植物细胞工程

1、人教版选修人教版选修3专题专题2 细胞工程细胞工程课题课题1 植物细胞工程植物细胞工程细胞工程的概念细胞工程的概念 细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的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，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细按照人们的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。胞产品的一门综合科学技术。细胞工程细胞工程植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程植物细胞工程的基本技术和理论基础植物细胞工程的基本技术和理论基础 植物细胞工程的理论基础是：植物细胞工程的理

2、论基础是： 植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞工程常用的技术是植物细胞工程常用的技术是 植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交植物体细胞杂交概念：概念：已经已经分化的细胞分化的细胞，仍然具有发育成，仍然具有发育成完完整个体整个体的潜能。的潜能。原因：原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质及发育为完整所特有的全套遗传物质及发育为完整个体所必需的全部基因。个体所必需的全部基因。 玉米种子长成玉米植株能称为全能性吗？玉米种子长成玉米植株能称为全能性吗？不能！不能！细胞的全能性细胞的全能性 当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于当植物

3、细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。 在生物的个体发育中，由于基因在特定时间和空间下在生物的个体发育中，由于基因在特定时间和空间下选择性地表达而形成不同器官，因此，要实现细胞的全选择性地表达而形成不同器官，因此，要实现细胞的全能性，首先必须使生物体的细胞处于离体状态。能性，首先必须使生物体的细胞处于离体状态。 受精卵的全能性最高；受精卵的全能性最高；其次是生殖细胞（尤其是卵细胞）；其次是生殖细胞（尤

4、其是卵细胞）；体细胞的全能性比生殖细胞低得多。体细胞的全能性比生殖细胞低得多。 植物组织培养的概念植物组织培养的概念 植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培离体的植物器官、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，诱导其产生愈伤组织、养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。丛芽，最终形成完整的植株。植物组织培养的过程植物组织培养的过程离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞脱分化脱分化 愈伤组织愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡（排列疏松而

5、无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）化的呈无定形状态的薄壁细胞）再分化再分化根或芽等器官根或芽等器官植物体植物体植物组织培养的条件：植物组织培养的条件： 细胞离体，适宜的营养物质和激素，细胞离体，适宜的营养物质和激素，适宜的温度和无菌等条件适宜的温度和无菌等条件相关问题相关问题1 1、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，、在植物组培过程中，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？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小植株吗？养成小植株吗？3 3、为什么诱导愈伤组织的过程中应、为什么诱

6、导愈伤组织的过程中应避光避光培养？培养？有利于细胞的脱分化产生愈伤组织，如果在光照条件下有利于细胞的脱分化产生愈伤组织，如果在光照条件下则容易产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织。则容易产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织。植物体细胞杂交的概念植物体细胞杂交的概念 将不同种植物的体细胞，在一定将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。胞培育成新的植物体的技术。 （不同（不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的）一点

7、的）相关问题相关问题（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？遇到的第一个障碍是什么？（2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？）有没有一种温和的去细胞壁的方法？（3）为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜）为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？的什么特性有关？（4）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？（5）如何将杂种细胞培育成杂种植株？）如何将杂种细胞培育成杂种植株？植物体细胞杂交过

8、程植物体细胞杂交过程植物细胞植物细胞A植物细胞植物细胞B去掉细胞壁去掉细胞壁去掉细胞壁去掉细胞壁原生质体原生质体A原生质体原生质体B原生质体融合原生质体融合杂合的原生质体杂合的原生质体再生出新细胞壁再生出新细胞壁杂种细胞杂种细胞细胞分裂细胞分裂分化发育分化发育愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株物理法：物理法：离心、振动、电刺激等离心、振动、电刺激等化学法：化学法：聚乙二醇等试剂聚乙二醇等试剂酶酶解法解法：用纤维素酶、果胶酶处理：用纤维素酶、果胶酶处理融合完成的标志融合完成的标志问题问题为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如科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

9、马铃薯？学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们主要原因是：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，所以马铃薯之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯番番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能质，但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再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。是很自然的了。 问题自然界中有一种

10、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：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如探讨：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，请设计出具体实验方案。果理论上可行，请设计出具体实验方案。 归纳提炼归纳提炼细胞的全能性细胞的全能性 离体的细胞、组织和器官离体的细胞、组织和器官愈伤组织愈伤组织根、芽（或胚状体）根、芽（或胚状体）植物个体植物个体原生质体原生质体质体融合质体融合杂种细胞杂种细胞杂种植株杂种植株克服了远缘杂交不亲和的障碍，克服了远缘杂交不亲和的障碍

11、， 大大扩展了可用于杂交的亲本组合大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围范围有性有性 植物植物动物动物病毒病毒植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径 微型育种微型育种 作物脱毒作物脱毒 人工种子人工种子育种新方法育种新方法 单倍体育种单倍体育种 诱导突变体诱导突变体细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产概念：概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫做植物的微型繁殖技术。也叫做植物的微型繁殖技术。实质：实质：植物组织培养植物组织培养原理：原理：植物细胞的全能性植物细胞的全能性生理过程：生理过程：细胞分裂和细胞分

12、化细胞分裂和细胞分化优点：快速繁殖，便于工业化生产优点：快速繁殖，便于工业化生产 保持亲本优良性状保持亲本优良性状 取材少取材少 培养周期短培养周期短微型繁殖微型繁殖与无性生殖微型繁殖是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，实际上是无性生殖的一种。在繁殖的过程中，细胞进行有丝分裂，因此亲、子代细胞内DNA相同，具有相同的基因，能保证亲、子代遗传特性不变。利用这种技术能高效快速地实现种苗的大量繁殖。作物脱毒作物脱毒(1)取材：无病毒的取材：无病毒的_组织。组织。(2)图图2-11所示所示脱毒草莓脱毒草莓产品品质优良，要得到脱毒苗，材料选产品品质优良，要得到脱毒苗，材料选取的取的关键是选取植物的

13、根尖关键是选取植物的根尖(或茎尖或茎尖)来作为植物组织培养的外来作为植物组织培养的外植体。植体。这是因为植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的。如这是因为植物的分生组织细胞中一般是不含病毒的。如果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培果将未被病毒感染的植株的分生组织用植物组织培养的方法培育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，育幼苗，用于生产，可以避免病毒对作物的影响，大大提高作大大提高作物的产量物的产量。小贴士：小贴士：病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、病毒是寄生性生物，在用种子繁殖或用植物根、茎的无性繁殖过程中，种子、根、茎的细胞中可能携带着茎的无性繁殖过程中，种子

14、、根、茎的细胞中可能携带着病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。病毒并传给下一代，使其繁殖的子代感染病毒。茎尖茎尖 人工种子人工种子人工种子：就是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、人工种子：就是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等作为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。顶芽和腋芽等作为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。结构：结构：人工种皮人工种皮+ +人工胚乳人工胚乳+ +胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）优点：优点：不受气候、季节、地域的限制不受气候、季节、地域的限制可以固定杂种优势，后代不会发生性状分离，保持亲本的可以固定杂种优势，后代不会发生性状分离

15、，保持亲本的优良性状优良性状节约留种地和种子节约留种地和种子可以人为控制植物的生长发育和抗逆性可以人为控制植物的生长发育和抗逆性获得方法：获得方法：植物组织培养植物组织培养原理：原理：细胞全能性细胞全能性养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌生长调节剂生长调节剂单倍体育种单倍体育种原理：染色体变异，植物细胞全能性原理：染色体变异，植物细胞全能性方法：方法：花药离体培养花药离体培养 技术：技术： 组织培养获得单倍体组织培养获得单倍体秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍优点：优点：明显缩短了育种年限；后代稳定遗传

16、明显缩短了育种年限；后代稳定遗传请用箭头和文字表达单倍体育种的过程。请用箭头和文字表达单倍体育种的过程。 突变体的利用突变体的利用在植物组织培养过程中，在植物组织培养过程中，_阶段阶段容易发生突变得到突变体，可从中筛选出所容易发生突变得到突变体，可从中筛选出所需品种，如抗盐、抗病、含高蛋白以及高产需品种，如抗盐、抗病、含高蛋白以及高产的突变体。的突变体。愈伤组织愈伤组织 小贴士小贴士突变体育种的原理为突变突变体育种的原理为突变(基因突变或染色体基因突变或染色体变异变异)，诱变育种的原理为基因突变。所以应注意两个，诱变育种的原理为基因突变。所以应注意两个概念间的区别和联系，诱变育种属于突变体育种的一种。概念间的区别和联系，诱变育种属于突变体育种的一种。细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产红豆杉与紫杉醇红豆杉与紫杉醇人参皂甘的生产人参皂甘的生产产物：蛋白质、脂肪、糖类