖技術(shù)可以快速繁殖優(yōu)良品種的種苗，保證農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)穩(wěn)定。作物脫毒技術(shù)可以去除作物感染的病毒，恢復(fù)作物的優(yōu)良性狀，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。3.解決資源和環(huán)境問(wèn)題人工種子的應(yīng)用可以減少對(duì)天