21植物细胞工程

1、专题专题2 2 细胞工程细胞工程细胞工程细胞工程 应用应用细胞生物学和分子生物学细胞生物学和分子生物学的原理和方的原理和方法，通过某种工程学手段，在法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞整体水平或细胞器水平细胞器水平上，按照人们的意愿来上，按照人们的意愿来改变细胞内改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技的一门综合科学技术。术。 应用的原理和方法应用的原理和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学细胞整体水平或细胞细胞整体水平或细胞器水平器水平按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质变细胞内的

2、遗传物质或获得细胞产品或获得细胞产品2.1 2.1 植物细胞工程植物细胞工程 2.1.12.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术一、植物组织培养一、植物组织培养二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术12345再分化再分化(愈伤组织愈伤组织)植植物物组组织织培培养养6脱分化脱分化植物植物细胞的全能性细胞的全能性1 1、细胞全能性、细胞全能性： 具有某种生物全部遗传信息的任何一个细具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成胞，都具有发育成完整生物体完整生物体的潜能。的潜能。 2 2、物质基础：、物质基础： 生物体的每个细胞都具有发育成完整个体生物体的每个细胞都具有发育

3、成完整个体所的全必需的全套基因。所的全必需的全套基因。 受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞4 4、全能性大小：、全能性大小： 植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 3 3、全能性表现的条件：、全能性表现的条件： 离体离体 人工培养人工培养 完整植物完整植物（一定的营养物质、激素、适宜的温度、一定的营养物质、激素、适宜的温度、ph、无菌等外界条件）、无菌等外界条件） 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 一、植物组织培养一、植物组织培养植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性（2 2）、培养基：）、培养基： （1 1）、选材：）、选材： 一般选取幼嫩部位（如茎尖、根尖、

4、形成层）一般选取幼嫩部位（如茎尖、根尖、形成层） 无机物：水、无机盐离子无机物：水、无机盐离子 有机物：有机物： 含含n n物质：包括维生素和氨基酸物质：包括维生素和氨基酸 碳源碳源 琼脂：起固定、支持作用琼脂：起固定、支持作用 植物激素：生长素，细胞分裂素植物激素：生长素，细胞分裂素生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素脱分化，根原基脱分化，根原基生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素再分化，芽原基再分化，芽原基（3 3）愈伤组织：）愈伤组织：a. 排列疏松无规则排列疏松无规则;b. 高度液泡化高度液泡化;c. 无定形状态薄壁细胞，细胞核大无定形状态薄壁细胞，细胞核大d. 分化程度低，分裂能力强分化程度

5、低，分裂能力强（异养）（异养）在在无菌和人工控制无菌和人工控制条件下，将条件下，将离体的植离体的植物器官、组织、细胞物器官、组织、细胞，培养在，培养在人工配制人工配制的培养基的培养基上，给予上，给予适宜的培养条件适宜的培养条件，诱，诱导其产生导其产生愈伤组织、丛芽愈伤组织、丛芽，最终形成，最终形成完完整的植株整的植株。植物材料植物材料消毒消毒接种到诱导培养基接种到诱导培养基诱导出诱导出愈伤组织愈伤组织直接诱导分化直接诱导分化愈伤组织接种到愈伤组织接种到分化培养基分化培养基上上分化出分化出幼苗幼苗完整完整植株植株移栽到大田移栽到大田愈伤组织转接到愈伤组织转接到继代培养基继代培养基上上得到大量的愈

6、得到大量的愈伤组织伤组织过渡处理过渡处理二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术杂杂种种植植株株融合的融合的原生质原生质体体abab再再生生出出细细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤伤组组织织再再分分化化1 1、过程：、过程：植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养植物细胞植物细胞a原生质体原生质体b原生质体原生质体a杂种杂种细胞细胞ab去去 壁壁去去 壁壁人人工工诱诱导导植物细胞植物细胞b（2 2）原生质体：）原生质体： 结构结构: 区别：原生质层区别：原生质层（1 1）去除细胞壁：）去除细胞壁： 酶解法：纤维素酶和果胶酶酶解法：纤维素酶和果胶酶（3 3）诱导融合：）诱导融合： 物理

7、诱导：电激、离心、振动物理诱导：电激、离心、振动 化学诱导：聚乙二醇化学诱导：聚乙二醇（6 6）、植物）、植物体细胞杂交的结果：体细胞杂交的结果：（5 5）、杂种细胞形成的标志：）、杂种细胞形成的标志： 细胞壁再生细胞壁再生2 2、原理：、原理：细胞膜融合；细胞的全能性细胞膜融合；细胞的全能性（4 4）、融合原生质体的类型：）、融合原生质体的类型： aa bb ab（杂合原生质体）（杂合原生质体）3 3、植物体细胞杂交：、植物体细胞杂交：将不同种的将不同种的植物体细胞植物体细胞，在一定条件下融，在一定条件下融合成合成杂种细胞杂种细胞，并把杂种细胞培育成，并把杂种细胞培育成新的植新的植物体的技术

8、。物体的技术。4 4、优势：、优势：克服远缘杂交不亲和的障碍克服远缘杂交不亲和的障碍（1 1）步骤）步骤 ，最常用的方法是最常用的方法是 。（2 2）获得原生质体后，需要对其活力进行）获得原生质体后，需要对其活力进行检查，下列哪些实验最合适（检查，下列哪些实验最合适（ ） a a观察原生质体的结构是否完整观察原生质体的结构是否完整 b b观察细胞质的流动观察细胞质的流动 c c观察细胞有丝分裂观察细胞有丝分裂 （3 3）步骤一般常用的化学试剂是）步骤一般常用的化学试剂是 ，目的是目的是 。（4 4）一般在培养基上培养）一般在培养基上培养24244848小时后，小时后，大部分原生质体已再分生出细

9、胞壁。可以取大部分原生质体已再分生出细胞壁。可以取样，利用样，利用2525的蔗糖溶液以及其他用具，通的蔗糖溶液以及其他用具，通过过_实验来鉴别细胞壁是否已经再生。实验来鉴别细胞壁是否已经再生。 （5 5）在利用杂种细胞培育成为杂种植株）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段的过程中，运用的技术手段 ，其中步骤相当于，其中步骤相当于，步骤，步骤相当于相当于 。（6 6）植物体细胞杂交的目的是获得新的）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使两种植物的性状能够在新杂种植株。使两种植物的性状能够在新的植物体上有所表现，其根本原因的植物体上有所表现，其根本原因 。（7 7）若远源杂交

10、亲本）若远源杂交亲本a a和和b b都是二倍体，都是二倍体，则杂种植株为则杂种植株为_倍体。倍体。 (8)(8)从理论上讲，杂种植株的育性为从理论上讲，杂种植株的育性为_(_(填填“可育可育”或或“不育不育”) )。1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有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？ 主要原因是：主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，们之间是相互调控、相互影响的，马铃薯马铃薯番茄杂番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但交

11、植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃这些遗传物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质一样有序表达，薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以所以杂杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。2.2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，说明植物眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行

12、，请设计出具体实验方案。具体实验方案。植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术所属所属范畴范畴原理原理步骤步骤意义意义联系联系无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞全能性脱分化脱分化再分化再分化保持优良性状保持优良性状繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产提高经济效益提高经济效益植物体细胞杂交技术应用了组织培养植物体细胞杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源杂交克服不同种生物远源杂交的障碍的障碍去除细胞壁去除细胞壁融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞组织培养组织培养膜流动性膜流动性细胞全能性细胞全能性染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组（一）、微型繁殖技术（一）、微型繁殖技

13、术1 1、微型繁殖技术：、微型繁殖技术： 是快速高效实现种是快速高效实现种苗繁植苗繁植, ,培育优良植物品种的植物组织培培育优良植物品种的植物组织培养技术。养技术。一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径 2.1.2 2.1.2 植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用2 2、优点、优点: :保持优良品种的遗传特性保持优良品种的遗传特性; ;高效快速地实现种苗的大量繁殖高效快速地实现种苗的大量繁殖. .1 1、选材、选材: :分生区的细胞（根尖、茎尖分生区的细胞（根尖、茎尖等）等）（二）作物脱毒（二）作物脱毒脱毒草莓2 2、优点、优点: :避免病毒对避免病毒对作物的影响，作物的影响，提高作

14、物的提高作物的产量和品质产量和品质诱导植物诱导植物愈伤组织愈伤组织 胚状体胚状体的诱导的诱导 胚状体胚状体的成熟的成熟 胚状体的胚状体的机械化包裹机械化包裹 贮藏或种植贮藏或种植（三）、人工种子（三）、人工种子1 1、人工种子结构：、人工种子结构： 人工薄膜人工薄膜+ +胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）2 2、优点：、优点： 保持优良品种的遗传特性；保持优良品种的遗传特性； 不受气候、季节、地域的限制；不受气候、季节、地域的限制； 时间短，占地少时间短，占地少二、作物新品种的培育二、作物新品种的培育（一）单倍体育种（一）单倍体育种 1、方法: 2、优点：花药的离体培养花药的离体培养 秋水仙素处理秋水仙素处理后代都是纯合体，稳定遗传；后代都是纯合体，稳定遗传；明显缩短育种年限明显缩