一

植物細胞工程第2章

細胞工程二

動物細胞工程三

胚胎工程

“其芽茸茸，其葉青青，猶綠衣郎，挺節(jié)獨立，可敬可慕。迨夫花開，凝晴露，萬態(tài)千妍，薰風自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎！”這是我國歷史上第一部蘭譜中對蘭花的一段描述。從古至今，我國很多人喜歡養(yǎng)蘭花。但是蘭花種子通常發(fā)育不全，在自然條件下萌發(fā)率極低；傳統(tǒng)分株繁殖的方式，又存在繁殖周期長、繁殖率低等問題，如果靠自然繁殖，蘭花的價格可想而知了。世上最貴的蘭花鬼蘭（幽靈蘭）市場價格高達1500萬每株。

如此，如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入尋常百姓家呢？從社會中來利用植物組織培養(yǎng)技術可以大量、快速地培育蘭花。蓮瓣蘭2.體現全能性的標志：種子發(fā)育成植株，體現了植物種子的全能性。（

）胡蘿卜韌皮部細胞發(fā)育成完整植株。（

）受精卵發(fā)育成個體。（

）胚胎干細胞分化成其他種類的細胞。（)×√√√一、植物細胞的全能性1.定義：細胞經過分裂和分化后，仍然具有產生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能，即細胞具有全能性。細胞→完整個體或其他各種細胞生長發(fā)育過程中細胞沒有體現全能性的原因：生物體內所有細胞都能表現出全能性嗎？芽原基只能發(fā)育為芽，葉原基只能發(fā)育為葉體現了全能性嗎？基因在特定時間、空間條件下選擇性表達。4.植物細胞具有全能性的原因：一般來說，生物體的每一個細胞都含有該物種所持有的全套遺傳信息。5.細胞全能性大小的比較：一般來說，細胞分化程度越高，全能性

；隨著細胞分化程度的不斷提高，細胞的分裂能力和全能性

。越低逐漸降低(1)不同種生物細胞:(2)同種生物不同細胞：植物細胞

動物細胞受精卵

生殖細胞

體細胞＞（動物細胞具有全能性，但目前只有細胞核能體現全能性）＞一、植物細胞的全能性(3)同種生物不同體細胞的全能性大?。河啄鄣募毎?/p>

衰老的細胞＞＞

不是每個活細胞都有全能性，例如哺乳動物成熟的紅細胞。潛能表現出全能性怎么才能表現出來呢？資料：1958年Steward利用胡蘿卜韌皮部誘導分化產生了胚狀體，這是人類第一次獲得了人工胚狀體，并獲得個體植株。①離體②一定的營養(yǎng)物質、植物激素③適宜的溫度、pH等外界條件④無菌環(huán)境二、植物組織培養(yǎng)技術

植物組織培養(yǎng)技術是指將離體植物器官、組織或細胞等，培養(yǎng)在人工配置的培養(yǎng)基上，給予適當的培養(yǎng)條件，誘導其形成完整個體的技術。閱讀教材P35頁，回答下列問題。1.組織培養(yǎng)技術的原理什么？基本培養(yǎng)過程有哪些？2.什么是外植體？3.什么是脫分化？愈傷組織有什么特點？4.什么是再分化？二、植物組織培養(yǎng)技術移栽成活1.概念：

植物組織培養(yǎng)技術是指將

植物器官、組織或細胞等，培養(yǎng)在

上，給予

，誘導其形成

的技術。離體的人工配制的培養(yǎng)基適當的培養(yǎng)條件完整植株2.理論基礎（原理）：植物細胞的全能性3.過程：移栽成活二、植物組織培養(yǎng)技術脫分化再分化植物組織培養(yǎng)的流程接種外植體離體培養(yǎng)的植物器官、組織或細胞。脫分化誘導愈傷組織細胞排列疏松且無規(guī)則、高度液泡化、無葉綠體、不定形的薄壁組織團塊。離體條件下已分化的細胞經過誘導，失去特有的結構和功能，重新獲得分裂能力。誘導生芽再分化愈傷組織能重新分化成芽、根等器官。誘導生根移栽成活該實驗具體如何操作呢？二、植物組織培養(yǎng)技術愈傷組織既有細胞增殖，又有細胞分化。1.實驗原理：①植物細胞一般具有全能性。②在一定的激素和營養(yǎng)等條件的誘導下，已經分化的細胞可以經過脫分化和再分化，形成胚狀體，長出芽和根，進而發(fā)育成完整的植株。③植物激素中生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素，它們的濃度、比例等都會影響植物細胞的發(fā)育方向。三、探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)2.材料用具幼嫩的菊花莖段、體積分數70%的酒精，質量分數為5%左右的次氯酸鈉溶液和無菌水，50mL錐形瓶（或植物組織培養(yǎng)瓶）。植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基：MS培養(yǎng)基

(P116)。分裂旺盛，更容易誘導形成愈傷組織。植物組織培養(yǎng)瓶（1）培養(yǎng)基名稱：

；（2）物理性質：

；（3）碳源：

。拓展1：植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基配方

P116MS培養(yǎng)基

固體培養(yǎng)基有機碳源（蔗糖）三、探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)作為碳源，提供能量。①無機營養(yǎng)成分(水和無機鹽)②有機營養(yǎng)成分(蔗糖、氨基酸、維生素等)③特定濃度和比例的激素(主要是生長素和細胞分裂素)

生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素。它們的濃度、比例都會影響植物細胞的發(fā)育方向。細胞分裂素生長素

芽分化愈傷組織根分化巧記：裂芽生根中愈傷結果比值≈1比值＜1比值＞1促進芽的分化促進根的分化促進愈傷組織的形成生長素用量細胞分裂素用量三、探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)三、探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟消毒：切割：將消過毒的外植體置于無菌的培養(yǎng)皿中→用無菌濾紙吸去表面的水分→用解剖刀將外植體切成0.5～1cm長的小段。酒精30S無菌水2-3次次氯酸鈉溶液30min材料：幼嫩的菊花莖段2-3次無菌水洗消毒與無菌水沖洗切割與接種0.5?1cm①制備外植體三、探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟雙手、超凈工作臺臺面:用酒精擦拭

為什么要進行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？雜菌和植物細胞之間可能有哪些關系?避免雜菌在上面迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物生長。種間競爭、寄生。在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3～1/2插入誘導愈傷組織的培養(yǎng)基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口。不能倒插，

(形態(tài)學上端朝上,應使形態(tài)學下端接觸培養(yǎng)基）三、探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟②接種外植體接

種③培養(yǎng)愈傷組織培養(yǎng)將接種了外植體的錐形瓶置于18～22℃的培養(yǎng)箱中無光培養(yǎng)有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。見光后愈傷組織形成維管組織。脫分化三、探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟④誘導生芽和生根②接種到誘導生根培養(yǎng)基①培養(yǎng)15?20d后，接種到誘導生芽培養(yǎng)基③進一步誘導形成試管苗注意：①注意順序，先誘導生芽，再誘導生根。②該過程每日需要給予適當時間和強度的光照（有利于葉綠素的形成）。再分化移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內生長幾日。用流水清洗掉根部的培養(yǎng)基后，將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長壯后再移栽入土。每天觀察并記錄幼苗的生長情況，適時澆水、施肥，直至開花。三、探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)3.方法步驟⑤試管苗移栽生殖方式：無性生殖分裂方式：有絲分裂胚狀體：離體培養(yǎng)條件下，沒有經過受精過程，但經過胚胎發(fā)育過程形成的胚狀類似物，因而統(tǒng)稱為體細胞胚或胚狀體。胚狀體途徑器官發(fā)生途徑外植體脫分化愈傷組織再分化生芽生根或胚狀體生長發(fā)育試管苗（移栽到大田）三、探究·實踐

菊花的組織培養(yǎng)1.下圖表示植物組織培養(yǎng)的一般過程。下列相關說法錯誤的是(

)A.過程a指的是脫分化，過程c指的是再分化B.此技術依據的原理是植物細胞的全能性C.b→d的過程不需要光照D.生長素含量高時，有利于根的形成C離體的植物器官、組織或細胞abcd完整的植物體2.(2022·北京延慶高二期中)下圖為用取自基因型為AaBb的胡蘿卜韌皮部細胞培育出胡蘿卜小苗的過程，下列敘述中不正確的是（

）A.a→b過程是通過細胞有絲分裂完成的B.b→c→d過程發(fā)生了細胞分化C.a→b過程中使用的培養(yǎng)基中應含有機碳源和氮源D.雜合植株經上述過程獲得的幼苗會出現性狀分離D3、玉米是一種主要的農作物，為了提高玉米的產量，科學家在玉米育種和栽培中作了大量的研究。如圖是關于玉米培養(yǎng)的過程，據圖判斷下列說法中錯誤的是(

)從繁殖原理上分析，A→D屬于無性生殖植株D和G中的染色體組數不同E→G不能體現細胞的全能性E→F過程中獲得的植株一般不用于大田生產C4.如圖為植物組織培養(yǎng)過程，下列有關說法正確的是()A.實驗中②試管中細胞的全能性最高B.④試管中培育出的個體都是純合子C.①→②過程需要光照D.①→④過程培養(yǎng)基保持不變A5.（2019.全國Ⅲ38）培養(yǎng)胡蘿卜根組織可獲得試管苗，獲得試管苗的過程如圖所示。回答下列問題。（1）利用胡蘿卜根段進行組織培養(yǎng)可以形成試管苗。用分化的植物細胞可以培養(yǎng)成完整的植株，這是因為植物細胞具有__________。（2）步驟③切取的組織塊中要帶有形成層，原因是________________________。（3）從步驟⑤到步驟⑥需要更換新的培養(yǎng)基，其原因是________________________

。在新的培養(yǎng)基上愈傷組織通過細胞的__________過程，最終可形成試管苗。（4）步驟⑥要進行照光培養(yǎng)，其作用是________________________。（5）經組織培養(yǎng)得到的植株，一般可保持原品種的________________________，這種繁殖方式屬于____________繁殖。全能性形成層容易誘導形成愈傷組織

再分化有利于誘導葉綠素形成和植物光合作用遺傳特性

無性

①隨培養(yǎng)時間的增加培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質減少、有害代謝產物的積累會抑制愈傷組織的分裂、分化。②形成愈傷組織后，需要調整培養(yǎng)基中生長素與細胞分裂素用量的比例，以影響植物細胞的發(fā)育方向6.如圖表示菊花莖段細胞通過無菌操作接種到試管培養(yǎng)基上后，在一定的條件下，形成試管苗的培育過程，請據圖回答下列問題：(1)要促進細胞分裂生長，培養(yǎng)基中應有營養(yǎng)物質和激素。營養(yǎng)物質包括________和小分子有機物，激素包括細胞分裂素和________兩類植物激素。(2)此過程依據的原理是__________________。A和B階段主要進行的分裂方式是_________，B階段除了細胞分裂外，還進行細胞_____等。(3)此過程要無菌操作，主要是指對________進行滅菌處理。B階段需要光照，原因是_______________________________________________。(4)試管苗的根細胞沒有葉綠素，而葉的葉肉細胞具有葉綠素，這是基因___________的結果。無機物生長素植物細胞的全能性有絲分裂分化培養(yǎng)基芽發(fā)育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照條件選擇性表達1.通過有性雜交能實現嗎？為什么？西紅柿土豆×【思考.討論】不能，不同種物種間存在生殖隔離。植物體細胞雜交技術2.有沒有方法可以打破生殖隔離，實現遠緣雜交育種，獲得“番茄-馬鈴薯雜種植株”呢？四、植物細胞雜交技術（一）概念

將不同來源的植物細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。

融合實例+=白菜甘藍白菜-甘藍合作探究一：請同學們自主閱讀教材P36-38，小組合作思考討論完成問題。

1.你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？2.用什么方法可以溫和地去除細胞壁而不傷害原生質體？3.人工誘導原生質體間的融合方法有哪些？與細胞膜的什么特性有關？4.細胞融合后，共有幾種細胞類型？符合要求的是哪種？5.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，下一步如何將雜種細胞培育成雜種植株？四、植物細胞雜交技術（二）過程：（1）去除細胞壁B細胞A原生質體B原生質體去壁去壁A細胞四、植物細胞雜交技術方法：原理：目的：酶解法（用纖維素酶和果膠酶）利用酶的專一性去除細胞壁，獲得原生質體。細胞壁（纖維素和果膠）脫去細胞壁的細胞1.兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？2.用什么方法可以溫和地去除細胞壁而不傷害原生質體？酶溶液中一般加入一定濃度的無機鹽離子和甘露醇，維持滲透壓，防止原生質體吸水過多而漲破。注意：區(qū)分原生質體和原生質層細胞壁細胞膜細胞質液泡細胞核指的是脫去細胞壁的細胞。包括：細胞膜、細胞質、細胞核。原生質體成熟植物細胞的細胞膜、液泡膜和介于這兩層膜之間的細胞質。原生質層原生質層四、植物細胞雜交技術B細胞A原生質體B原生質體去壁去壁A細胞正在融合的原生質體融合方法：原理：細胞膜具有流動性（二）過程：四、植物細胞雜交技術（2）誘導融合物理方法：

①電融合法

②離心法等化學方法：

①聚乙二醇(PEG)融合法

②高Ca2+—高pH融合法是雜交過程中的一個關鍵環(huán)節(jié)（3）再生細胞壁：B細胞A原生質體B原生質體去壁去壁A細胞正在融合的原生質體融合再生出細胞壁雜種細胞（二）過程：四、植物細胞雜交技術②新細胞壁的形成與哪些細胞器有關：高爾基體、線粒體①融合完成的標志：______________________________融合的原生質體再生出細胞壁四、植物細胞雜交技術思考：

若只考慮原生質體的兩兩融合，A種原生質體與B種原生質體融合后，有哪幾種類型？而我們需要的是哪種類型？所以原生質體融合后，我們要進行怎樣的處理？番茄細胞原生質體馬鈴薯細胞原生質體PEG未融合的細胞雜種細胞自身融合的細胞等量混合因此要對融合后的原生質體進行篩選。植物組織培養(yǎng)脫分化再分化（二）過程：融合成功標志原生質體融合植物體細胞雜交（完成標志：形成雜種植株）四、植物細胞雜交技術雜種植株雜種植株的染色體數雜種植株的染色體組數雜種植株的基因組成生殖類型變異類型無性繁殖，不遵循孟德爾定律染色體數目變異兩親本染色體數之和。2n+2m兩親本染色體組數之和。2+2兩親本基因型之和。AaBbCcDd四、植物細胞雜交技術思考：A植物的染色體數目為2n，基因型為AaBb。B植物的染色體數目為2m，基因型為CcDd。根據植物體細胞雜交技術的相關原理，小組合作思考討論完成表格。

異源四倍體通過植物體細胞雜交技術得到的雜種植株，理論上是可育的，原因是：雜種植株含有兩整套遺傳物質，減數分裂時同源染色體能正常聯會，形成正常配子。二植物體細胞雜交技術利用這項技術，科學家培育出了白菜—甘藍、普通小麥—長穗偃麥草等雜種植株。與普通白菜相比，“白菜—甘藍”具有生長周期短、耐熱性強、易貯藏等優(yōu)點。由此可見，通過植物體細胞雜交可以逾越種間、屬間的雜交屏障，這是培育新品種的一條有效途徑。打破生殖隔離，實現遠緣雜交育種，培育植物新品種。四、植物細胞雜交技術（三）意義：+=白菜甘藍白菜-甘藍思考：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、地下結馬鈴薯？

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。有可能雜交不成功，即使雜交成功也可能不產生人們想要的性狀。四、植物細胞雜交技術（四）缺點植物細胞工程的基本技術1、植物組織培養(yǎng)技術2、植物體細胞雜交技術植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交技術原理過程意義聯系細胞膜的流動性和植物細胞的全能性植物細胞的全能性離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織脫分化再分化根、芽或胚狀體植物體生長發(fā)育植物組織培養(yǎng)與植物體細胞雜交技術的比較植物細胞A植物細胞B原生質體A去壁原生質體B去壁人工誘導融合的原生質體AB雜種細胞AB愈傷組織脫分化再生細胞壁雜種植株再分化保持優(yōu)良性狀,繁殖速度快、大規(guī)模生產提高經濟效益植物體細胞雜交技術應用了植物組織培養(yǎng)技術克服不同種生物遠緣雜交的障礙四、植物細胞雜交技術(1)高度分化的細胞，只有發(fā)育成一個完整的生物個體，才能體現出細胞的全能性。()(2)植物組織培養(yǎng)技術的理論基礎是植物細胞的全能性。()(3)植物激素中的生長素和赤霉素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素。()(4)植物體細胞雜交就是利用一定的方法將去除細胞壁的不同來源的植物細胞融合為雜種細胞的過程。()(5)若原生質體均為兩兩融合，則融合后的細胞有3種類型。()×√××√1.(2022·北京西城高二期末)如圖表示矮牽牛的植物組織培養(yǎng)過程，下列相關敘述正確的是()A.矮牽牛是自養(yǎng)生物，培養(yǎng)基中無需添加有機碳源B.①、②、③過程均可發(fā)生基因突變和基因重組C.植物細胞的全能性是植物組織培養(yǎng)的理論基礎D.用花粉和葉片做外植體獲得的植株基因型相同C2.