第2.1.1节：植物细胞工程的基本技术

1、 19961996年年7 7月月5 5日日, ,世界第一只世界第一只-克隆羊克隆羊多利多利, , 动物体细动物体细胞克隆技术，胞克隆技术， 也揭开细胞工程更深层次发展的序幕也揭开细胞工程更深层次发展的序幕! !原理和方法原理和方法_生物学和生物学和_生物学生物学操作水平操作水平_水平或水平或_水平水平目的目的按照人的意愿来改变细胞内的按照人的意愿来改变细胞内的_或获得或获得_分类分类_细胞工程和细胞工程和_细胞工程细胞工程细胞细胞分子分子细胞细胞细胞器细胞器遗传物质遗传物质细胞产品细胞产品植物植物动物动物所采用技术的理论基础 植物细胞工程通常采用的技 术 手 段 植物组织培养植物组织培养 植物

2、体细胞杂交植物体细胞杂交植物细胞的全能性植物细胞的全能性1.细胞膜细胞膜2.细胞壁细胞壁3.细胞质细胞质4.叶绿体叶绿体5.高尔基体高尔基体 6.核仁核仁7.核基质核基质8.核膜核膜9.染色质染色质10.核孔核孔 11.线粒体线粒体12.内质网内质网13.游离的核糖体游离的核糖体14.液泡液泡15.内质网上的核糖体内质网上的核糖体细胞核细胞核一、细胞的全能性即：已分化的细胞仍具有发育成完整新个体的潜能一、细胞的全能性细胞分化 细胞分化是指由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态结构和生理功能上发生稳定性的差异的过程一、细胞的全能性细胞分化是否意味着细胞中遗传物质发生改变？为什么细胞分化是否意味着

3、细胞中遗传物质发生改变？为什么? ? 同样来自一个受精卵同样来自一个受精卵, ,且每个细胞都携带有相同的遗传且每个细胞都携带有相同的遗传信息信息, ,为什么还会出现差异为什么还会出现差异? ? 一、细胞的全能性即：已分化的细胞仍具有发育成完整新个体的潜能生物体的每一个细胞都含本物种生物体的每一个细胞都含本物种的的全套遗传物质全套遗传物质，都有发育成完，都有发育成完整个体的整个体的全套基因全套基因。一、细胞的全能性要在什么条件下才能表现出全能性？离体状态、无菌条件、完全营养物质（水、无机盐、维生素）激素（细胞分裂素、生长素）、适宜温度、pH等一、细胞的全能性1 1）受精卵）受精卵生殖细胞生殖细胞

4、( (配子、精子、卵细胞配子、精子、卵细胞) )体细胞体细胞全能性大小的比较？全能性大小的比较？2 2）植物细胞）植物细胞 动物细胞强动物细胞强3 3）体细胞：）体细胞：分化程度低的细胞分化程度低的细胞 分化程度高的细胞分化程度高的细胞分裂能力强的细胞分裂能力强的细胞 分裂能力弱的细胞分裂能力弱的细胞幼嫩的细胞幼嫩的细胞 衰老的细胞衰老的细胞一、细胞的全能性植物的组织培养、花药的离体培养、克隆技术等二、植物组织培养技术在_和_的条件下，将_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，诱导其产生_、丛芽，最终形成完整植株。无菌人工控制离体愈伤组织也叫：外植体也叫：外植体

5、如：茎尖、根尖如：茎尖、根尖 适宜的温度、适宜的温度、PH值、值、 养料、激素、充足氧气、光养料、激素、充足氧气、光条件条件性性二、植物组织培养技术愈伤组织离体的植物细胞、组织或器官幼根、芽或胚状体完整植株脱分化再分化脱分化：脱分化：已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而变成未分化的细胞。脱分化的细有的结构和功能而变成未分化的细胞。脱分化的细胞成为薄壁细胞，叫胞成为薄壁细胞，叫愈伤组织愈伤组织。再分化：再分化：由愈伤组织重新分化出根、芽等器官，由愈伤组织重新分化出根、芽等器官，形成完整植株的过程。形成完整植株的过程。二、植物组织培养技术脱分化和

6、再分化的比较脱分化和再分化的比较比较内容比较内容脱分化脱分化再分化再分化过程过程外植体外植体愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织幼苗幼苗形成体特点形成体特点排列疏松、高度液泡排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞化的薄壁细胞有根、芽有根、芽需要条件需要条件a.a.离体离体b.b.适宜的营养适宜的营养c.c.生长素生长素/ /细细胞分裂素的比胞分裂素的比例适中例适中d.d.不需光不需光a.a.离体离体b.b.适宜的营养适宜的营养c.c.生长素生长素/ /细细胞分裂素的比胞分裂素的比例高或低诱导例高或低诱导生芽或生根生芽或生根d.d.光照光照生长素生长素/ /细胞分裂素细胞分裂素: :比值比值高高时，有利于时

7、，有利于根根的分化；的分化；生长素生长素/ /细胞分裂素细胞分裂素: :比值比值低低时，有利于时，有利于芽芽的分化；的分化；生长素生长素/ /细胞分裂素细胞分裂素: :比值比值适中适中，促进，促进愈伤组织愈伤组织的形成。的形成。二、植物组织培养技术有丝分裂有丝分裂：无定形状态无定形状态薄壁细胞薄壁细胞高度液泡化高度液泡化分裂旺盛分裂旺盛排列疏松、无规则排列疏松、无规则无叶绿体无叶绿体,不进行光合作用不进行光合作用愈伤组织：愈伤组织：离体的植物器官、组织离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通或细胞，在培养一段时间以后，通过过细胞分裂细胞分裂，形成一种高度液泡化、，形成一种高度液泡化、

8、无定形状态无定形状态薄壁细胞薄壁细胞组成的排列疏组成的排列疏松无规则的组织。松无规则的组织。二、植物组织培养技术19581958年，美国科学家斯图尔德（年，美国科学家斯图尔德（F.C.StewardF.C.Steward）将胡萝卜）将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜新植株。韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜新植株。二、植物组织培养技术1 1、在植物组培过程中，为什么要强调所用器械的灭、在植物组培过程中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？菌和实验人员的无菌操作？2 2、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成

9、小植株吗？养成小植株吗？ (1)(1)要促进细胞分裂、生长，培养基中应有营养物质和激素。营养要促进细胞分裂、生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括物质包括_和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和_两类植物激素。两类植物激素。(2)(2)此过程依据的原理是此过程依据的原理是_。A A和和B B阶段主要进行的阶段主要进行的分裂方式是分裂方式是_，B B阶段除了细胞分裂外，还进行细阶段除了细胞分裂外，还进行细胞胞_等。等。(3)(3)此过程要无菌操作，主要是指对此过程要无菌操作，主要是指对_进行灭菌、消毒。进行灭菌、消毒。B B阶段需要光照，原因是阶段需要光

10、照，原因是_。 (4)(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因是基因_的结果。的结果。7 7、图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后，在一、图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：定条件下形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：无机物无机物生长素生长素植物细胞的全能性植物细胞的全能性有丝分裂有丝分裂分化分化培养基培养基细胞中叶绿素的合成需要光照条件细胞中叶绿素的合成需要光照条件选择性表达选择性表达三、植物体细胞杂交技术三、植物体细胞杂交技术

11、 将不同种植物的将不同种植物的体细胞体细胞，在一定条件下融合，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体新的植物体的技术。的技术。1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？合，遇到的第一个障碍是什么？2 2有没有一种温和的去壁方法呢？有没有一种温和的去壁方法呢？1、概念：概念：三、植物体细胞杂交技术原原生生质质体体原生质体融合原生质体融合再生出细胞壁再生出细胞壁杂种细胞杂种细胞脱脱分分化化愈伤组织愈伤组织杂种杂种植株植株再分再分化化2、过程：、过程：番茄细胞番茄细胞马马铃铃薯薯细细胞胞标

12、志：成功融合去壁去壁三、植物体细胞杂交技术：三、植物体细胞杂交技术：三、植物体细胞杂交技术体细胞杂交过程中涉及的遗传知识：三、植物体细胞杂交技术：三、植物体细胞杂交技术3、优点优点：克服远缘杂交不亲和的障碍。克服远缘杂交不亲和的障碍。三、植物体细胞杂交技术4、应用应用：三、植物体细胞杂交技术 问题：问题：为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄地下结没有如科学家所想像的那样，地上长番茄地下结马铃薯？马铃薯？主要原因：主要原因：生物基因的表达不生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯

13、相互影响的，所以马铃薯番茄番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交植株质一样有序表达，所以杂交植株不能地上长番茄地下结马铃薯。不能地上长番茄地下结马铃薯。植物组织培养和植物体细胞杂交的比较植物组织培养和植物体细胞杂交的比较植物组织培养植物组织培养 细胞的全能性细胞的全能性 原理原理 植物体细胞杂交植物体细胞杂交细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性过程

14、过程名称名称 离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织愈伤组织 根、芽或胚状体根、芽或胚状体 植物体植物体脱分化脱分化再分化再分化发育发育植物细胞植物细胞A A 原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B 植物细胞植物细胞B B去壁去壁去壁去壁人工诱导人工诱导融合的原生融合的原生质体质体ABAB 杂种细胞杂种细胞ABAB 愈伤组织愈伤组织再生壁再生壁脱分化脱分化再分化再分化杂种杂种植株植株选材选材 选取根尖、茎尖、形成层部位最选取根尖、茎尖、形成层部位最容易诱导脱分化容易诱导脱分化不同植物细胞不同植物细胞技术技术操作操作 脱分化、再分化等脱分化、再分化等 除脱分化、再分

15、化外，还要用酶解法去除除脱分化、再分化外，还要用酶解法去除细胞壁细胞壁, ,用一定的方法诱导细胞融合用一定的方法诱导细胞融合关系关系 植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂植物组织培养是植物体细胞杂交的基础，植物体细胞杂交所用的技术更复杂课堂总结1 1植物细胞的全能性是指具有某种生物全部遗传信息植物细胞的全能性是指具有某种生物全部遗传信息的任何细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。的任何细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。2 2植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，主要过植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，主要过程包括脱分化和再分化。程包括脱分化和再分化。3 3植物

16、组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程进行严格的无菌操作。有实验用具要严格灭菌，接种过程进行严格的无菌操作。4 4植物细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，植物细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁。融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁。5 5植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍。植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍。1 1、设计植物体细胞杂交实验时，如果期望获得性状优良的作物新设计植物体细胞杂交实验时，如果期望获得性状优良的作物新品种，不需要考虑的是（品种，不需要考

17、虑的是（ ） A.A.亲本细胞的生殖隔离问题亲本细胞的生殖隔离问题 B.B.选择具有优良性状的亲本选择具有优良性状的亲本 C.C.亲本细胞的融合技术亲本细胞的融合技术 D.D.杂种细胞愈伤组织的诱导和再分化杂种细胞愈伤组织的诱导和再分化2 2、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（植物体细胞杂交尚未解决的问题是（ ） A.A.去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 B.B.将杂种细胞培育成植株将杂种细胞培育成植株 C.C.使杂种植物完全按照人们的需要表现出亲本的性状使杂种植物完全按照人们的需要表现出亲本的性状 D.D.培养出属间的杂种植株培养出属间的杂种植株3 3、将胡

18、萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（）将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（） A. A.具有完整细胞核的细胞具有完整细胞核的细胞 B.B.一定的营养物质和植物激素一定的营养物质和植物激素 C. C.离体状态离体状态 D.D.导入指示基因导入指示基因4 4、在下列各育种方式中，与组织培养技术无关的是（在下列各育种方式中，与组织培养技术无关的是（ ） A. A.利用花药离体培养得到单倍体植株利用花药离体培养得到单倍体植株 B. B.秋水仙素处理二倍体幼苗，获得四倍体植株秋水仙素处理二倍体幼苗，获得四倍体植株 C. C.通过组织培养培育人工种子通过组织培养培育人工种子 D. D.通过体细胞杂交培养通过体细胞杂交培养“番茄番茄马铃薯马铃薯”杂种植株杂种植株5 5、白菜甘蓝白菜甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短和耐储藏等优点。下图是具有生长期短和耐储藏等优点。下图是“白菜甘蓝白菜甘蓝”的培育过的培育过程示意图，下列描述错误的是程示意图，下列描述错误的是( () ) A A培育过程中，实现培育过程中，实现过程常用的物质为纤维