1、指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過(guò)某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，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)品的一門(mén)綜合科學(xué)技術(shù)。,應(yīng)用的原理和方法,研究的水平,研究的目的,專題2 細(xì)胞工程,前者是細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上生物技術(shù), 后者是分子水平上的生物技術(shù)。,克隆多莉羊技術(shù)是 水平上的技術(shù)， 培育抗蟲(chóng)棉是 水平上的技術(shù)。,細(xì)胞工程與基因工程相比：,細(xì)胞,分子,思考:,按操作對(duì)象分類,植物細(xì)胞工程,動(dòng)物細(xì)胞工程,專題2 細(xì)胞工程,2.1植物細(xì)胞工程,2.1.1植物組織細(xì)胞工程的基本技術(shù),專題2 細(xì)胞工程,一、細(xì)胞的全能性,1.概念：,1)受精卵,生殖細(xì)胞,具有分

2、生能力的體細(xì)胞,2.全能性的比較,2)植物細(xì)胞全能性一般比動(dòng)物細(xì)胞強(qiáng),指具有某種生物的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。 即每個(gè)生物細(xì)胞都具有全能性的特點(diǎn)。,成熟的體細(xì)胞,3.在生物體內(nèi)細(xì)胞未表現(xiàn)出全能性的原因,基因的選擇性表達(dá),4.細(xì)胞表現(xiàn)其全能性的條件,（1）首要條件：脫離母體（離體培養(yǎng)） （2）一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和植物激素 （3）適宜的環(huán)境條件,獲取離體組織,二、植物組織培養(yǎng)技術(shù),1.過(guò)程：（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(wú)菌,植物組織培養(yǎng)的相關(guān)概念,已分化的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)后失去特有的結(jié)構(gòu)和功能

3、而轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞的過(guò)程。,愈傷組織繼續(xù)培養(yǎng)，重新分化出根和芽，形成試管苗的過(guò)程。,是指在植物組織培養(yǎng)中，一些分化的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)激素的誘導(dǎo)，脫分化后形成的具有分生能力的薄壁細(xì)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:,高度液泡化、無(wú)定形狀態(tài)細(xì)胞排列疏松, 無(wú)規(guī)則, 具有分生能力的薄壁細(xì)胞.,獲取離體組織(外植體),形成試管苗(根,芽),脫分化,再分化,培養(yǎng)基中要有一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（無(wú)機(jī)物和有機(jī)物）和植物激素(生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素) ； 培養(yǎng)過(guò)程應(yīng)提供無(wú)菌環(huán)境, 遮光, 適宜的pH、適宜的溫度。,所需條件？,形成愈傷組織,培養(yǎng)

4、成正常植株,植物組織培養(yǎng)的流程簡(jiǎn)圖:,思考：在植物組織培養(yǎng)中為什么選用含形成層細(xì)胞做為外植體？,因?yàn)檫@些細(xì)胞全能性較強(qiáng)，容易脫分化形成愈傷組織。,雜菌不但會(huì)和培養(yǎng)物爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)，還會(huì)生成大量有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物死亡。,問(wèn)題：在組織培養(yǎng)過(guò)程中為什么要強(qiáng)調(diào)無(wú)菌操作？,3.概念：,植物組織培養(yǎng)就是在無(wú)菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、胚狀體，最終形成完整的植株。,2.原理：,二、植物組織培養(yǎng)技術(shù),植物細(xì)胞的全能性,下圖所示胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞通過(guò)無(wú)菌操作，接入試管后，在一定的條件下，形成試管苗的培育過(guò)程，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題

5、：,芽發(fā)育成葉，葉肉細(xì)胞中葉綠素的合成 需要光照條件,(1)要促進(jìn)細(xì)胞分裂生長(zhǎng)，培養(yǎng)基中應(yīng)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括_和小分子有機(jī)物，激素包括_ _兩類植物激素。 (2)此過(guò)程依據(jù)的原理是_ _。A和B階段主要進(jìn)行的分裂方式是_ _，B階段除了細(xì)胞分裂外，還進(jìn)行細(xì)胞_等。 (3)此過(guò)程要無(wú)菌操作，主要是指對(duì)_ _進(jìn)行滅菌消毒，B階段需要光照，原因是 。 (4)試管苗的根細(xì)胞沒(méi)有葉綠素，而葉的葉肉細(xì)胞具有葉綠素，這是基因_ _的結(jié)果。,無(wú)機(jī)物,細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素,植物細(xì)胞的全能性,有絲分裂,分化,培養(yǎng)基,選擇性表達(dá),水稻(基因型為AaBb)的花藥通過(guò)無(wú)菌操作，接入試管，經(jīng)過(guò)如下過(guò)程培育試管苗

6、。以下選項(xiàng)中正確的是（ ）,Aa用花藥離體培養(yǎng)法獲得單倍體植株；b通過(guò)有絲分裂產(chǎn)生愈傷組織； c培養(yǎng)基中至少應(yīng)有乙烯和脫落酸； d試管苗的生長(zhǎng)發(fā)育不需要光照 Ba用花藥離體培養(yǎng)法獲得二倍體植株； b通過(guò)減數(shù)分裂產(chǎn)生愈傷組織；c培養(yǎng)基中至少應(yīng)有生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素；d試管苗的生長(zhǎng)發(fā)育不需光照,C,Ca用花藥離體培養(yǎng)法獲得單倍體植株；b通過(guò)有絲分裂產(chǎn)生愈傷組織； c培養(yǎng)基中至少應(yīng)有生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素； d試管苗的生長(zhǎng)發(fā)育需要光照 Da用花藥離體培養(yǎng)法獲得二倍體植株；b通過(guò)有絲分裂產(chǎn)生愈傷組織；c培養(yǎng)基中至少應(yīng)有乙烯和脫落酸；d試管苗的生長(zhǎng)發(fā)育需要光照,1你認(rèn)為兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞完成融合，遇到的

7、第一個(gè)障礙是什么？ 2有沒(méi)有一種溫和的去壁方法呢？ 3.誘導(dǎo)兩個(gè)原生質(zhì)體發(fā)生融合的方法有哪些？ 4兩個(gè)原生質(zhì)體能發(fā)生融合與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？ 5在細(xì)胞雜交過(guò)程中，能形成什么類型的融合細(xì)胞？,請(qǐng)大家閱讀課本P36-37思考下面幾個(gè)問(wèn)題：,三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù),植物細(xì)胞 A(馬鈴薯),植物細(xì)胞 B（番茄）,原生質(zhì)體 A,原生質(zhì)體 B,融合成功標(biāo)志：生出新的細(xì)胞壁,去除細(xì)胞壁,雜種植株(馬鈴薯番茄),脫分化,愈傷組織,雜種細(xì)胞,三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù),篩選和組織培養(yǎng),制備原生質(zhì)體,誘導(dǎo)原生質(zhì)體的融合,用纖維素酶、果膠酶分解細(xì)胞壁（酶解法）,物理法（離心、振動(dòng)、電激等） 化學(xué)法（聚乙二醇）,（植

8、物細(xì)胞A和植物細(xì)胞B雜交時(shí)，產(chǎn)生了AB和AA、BB3種類型的融合細(xì)胞）,再分化,兩個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)之和,雜種植物染色體數(shù)目=,原理：,細(xì)胞膜的流動(dòng)性和細(xì)胞的全能性,融合成功的標(biāo)志：,雜種細(xì)胞形成新的細(xì)胞壁,植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志：,獲得雜種植株,三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù),三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù),2.概念,就是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)。,3.意義和未解決的問(wèn)題,意義：克服不同生物遠(yuǎn)緣雜交的障礙，出 現(xiàn)自然界沒(méi)有的新品種。,未解決的問(wèn)題：未能讓雜種植物按照人們 的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀。,白菜,甘藍(lán),白菜甘藍(lán),4.植物細(xì)胞雜交技術(shù)的成果,

9、(1)圖中完成植物體細(xì)胞融合的過(guò)程是(填編號(hào))_。 (2)圖中過(guò)程是_，過(guò)程是_，過(guò)程合稱_ _。 (3)圖中過(guò)程用到的酶是_ _，作用的結(jié)果是形成_。之所以要用它們是要除去_。 (4)在過(guò)程中，可用的化學(xué)誘導(dǎo)劑是_，可用的物理方法是_ _。若在容器中放置若干ab結(jié)構(gòu)，誘導(dǎo)完成且假設(shè)所有細(xì)胞都發(fā)生了融合，然后經(jīng)過(guò)程，形成的d細(xì)胞的類型有_種(這里僅考慮2個(gè)原生質(zhì)體的相互融合)，從中選出_進(jìn)行培養(yǎng)。,再分化,脫分化,植物組織培養(yǎng),纖維素酶和果膠酶,原生質(zhì)體,細(xì)胞壁,聚乙二醇,振動(dòng)、電刺激、離心,3,雜種植株,(6 )e稱為_(kāi) _，f稱為_(kāi) _。 (7)這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是_ _。 （8）利用植物體細(xì)

10、胞雜交的方法培育作物新品種的過(guò)程中，遺傳物質(zhì)的傳遞是否遵循孟德?tīng)柕倪z傳規(guī)律？為什么？_ _。,不遵循。因?yàn)橹挥猩镞M(jìn)行有性生殖的過(guò)程中，才遵循孟德?tīng)柕倪z傳規(guī)律，而植物體細(xì)胞雜交育種的過(guò)程不屬于有性生殖,愈傷組織,雜種植株,克服遠(yuǎn)源雜交不親和的障礙,思考與探究：,1. 生物基因的表達(dá)互相調(diào)控、相互影響，雖然雜交植株具備2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。,2.,植物材料,愈傷組織,原生質(zhì)體,動(dòng)物胚胎細(xì)胞培養(yǎng),脫分化,去細(xì)胞壁,電脈沖融合,融合的胚胎細(xì)胞培養(yǎng),分裂成胚胎,移植到受體動(dòng)物的子宮,一、細(xì)胞的全能性,1.概念,2.全能性的比較,4.表現(xiàn)全能性的條件,二、植物組織培養(yǎng)技術(shù),1

11、.過(guò)程,2.原理 3.概念,2.1.1植物組織細(xì)胞工程的基本技術(shù),3.在生物體內(nèi)細(xì)胞未表現(xiàn)出全能性的原因,三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù),1.過(guò)程、原理、完成標(biāo)志等,2.概念 3.意義和未解決的問(wèn)題 4.成果,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(gè)細(xì)胞都含有該生物的全套基因，具有全能性 .植物細(xì)胞雖然具有全能性，但并不是所有的細(xì)胞都能表達(dá)全能性 .植物細(xì)胞只有生長(zhǎng)點(diǎn)細(xì)胞具有全能性，而其他部位細(xì)胞沒(méi)有全能性 .植物細(xì)胞的全能性較高，而動(dòng)物細(xì)胞的全能性較低,2.組織培養(yǎng)過(guò)程中，愈傷組織能形成幼苗的過(guò)程屬于 A.分化 B.脫分化 C.再分化 D.分裂,C,3.在植物組織培養(yǎng)

12、過(guò)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(yíng)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(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)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(guò)分生組織離體培養(yǎng)獲得種苗的過(guò)程不涉及細(xì)胞的 A.有絲分裂 B.分化 C.減數(shù)分裂 D.全能性,C,離體組織(外植體),試管苗,脫分化,再分化,愈傷組織,正常植株,植物組織培養(yǎng)的流程簡(jiǎn)圖:,培養(yǎng),植物細(xì)胞 A(馬鈴薯),植物細(xì)胞 B（番茄）,原

13、生質(zhì)體 A,原生質(zhì)體 B,融合成功標(biāo)志：生出新的細(xì)胞壁,雜種植株(馬鈴薯番茄),脫分化,愈傷組織,雜種細(xì)胞,三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù),篩選和組織培養(yǎng),制備原生質(zhì)體,誘導(dǎo)原生質(zhì)體的融合,用纖維素酶、果膠酶分解細(xì)胞壁（酶解法）,物理法（離心、振動(dòng)、電激等） 化學(xué)法（聚乙二醇）,（植物細(xì)胞A和植物細(xì)胞B雜交時(shí)，產(chǎn)生了AB和AA、BB3種類型的融合細(xì)胞）,再分化,兩個(gè)細(xì)胞染色體數(shù)之和,雜種植物染色體數(shù)目=,桫欏：國(guó)家列為一類保護(hù)植物，白堊紀(jì)時(shí)期遺留下來(lái)的珍貴樹(shù)種，的出現(xiàn)距今約三億多年。,1孢子數(shù)量多，但死亡也多。 2萌發(fā)至形成幼孢子體費(fèi)時(shí)達(dá)1年以上。 3發(fā)育過(guò)程對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格。,思考：經(jīng)濟(jì)苗木、名貴花卉

14、、珍稀植物等自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易保持，有沒(méi)有一種方法可以解決上述問(wèn)題呢？,概念: 優(yōu)點(diǎn):,快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。,1)高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖 2)（無(wú)性生殖）保持優(yōu)良品種的遺傳特性,、微型繁殖技術(shù),（快速繁殖技術(shù)）,一、植物繁殖的新途徑,生姜是藥食兩用的經(jīng)濟(jì)作物，具有栽培容易、產(chǎn)量高、價(jià)格高等特點(diǎn)，近年在各地發(fā)展很快。但是生姜在生產(chǎn)上長(zhǎng)期采用無(wú)性繁殖，容易感染多種病毒病，使生姜品質(zhì)變差，葉子皺縮，生長(zhǎng)緩慢，一般減產(chǎn)30%50%。怎樣培育無(wú)毒的生姜幼苗？ 提示：病毒容易沿植物體的維管組織傳播，而分生區(qū)中缺乏維管系統(tǒng)，因此病毒極少，甚至無(wú)病毒。,2、作物

15、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。,材料:,方法:,結(jié)果:,一、植物繁殖的新途徑,分生區(qū)（如莖尖）的細(xì)胞,莖尖組織培養(yǎng)技術(shù),獲得脫毒苗,思考：微型繁殖試管苗的生產(chǎn)不受自然環(huán)境的限制，具有快速繁殖和保持優(yōu)良品種的遺傳特性的優(yōu)點(diǎn)，但是貯藏和運(yùn)輸相當(dāng)困難。 而天然種子由于有種皮的保護(hù)，方便儲(chǔ)藏和運(yùn)輸，但是一些作物優(yōu)良雜種的后代會(huì)因發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性；另外天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)等自然環(huán)境條件限制，一般每年只繁殖12次，有些甚至十幾年才繁殖一次，并且需要占用大量的土地。能否一種替代品，既有微型繁殖試管苗也有天然種子的優(yōu)點(diǎn)？,3、人工種子,通過(guò)植物

16、組織培養(yǎng)的方法獲得的胚狀體、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。,（1）優(yōu)點(diǎn) 培植周期短 后代無(wú)性狀分離，保持優(yōu)良特性 不受季節(jié)、氣候和地域的限制 易于儲(chǔ)藏和運(yùn)輸,（2）人工種子的結(jié)構(gòu),人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長(zhǎng)成小植株的關(guān)鍵部分，請(qǐng)?zhí)接懭斯しN皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么？為了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育，我們還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？,（3）人工種皮的有效成分：,加入適量的養(yǎng)分、無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)碳源以 及農(nóng)藥、抗生素、有益菌、植物生長(zhǎng)調(diào) 節(jié)劑等。,1.單倍體育種,二 、作物新品種的培育,體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個(gè)體,單倍體定義：,由配子不經(jīng)過(guò)受精作用而直

17、接發(fā)育成的個(gè) 體，例：蜜蜂中的雄蜂。,單倍體形成：,長(zhǎng)得弱小，而且高度不育,單倍體植株的特點(diǎn)：,1、單倍體育種,選擇 親本,有性 雜交,F1代,花藥離 體培養(yǎng),單倍體 植 株,人工誘導(dǎo) 染色體加倍,可 育 純合子,選擇所 需類型,過(guò)程,優(yōu)點(diǎn) 后代都是純合子，能穩(wěn)定遺傳 明顯縮短育種年限，加速育種進(jìn)程,2、突變體的利用,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)，易受到培養(yǎng)條件和外界 壓力的影響而產(chǎn)生突變,產(chǎn)生：,篩選對(duì)人們有利突變體,進(jìn)而培育新品種,利用：,成就：,二 、作物新品種的培育,已篩選到抗病、抗鹽、含高蛋白及高產(chǎn)的 突變體，如抗煙草花葉病毒的甘蔗。,蛋白質(zhì),脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等,細(xì)胞產(chǎn)物種類：,植物的組織培養(yǎng),技術(shù)：,成就：,三、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)來(lái)大量生產(chǎn)人參皂 甙干粉,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. 轉(zhuǎn)基因植物的培育,也要用到植物組織培養(yǎng)的方法.,小結(jié),、微型繁殖技術(shù),（快速繁殖技術(shù)）,一、植物繁殖的新途徑,2、作物脫毒,3、人工種子,1.單倍體育種,二 、作物新品種