专题植物细胞工程在基本技术

1、 1细胞工程是指应用细胞生物学和分子细胞工程是指应用细胞生物学和分子 生物学的原理和方法，通过细胞水平生物学的原理和方法，通过细胞水平 或细或细 胞器水平上的操作，按照人的胞器水平上的操作，按照人的 意愿来改变细胞内的遗传物质或获得意愿来改变细胞内的遗传物质或获得 细胞产品的一门综合科学技术。细胞产品的一门综合科学技术。2理论上每个活细胞都具有全能性。理论上每个活细胞都具有全能性。3细胞全能性的大小依次是：受精卵细胞全能性的大小依次是：受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞。体细胞。4植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。5植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和

2、细胞的全能植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和细胞的全能 性。性。6人工诱导原生质体融合的方法有物理法人工诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激离心、振动、电激) 和化学法和化学法(聚乙二醇处理聚乙二醇处理)。自读教材自读教材夯基础夯基础 1细胞工程的概念细胞工程的概念 2细胞的全能性细胞的全能性 (1)含义：具有某种生物含义：具有某种生物 的任何一个细胞，都的任何一个细胞，都具有具有 的潜能。的潜能。 (2)影响全能性表达的原因：在特定的时间和空间条件下，细影响全能性表达的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有胞中的基因会有 地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的地表

3、达出各种蛋白质，从而构成生物体的全部遗传信息全部遗传信息发育成完整生物体发育成完整生物体不同组织和器官。不同组织和器官。选择性选择性返回学车问答 ask.jsyst 学车问题回答驾驶员模拟考试2016 jsyst 科目一 科目二 科目三 科目四 1请比较基因工程和细胞工程的概念，总结二者的不同。请比较基因工程和细胞工程的概念，总结二者的不同。 提示：提示：(1)操作水平：基因工程是分子水平的操作，细胞工操作水平：基因工程是分子水平的操作，细胞工程是细胞水平或细胞器水平的操作。程是细胞水平或细胞器水平的操作。 (2)目的：基因工程的目的是创造出符合人们需要的新的生目的：基因工程的目的是创造出符合

4、人们需要的新的生物类型和生物产品，细胞工程的目的是按照人的意愿改变细胞物类型和生物产品，细胞工程的目的是按照人的意愿改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。内的遗传物质或获得细胞产品。 2理论上每种活细胞都具有全能性，请分析细胞具有全能理论上每种活细胞都具有全能性，请分析细胞具有全能性的原因。性的原因。 提示：提示：活细胞都具有发育成该物种个体所需的全套遗传物活细胞都具有发育成该物种个体所需的全套遗传物质。质。跟随名师跟随名师解疑难解疑难 1细胞全能性的实质细胞全能性的实质 已经分化的体细胞已经分化的体细胞(或细胞核或细胞核)仍具有本物种个体发育所需仍具有本物种个体发育所需要的全套遗传物质，即每个

5、细胞都有发育成个体所需要的全部要的全套遗传物质，即每个细胞都有发育成个体所需要的全部基因。基因。 2细胞全能性大小的比较细胞全能性大小的比较 (1)植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞(动物细胞只有细胞核具有全能性动物细胞只有细胞核具有全能性)。 (2)受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞(精子、卵细胞精子、卵细胞)体细胞。体细胞。 (3)体细胞：分化程度低的体细胞：分化程度低的分化程度高的；细胞分裂能力分化程度高的；细胞分裂能力强的强的细胞分裂能力弱的；幼嫩的细胞细胞分裂能力弱的；幼嫩的细胞衰老的细胞。衰老的细胞。 (4)随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。随着细胞分化程度的不断提高，细胞

6、的全能性逐渐降低。 3植物细胞表现全能性的条件植物细胞表现全能性的条件材料材料离体的细胞、组织或器官离体的细胞、组织或器官培养基培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素外界条外界条件件无菌操作；无菌操作；光照：愈伤组织的形成和生长需要避光照：愈伤组织的形成和生长需要避光培养，分化培养需见光光培养，分化培养需见光 特别提醒特别提醒 (1)全能性一定由一个细胞全能性一定由一个细胞(或细胞核或细胞核)发育成完整个体中体发育成完整个体中体现出来，反之，不能称为全能性。如选择干细胞培育成某一器现出来，反之，不能称为全能性。如选择干细胞培育成某一器官，

7、其过程不属于细胞的全能性。官，其过程不属于细胞的全能性。 (2)全能性的原理是细胞具有发育成完整个体所必需的全能性的原理是细胞具有发育成完整个体所必需的“全全套套”基因而不是基因而不是“全部全部”基因，因此含一个染色体组的配子中也基因，因此含一个染色体组的配子中也有全套基因，同样具有全能性。有全套基因，同样具有全能性。1理论基础理论基础植物细胞的植物细胞的 。2操作流程操作流程全能性全能性 (1)脱分化：让脱分化：让 的细胞，经过诱导后，失去其特有的细胞，经过诱导后，失去其特有的的 而转变成未分化细胞，进而形成而转变成未分化细胞，进而形成 的过的过程。程。 (2)再分化：再分化： 在一定的培养

8、条件下，分化在一定的培养条件下，分化出出 ，进而形成完整小植株的过程。，进而形成完整小植株的过程。已经分化已经分化结构和功能结构和功能愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织幼根和芽幼根和芽3胡萝卜的组织培养过程胡萝卜的组织培养过程 4植物组织培养技术概念植物组织培养技术概念 在在 条件下，将条件下，将 的植物器官、组织、细胞，的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生生 ，最终形成完整的植株。，最终形成完整的植株。无菌和人工控制无菌和人工控制离体离体愈伤组织、丛芽愈伤组织、丛芽 结合胡萝卜的组织培养实验，思考

9、下列问题：结合胡萝卜的组织培养实验，思考下列问题： (1)在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？灭菌，并且要求无菌操作？ 提示：提示：避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。危害培养物的生长。 (2)为什么切取胡萝卜根的形成层？其他部分也能培养成小为什么切取胡萝卜根的形成层？其他部分也能培养成小植株吗？植株吗？ 提示：提示：胡萝卜根的形成层容易诱导形成愈伤组织，其他部胡萝卜根的形成层容易诱导形成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困

10、难些。分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。 (3)诱导愈伤组织的过程中是否都应避光培养？诱导愈伤组织的过程中是否都应避光培养？ 提示：提示：不一定。用不同植物、同一植物不同部位的组织细不一定。用不同植物、同一植物不同部位的组织细胞，诱导出愈伤组织所需的条件不一定相同。胞，诱导出愈伤组织所需的条件不一定相同。跟随名师跟随名师解疑难解疑难1植物组织培养的过程植物组织培养的过程2植物组织培养中脱分化与再分化过程的比较植物组织培养中脱分化与再分化过程的比较过程过程名称名称过程过程形成体特点形成体特点条件条件脱分脱分化化离体器官、离体器官、组织、细胞组织、细胞成为愈伤组成为愈伤组织织排列疏松、高

11、排列疏松、高度液泡化的薄度液泡化的薄壁细胞团壁细胞团离体；离体；提供营养物质提供营养物质(有机物、无机物有机物、无机物)；提提供激素供激素(生长素、细胞分生长素、细胞分裂素等裂素等)；提供其他适提供其他适宜条件宜条件(温度、无菌等温度、无菌等)再分再分化化愈伤组织成愈伤组织成为幼苗或胚为幼苗或胚状体结构状体结构有根、芽或有有根、芽或有生根发芽的能生根发芽的能力力 3植物激素在植物组织培养中的作用植物激素在植物组织培养中的作用生长素生长素/细胞分裂素的比值细胞分裂素的比值作用效果作用效果比值高时比值高时促进根分化、抑制芽形成促进根分化、抑制芽形成比值低时比值低时促进芽分化、抑制根形成促进芽分化、

12、抑制根形成比值适中比值适中促进愈伤组织形成促进愈伤组织形成 特别提醒特别提醒外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织及生理状况的不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。脱分化相对比较容易，而植物的茎、叶和成熟的组织较难。自读教材自读教材夯基础夯基础 1概念概念 将两个来自不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成一将两个来自不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成一个个 ，并且把杂种细胞培养成，并且把杂种细胞培养成 的方法。的方法。 2过程过程杂种细胞杂种细

13、胞新的植物体新的植物体 (1)去壁：用去壁：用 去除植物细胞壁，获去除植物细胞壁，获得原生质体。得原生质体。 (2)诱导原生质体融合的方法：诱导原生质体融合的方法： 物理法：物理法： 等。等。 化学法：用化学法：用 诱导。诱导。纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶离心、振动、电激离心、振动、电激聚乙二醇聚乙二醇 1结合教材结合教材P36图图25思考下列问题：思考下列问题： (1)如何去除植物体细胞的细胞壁？如何去除植物体细胞的细胞壁？ (2)原生质体融合的原理是什么？原生质体融合的原理是什么？ (3)原生质体融合完成的标志是什么？原生质体融合完成的标志是什么？ 提示：提示：(1)利用纤维素酶和果胶

14、酶。利用纤维素酶和果胶酶。 (2)细胞膜具有一定的流动性。细胞膜具有一定的流动性。 (3)杂种细胞再生出细胞壁。杂种细胞再生出细胞壁。 2植物体细胞杂交产生的植物体细胞杂交产生的“白菜白菜甘蓝甘蓝”，用传统的方法，用传统的方法可否产生？可否产生？ 提示：提示：不能，因为不同物种之间存在生殖隔离。不能，因为不同物种之间存在生殖隔离。跟随名师跟随名师解疑难解疑难 1植物体细胞杂交的过程植物体细胞杂交的过程 过程是原生质体的获取。常用方法是酶解法去除细胞壁，过程是原生质体的获取。常用方法是酶解法去除细胞壁，所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。这样可以获得具有活力的原所用到的酶是纤维素酶和果胶酶。这样可以获

15、得具有活力的原生质体。生质体。 过程是原生质体间的融合。该过程必须要借助一定的技过程是原生质体间的融合。该过程必须要借助一定的技术手段进行人工诱导。人工诱导的方法基本分为两大类术手段进行人工诱导。人工诱导的方法基本分为两大类物物理法和化学法。物理法包括离心、振动、电激等，化学法一般理法和化学法。物理法包括离心、振动、电激等，化学法一般用聚乙二醇用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂来诱导细胞融合。作为诱导剂来诱导细胞融合。 过程是杂种细胞形成。杂种细胞形成的标志是杂种细胞过程是杂种细胞形成。杂种细胞形成的标志是杂种细胞再生出细胞壁。在此过程中活跃的细胞器是高尔基体。再生出细胞壁。在此过程中活跃的细胞器

16、是高尔基体。 过程是杂种植株的产生。通过植物组织培养的方法将过程是杂种植株的产生。通过植物组织培养的方法将杂种细胞培育成杂种植株。杂种细胞培育成杂种植株。 2植物体细胞杂交过程中的注意事项植物体细胞杂交过程中的注意事项 (1)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖且浓度略大于植植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖且浓度略大于植物细胞质浓度，目的是蔗糖不仅为原生质体提供营养，而且还物细胞质浓度，目的是蔗糖不仅为原生质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。 (2)体细胞融合成功后培养基中共有体细胞融合成功后培养基中共有5种细胞类型种

17、细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有，其中融合细胞类型有3种种(AA、BB、AB)，而，而真正符合要求的是真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。，因此要对融合细胞进行筛选。 (3)体细胞杂交过程中涉及遗传知识：体细胞杂交过程中涉及遗传知识： 从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术没有生殖细胞的形成和结合，应属于无性生殖，变异类型应是染色体数目的变形成和结合，应属于无性生殖，变异类型应是染色体数目的变异，但由于含有两个亲本的遗传物质，因此具有两个亲本的遗异，但由于含有两个亲本的遗传物质，因此具有两个亲本的遗传性状。传性状。

18、 体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞，不管染色体、基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。若一植物细胞含基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。若一植物细胞含有有2x条染色体，条染色体，2个染色体组，基因型为个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞，另一植物细胞含有含有2y条染色体，条染色体，2个染色体组，基因型为个染色体组，基因型为ccDd，则新植株应，则新植株应为异源四倍体，其体细胞中染色体为为异源四倍体，其体细胞中染色体为(2x2y)条，条，4个染色体组，个染色体组，基因型为基因型为AabbccDd。 培育新品种的过程中，遗传物质的传递不

19、遵循孟德尔的培育新品种的过程中，遗传物质的传递不遵循孟德尔的遗传定律，只有在有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传定遗传定律，只有在有性生殖进行减数分裂过程中才符合遗传定律，而体细胞杂交没有此过程。律，而体细胞杂交没有此过程。 例例1下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植下图表示四倍体兰花叶片通过植物组织培养形成植株的过程，相关叙述中正确的是株的过程，相关叙述中正确的是 () A和和阶段会发生减数分裂阶段会发生减数分裂 B阶段需生长素而阶段需生长素而阶段需细胞分裂素阶段需细胞分裂素 C阶段有细胞增殖但无细胞分化阶段有细胞增殖但无细胞分化 D此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体此兰花的花药离

20、体培养所得植株为二倍体 思路点拨思路点拨 精讲精析精讲精析图中图中是脱分化，是脱分化，、是再分化。是再分化。和和阶段会发生有丝分裂。阶段会发生有丝分裂。阶段和阶段和阶段都需生长素和细胞分裂阶段都需生长素和细胞分裂素，只是二者比例不同。此兰花的花药离体培养所得植株为单素，只是二者比例不同。此兰花的花药离体培养所得植株为单倍体。倍体。 答案答案C具有全能性具有全能性实现全能性实现全能性 (1)理论上每个活细胞都具有全能性。理论上每个活细胞都具有全能性。 (2)只有发育为完整个体才能说实现了细胞全能性，即实现只有发育为完整个体才能说实现了细胞全能性，即实现全能性的终点是个体，而不是组织、器官等。全能

21、性的终点是个体，而不是组织、器官等。 下列有关细胞全能性的叙述，正确的是下列有关细胞全能性的叙述，正确的是 () A植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全 套基因套基因 B高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能 现出全能性现出全能性 C植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所 含基因不同含基因不同 D紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有 全能性全能性 解析：解析：细胞具有全能性的原因是

22、细胞具有发育成完细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，整个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，同样具有全能性；植物体内细胞没有表现出全能性，这是同样具有全能性；植物体内细胞没有表现出全能性，这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果；细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果；种子发育成植株，是正常生命历程，不属于全能性；细胞种子发育成植株，是正常生命历程，不属于全能性；细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官。全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官。 答案：答案：B 例例2据下图回答问题：据下图回答问题： (1)过程过程是用是用_处理细胞的细处理细胞的细胞壁，后经胞壁，后经过程诱导原生质体融合，实际融合的过程中原生过程诱导原生质体融合，实际融合的过程中原生质体可能会形成质体可能会形成_种细胞团种细胞团(只考虑两只考虑两个细胞融合的情况个细胞融合的情况)。是是_的过程，与此过程密的过程，与此过程密切相关的细