《植物细胞工程的基本技术》

《植物细胞工程的基本技术》第一页，共34页。番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。

人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？一个梦想?第二页，共34页。

1996年7月5日,世界上第一只体细胞克隆动物-----克隆羊多利诞生于英国,标志着一种新的生物技术---动物体细胞克隆技术面世,也揭开细胞工程更深层次发展的序幕!第三页，共34页。

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，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。细胞工程按操作对象分植物细胞工程动物细胞工程第四页，共34页。应用的原理和方法研究的水平研究的目的细胞生物学和分子生物学细胞水平或细胞器水平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概念：第五页，共34页。前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术,后者是分子水平上的生物技术。克隆多莉羊技术是

水平上的技术，培育抗虫棉是

水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞分子思考:第六页，共34页。2.1植物细胞工程植物细胞工程技术常用的技术手段：植物组织培养和植物体细胞杂交植物细胞工程理论基础：植物细胞的全能性第七页，共34页。2.1.1植物细胞工程的基本技术回忆：1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？离体的器官、组织或细胞脱分化愈伤组织再分化根、芽植物体2、植物组织培养技术的理论基础是什么？植物细胞具有全能性第八页，共34页。一、细胞的全能性：1、概念：

生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫细胞的全能性。2、基础（具有全能性的原因）：生物体的每个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所需的全部基因。从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。第九页，共34页。3、全能性的程度：生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官的原因（1）受精卵的全能性最高

受精卵生殖细胞体细胞＞＞（2）植物细胞＞动物细胞

（3）（4）分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞思考：

基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。第十页，共34页。5、植物细胞表现出全能性的条件：处于离体状态，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，植物细胞就可能表现全能性，发育成完整的植株。第十一页，共34页。

怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株,应该如何操作?第十二页，共34页。二、植物组织培养技术：植物组织培养第十三页，共34页。第十四页，共34页。(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？

防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。讨论第十五页，共34页。(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。讨论第十六页，共34页。(3)请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。植物材料（消毒）脱分化无菌接种、诱导愈伤组织再分化诱导试管苗移栽到大田,培养成正常植株第十七页，共34页。依据学过的知识和实验过程思考回答：2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？植物激素的种类和比例1、离体的器官、组织或细胞，如果不进行脱分化处理能否培养成完整的植物体？不能，因为细胞已经分化，失去了分裂能力。不进行脱分化处理就不能形成愈伤组织3、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。（但再分化时需要光，光能使细胞内形成叶绿体、叶绿素，进行光合作用）第十八页，共34页。应该掌握的几个概念：

1、愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。第十九页，共34页。

2、植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。脱分化的实质和结果分别是什么？实质是恢复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。

3、植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。第二十页，共34页。小结：植物组织培养的过程外植体愈伤组织根、芽植物体脱分化再分化（离体的,已分化组织或细胞）（未分化）（分化）幼芽或幼根？条件？优点？特点？繁殖速度快不受季节限制工厂化生产幼苗无毒保持优良性状①适宜温度、光照、pH和无菌环境。②无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素等）无定形状态薄壁细胞高度液泡化排列疏松、无规则无叶绿体,不进行光合作用分化程度低去分化较易第二十一页，共34页。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、丛芽，最终形成完整的植株。第二十二页，共34页。三、植物体细胞杂交技术：因为不同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一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？第二十三页，共34页。1．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？2．有没有一种温和的去壁方法呢？3．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？4、把原生质体放在一起能自然融合吗？5．如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？6．如何将杂种细胞培育成杂种植株？请思考：第二十四页，共34页。1、过程：杂种植株融合的原生质体AB再生出细胞壁脱分化愈伤组织再分化植物细胞的融合植物组织培养植物细胞A原生质体B原生质体A杂种细胞AB去壁去壁人工诱导方法？促进融合的方法？融合完成的标志植物细胞B第二十五页，共34页。去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）

原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）第二十六页，共34页。利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合第二十七页，共34页。2、概念：将不同种的植物体细胞，在一定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。3、优势：（与有性杂交方法比较）打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。第二十八页，共34页。白菜甘蓝白菜－甘蓝“白菜－甘蓝”同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。第二十九页，共34页。为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？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，马铃薯—番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，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。第三十页，共34页。比较植物组织培养植物体细胞杂交技术所属范畴原理步骤意义联系无性繁殖细胞全能性①脱分化②再分化保持优良性状繁殖速度快、大规模生产提高经济效益杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养膜流动性细胞全能性染色体变异、基因重组第三十一页，共34页。1、当植物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，下列有可能使其表现出全能性，发育成完整的植株的是（）A、细胞分裂素B、生长素C、一定的营养物质D、以上三者均是

2、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于细胞工程（）

A、有性杂交B、体细胞杂交C、组织培养D、细胞核移植3、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是（）A、卵细胞B、植物花粉C、体细胞D、受精卵教学反馈DAD第三十二页，共34页。4、在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为（）A、细胞丧失了全能性B、基因的表达有选择性C、不同的细胞内基因不完全相同D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化5、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（）