1、專題2 細胞工程,細胞工程是指應(yīng)用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學技術(shù)。,細胞工程,原理和方法： 研究的水平： 研究的目的： 分類：,細胞生物學和分子生物學,細胞水平或細胞器水平,按照人們的意愿來改變細胞的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品,植物細胞工程和動物細胞工程,2.1植物細胞工程,2.1.1植物組織培養(yǎng)技術(shù)及其應(yīng)用,理論基礎(chǔ),植物細胞工程,植物組織培養(yǎng) 植物體細胞雜交,植物細胞的全能性,通常采用的技術(shù)手段,一、細胞的全能性,1、概念：,1)受精卵,生殖細胞,具有分生能力的體細胞,2、全能性的比較,2

2、)植物細胞全能性一般比動物細胞強,指具有某種生物的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。 即每個生物細胞都具有全能性的特點。,成熟的體細胞,4、表現(xiàn)全能性的條件,處于離體狀態(tài)的植物細胞，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件作用下，就可能表現(xiàn)出全能性。,-組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ),基因選擇性表達結(jié)果,3、細胞不表現(xiàn)全能性的原因：,獲取離體組織,二、植物組織培養(yǎng)技術(shù),1、實驗-胡蘿卜的組織培養(yǎng),脫分化,再分化,愈傷組織,試管苗,(外植體),接種至 培養(yǎng)基上,接種到分化培養(yǎng)基上,無菌,植物組織培養(yǎng)的相關(guān)概念,已分化的細胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后失去特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化的細胞的過程。,愈傷

3、組織繼續(xù)培養(yǎng)，重新分化出根和芽，形成試管苗的過程。,是指在植物組織培養(yǎng)中，一些分化的細胞，經(jīng)過激素的誘導(dǎo)，脫分化后形成的具有分生能力的薄壁細胞。,(3)脫分化：,(2)愈傷組織：,(4)再分化：,植物組織培養(yǎng)中作為離體培養(yǎng)材料的器官或組織。,(1)外植體:,培養(yǎng)基中要有一定濃度的無機物、有機物和植物激素(生長素和細胞分裂素)，適宜的pH； 培養(yǎng)過程應(yīng)提供無菌環(huán)境,避光，適宜溫度。,所需條件？,是一種高度液泡化、無定形狀態(tài)的薄壁細胞， 細胞排列疏松, 無規(guī)則, 具有分生能力,細胞特點？,(已分化的細胞),(未分化的細胞),(已分化的細胞),植物組織培養(yǎng)的流程簡圖:,在有光時，往往容易形成維管組織

4、，而不易形成愈傷組織。,思考：在植物組織培養(yǎng)中為什么選用含形成層細胞做為外植體？,因為這些細胞全能性較強，容易脫分化形成愈傷組織。,雜菌不但會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，還會生成大量有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物死亡。,思考：在組織培養(yǎng)過程中為什么要強調(diào)無菌操作？,思考：決定細胞脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？,植物激素 當細胞分裂素與生長素共同使用時，能促進愈傷組織的形成。當細胞分裂素與生長素濃度比高時，有利于芽的發(fā)生；當細胞分裂素與生長素濃度比低時，有利于根的發(fā)生。,P42,2、植物組織培養(yǎng)概念：,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、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)

5、條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。,2.1.1植物組織培養(yǎng)技術(shù)及其應(yīng)用,一、細胞的全能性,1、概念,2、全能性的比較,3、表現(xiàn)全能性的條件,二、植物組織培養(yǎng)技術(shù),1、實驗-胡蘿卜的組織培養(yǎng),2、植物組織培養(yǎng)概念,C,1、下列有關(guān)全能性的表述中，不正確的是( ) .理論上，生物體的每個細胞都含有該生物的全套基因，具有全能性 .植物細胞雖然具有全能性，但并不是所有的細胞都能表達全能性 .植物細胞只有生長點細胞具有全能性，而其他部位細胞沒有全能性 .植物細胞的全能性較高，而動物細胞的全能性較低,2、組織培養(yǎng)過程中，愈傷組織能形成幼苗的過程屬于 A.分化 B.脫分化 C.再分化 D.

6、分裂,C,3、在植物組織培養(yǎng)過程中，愈傷組織的形成和形態(tài)發(fā)生是十分關(guān)鍵的一步。而這除需要必備的營養(yǎng)和一些刺激因素外，還需要有起誘導(dǎo)作用的物質(zhì)，它們是( ) A.銅、鋅等微量元素 B.細胞分裂素和生長素 C.蔗糖和葡萄糖 D.維生素和氨基酸,B,4、甘薯種植多年后易積累病毒而導(dǎo)致品種退化。目前生產(chǎn)上采用莖尖分生組織離體培養(yǎng)的方法快速繁殖脫毒的種苗，以保證該品種的品質(zhì)和產(chǎn)量水平。這種通過分生組織離體培養(yǎng)獲得種苗的過程不涉及細胞的 A.有絲分裂 B.分化 C.減數(shù)分裂 D.全能性,C,反饋練習,1.下列屬于組織培養(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)

7、D.未受精的卵發(fā)育成動物,A,2.在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的（ ） A.消毒滅菌 B.適宜的溫度 C.充足的光照 D.適宜的養(yǎng)料和激素,C,3.要將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成完整植株，不需要（ ） A.具有完整細胞核的細胞 B.離體狀態(tài) C.導(dǎo)入外源基因 D.一定的營養(yǎng)物質(zhì)和激素,C,三、植物體細胞雜交技術(shù),不可能,因為不同種生物之間存在著生殖隔離。,這幅番茄馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？,雜種植株,融合的原生質(zhì)體AB,再生壁,脫分化,愈傷組織,再分化,1、植物體細胞雜交的過程,植物細胞的融合,植物組織培養(yǎng),植物細胞A,植物細胞

8、B,原生質(zhì)體B,原生質(zhì)體A,雜種細胞AB,去掉細胞壁,去掉細胞壁,人 工 誘 導(dǎo),融合完成的標志,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有沒有一種溫和的去壁方法呢？ 3兩個原生質(zhì)體能發(fā)生融合與細胞膜的什么特性有關(guān)？ 4在細胞雜交過程中，除了形成AB型融合細胞外，還能形成什么類型融合細胞？ 5.如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生了融合，下一步該做何處理？,請閱讀課本P36-37思考下面幾個問題：,植物細胞 A(馬鈴薯),植物細胞 B（番茄）,原生質(zhì)體 A,原生質(zhì)體 B,再生出細胞壁,方法？,促融方法？,類型？,遺傳物質(zhì)？,去除細胞壁,原生質(zhì)體融合的過程,雜種植株(馬鈴

9、薯番茄),細胞分裂,愈傷組織,雜種細胞,1、過程,三、植物體細胞雜交技術(shù),含有兩種細胞全部的遺傳物質(zhì).,篩選和組織培養(yǎng),植物細胞A和植物細胞B雜交時，產(chǎn)生了AB和AA、BB型3種類型的融合細胞,物理法（離心、振動、電激等）、 化學法（聚乙二醇）,用纖維素酶、果膠酶分解細胞壁（酶解法）,1、植物體細胞雜交的過程,制備原生質(zhì)體,誘導(dǎo)原生質(zhì)體的融合,三、植物體細胞雜交技術(shù),篩選和組織培養(yǎng),植物細胞A和植物細胞B雜交時，產(chǎn)生了AB和AA、BB型3種類型的融合細胞,物理法（離心、振動、電激等）、 化學法（聚乙二醇）,用纖維素酶、果膠酶分解細胞壁（酶解法）,1、植物體細胞雜交的過程,制備原生質(zhì)體,誘導(dǎo)原生

10、質(zhì)體的融合,三、植物體細胞雜交技術(shù),植物體細胞雜交技術(shù)包括兩大過程： 植物細胞融合、植物組織培養(yǎng),2、植物體細胞雜交技術(shù)的概念,將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術(shù)。,3、植物體細胞雜交技術(shù)的原理,細胞膜的流動性、細胞的全能性,4、細胞融合成功的標志：,雜種細胞產(chǎn)生新的細胞壁,5、植物體細胞雜交技術(shù)完成的標志：,獲得雜種植株,白菜,甘藍,白菜甘藍,6、意義,克服不同生物遠緣雜交的障礙，培育出自然界沒有的新品種。,7、成果,成功培育出白菜甘藍等新品種，并在生產(chǎn)上有較高應(yīng)用價值。,P38 思考與探究,因為生物基因的表達不是孤立的，而是相互調(diào)控、相互影

11、響的。在雜交植株的細胞中，兩個物種的遺傳物質(zhì)的表達受到相互干擾，不能有序表達。,1.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？,2.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(shè)計出具體實驗方案。,2.1.1 植物細胞工程的基本技術(shù),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,1、若番茄體細胞中染色體組成為AA，馬鈴薯體細胞中染色體組成為BB，則雜種細胞中染色體組成是怎樣的？ 2.將若干番

12、茄和馬鈴薯的原生質(zhì)體混合，用聚乙二醇處理后，轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)基上培養(yǎng)，使原生質(zhì)體再生出細胞壁。這時在培養(yǎng)基上的細胞類型有（ ） 番茄細胞 馬鈴薯細胞 番茄馬鈴薯細胞 番茄番茄細胞 馬鈴薯馬鈴薯細胞 A. B. C. D.,（AABB）,D,3.如圖植物體細胞雜交過程示意圖。 1）步驟是 ，最常用的方法是 處理。 2）步驟常用化學試劑是 ，其作用是 。 3）在雜種細胞培育成雜種植株過程中，運用的技術(shù)手段是 ，步驟是 ，步驟是 。 4）若親本A和親本B都是二倍體，則雜種植株為 倍體。,除去細胞壁,聚乙二醇,纖維素酶和果膠酶,誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合,植物組織培養(yǎng),脫分化,再分化,四,選擇：,1、植物體細胞雜交的

13、過程實質(zhì)是（ ） A、細胞質(zhì)融合的過程 B、細胞核融合的過程 C、細胞膜融合的過程 D、細胞原生質(zhì)體融合的過程,D,2、在植物細胞工程中，當原生質(zhì)體融合成一個細胞后，需要誘導(dǎo)產(chǎn)生細胞壁，參與這一過程的細胞器（ ） A、葉綠體、高爾基體 B、線粒體、高爾基體 C、葉綠體、線粒體 D、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng),B,3、下列有關(guān)植物體細胞雜交的敘述，正確的是 用酶解法去掉細胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體 誘導(dǎo)兩種植物的原生質(zhì)體融合，進而形成雜種細胞 植物體細胞雜交的最終目的是獲得細胞代謝產(chǎn)物 植物體細胞雜交技術(shù)可以克服不同種間遠緣雜交不親和的障礙 A、 B、 C、 D、,D,4、基因型為AaBb的水稻（24條染

14、色體）的花藥通過無菌操作，接入試管后，在一定條件下培養(yǎng)形成試管苗。 愈傷組織是花粉細胞不斷分裂后形成的不規(guī)則的細胞團愈傷組織形成中，必須從培養(yǎng)基中獲得 和小分子有機物等營養(yǎng)物質(zhì)。 要促進花粉細胞分裂生長，培養(yǎng)基中應(yīng)有 和_兩類激素。,水、無機鹽,細胞分裂素,生長素,組織培養(yǎng)技術(shù)不能直接用于（ ） A、快速繁殖 B、培育無病毒植株 C、植物產(chǎn)品的工廠化生產(chǎn) D、培養(yǎng)抗病菌植株 用組織培養(yǎng)技術(shù)繁殖植物體時，不可能發(fā)生的是（ ） A、基因重組 B、基因突變 C、染色體變異 D、染色體分離,D,A,無性生殖,有性生殖,2.1.2 植物細胞工程的實際應(yīng)用,一、植物繁殖的新途徑,1、植物的微型繁殖技術(shù),概

15、念: 是指用于快速繁殖優(yōu)良植物品種的植物組織 培養(yǎng)技術(shù)。,特點：保持優(yōu)良品種的遺傳特性； 高效快速地實現(xiàn)種苗繁殖; 不受自然生長季節(jié)的限制。,2、作物脫毒,材料: 方法: 結(jié)果: 實例：,分生區(qū)細胞(如莖尖),莖尖組織培養(yǎng)技術(shù),獲得脫毒苗,在馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等經(jīng)濟作物上已經(jīng)獲得成功。,3、神奇的人工種子,你認為人工種皮中(人工胚乳)的有效成分是什么呢？,人工種子中包括適量的無機鹽、有機碳源及農(nóng)藥、抗生素、有益菌、植物生長調(diào)節(jié)劑等。,人工種子是指以植物組織培養(yǎng)技術(shù)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。人工薄膜能保持胚狀體的活力，有利于貯藏運輸和萌發(fā)。

16、,(2)組成：,胚狀體、作為保護性外殼的人工種皮和提供發(fā)育所需營養(yǎng)的人工胚乳三部分組成,(1)概念：,下圖為一人工種子。下列與人工種子培育過程的有關(guān)敘述中不正確的是 （ ） A人工種子一般是用離體的植物細胞通過組織培養(yǎng)技術(shù)獲得 B胚狀體是由愈傷組織分化而成，離體細胞只有形成愈傷組織才能表現(xiàn)出全能性 C同一批次人工種子可以保證具有相同的基因型 D胚狀體是由未分化的，具有分裂能力細胞構(gòu)成,二、作物新品種的培育,1)單倍體育種 2)突變體的利用,三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),1)種類:蛋白質(zhì),脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等。 2)方法:植物的組織培養(yǎng)。 3)成果：人參皂甙的工業(yè)化生產(chǎn),1）單倍體育種：

17、,方法:,花藥離體培養(yǎng),過程：,優(yōu)點:,后代穩(wěn)定遺傳,都是純合體;,明顯縮短育種年限。,世界第一個作物新品種-單育1號煙草,2)突變體的利用,在植物組織培養(yǎng)過程當中，培養(yǎng)細胞一直處于不斷分裂狀態(tài)，容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而發(fā)生突變。,抗花葉病毒的甘蔗、 抗鹽堿的野生甘草、 抗除草劑的白三葉草等,原理：,實例：,篩選對人們有利的突變體,進而培育新品種,方法:,植物組織培養(yǎng),利用:,問題：工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本過程是什么？ 第一步，選擇人參根作為外植體進行培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過培養(yǎng)選擇找到增殖速度快而且細胞內(nèi)人參皂甙含量高的細胞株作為種質(zhì)，其中一部分作為保存用，以備下一次生產(chǎn)用，一部分

18、進行發(fā)酵生產(chǎn)。,第三步，將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細胞進行破碎，從中提取人參皂甙。,第二步，將第一步選擇到的細胞株在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進行液體培養(yǎng)，增加細胞數(shù)量。,P42 思考與探究,1.通過查閱資料，請你再列舉出植物組織培養(yǎng)技術(shù)在我們生活中的另外一些應(yīng)用。,a. 拯救瀕危植物； b. 提供食品制作的原料； c. 利用愈傷組織進行轉(zhuǎn)基因操作。,2.請查閱植物人工種子制備技術(shù)的詳細過程，設(shè)計出制備技術(shù)的主要流程圖。,外植體誘導(dǎo)植物愈傷組織體細胞胚的誘導(dǎo)體細胞胚的成熟體細胞胚的機械化包裹貯藏或種植,3.請查閱相關(guān)文獻，設(shè)計出一種植物花藥組織培養(yǎng)和染色體加倍的實驗流程。,1、下圖是人工種子的結(jié)構(gòu)簡圖，對其

19、敘述不正確的是 A.人工種子的胚乳中含有胚狀體發(fā)育所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，還可以添加農(nóng)藥和植物激素 B.人工種子可以工業(yè)化生產(chǎn)，播種人工種子可節(jié)省大量糧食 C.人工種子克服了有些作物品種繁殖能力差、結(jié)子困難或發(fā)芽率低等問題 D.人工種子的胚狀體還未分 化出胚芽、胚軸、胚根等結(jié)構(gòu),D,2、植物的組織培養(yǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景，請分析： （1）組織培養(yǎng)技術(shù)不能直接用于（ ） A、快速繁殖 B、培育無病毒植株 C、生產(chǎn)人工種子 D、培養(yǎng)抗病菌植株 （2）用組織培養(yǎng)技術(shù)繁殖植物體時，不可能發(fā)生的是 A、基因重組 B、基因突變 C、染色體變異 D、染色體分離,D,A,3、下面所列過程是植物組織培養(yǎng)

20、的簡略過程。 脫分化再分化 請據(jù)此回答： （1）表示 ，它能被培養(yǎng)成的根本原因是 。 （2）表示 ，它的細胞特點是 ， 。 （3）若想制造人工種子，應(yīng)選擇（寫編號） 。 （4）若是花藥，則是 ，這項技術(shù)可用在 上。 （5）若是胡蘿卜根尖細胞，則培養(yǎng)成的的葉片的顏色是 ，這說明根尖細胞 。,含有表達葉綠體的基因,離體的植物器官、組織、細胞,植物細胞具有全能性,愈傷組織,細胞排列疏松，,高度液泡化無定形狀態(tài)，具有分生能力的薄壁細胞。,單倍體植株,單倍體育種,綠色,（1）胚狀體來源于離體的植物體細胞，其形成過程中要經(jīng)過的生理變化大體上是 和 ，在這一過程中被培養(yǎng)的細胞始終受 的調(diào)節(jié)。 （2）從保證人

21、工種子正常的生命力及生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)上來看，其外部薄膜應(yīng)具有 的特點。在人工種子萌發(fā)的過程中胚狀體細胞吸收營養(yǎng)液中的物質(zhì)用于 等。 （3）在人工種子中被包入的菌肥通常是 。,4、制造人工種子的原理是在組織培養(yǎng)得到的“胚狀體”的最外面用一層有機膜包裹，并在薄膜以內(nèi)放入一些營養(yǎng)物質(zhì)，這層膜和這些營養(yǎng)物質(zhì)分別具有種皮和胚乳的功能（如右圖所示）。在制造過程中還可以加入某些農(nóng)藥、肥料、固氮菌等。據(jù)此回答下列問題：,脫分化,再分化,植物激素,半透性、能被微生物降解,生長、發(fā)育,固氮菌,1、植物的微型繁殖技術(shù)是指（ ） A植物體細胞雜交技術(shù) B嫁接 C營養(yǎng)繁殖 D植物組織培養(yǎng),課堂演練,2、科學工作者把胡蘿卜的韌皮部細胞分離