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1、专题二 细胞工程,学习目标,1.明确细胞工程的概念2.细胞工程的分类、植物细胞工程的主要内容3.植物组织培养技术的基本操作、原理、条件4.植物体细胞杂交技术的基本操作、原理,细胞工程的概念,指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，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。,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。蛋白质工程是 水平上的技术。,细胞工程与基因工程相比：,细胞,分子,思考:,分子,细胞工程的分类,所采用技术的理论基础
2、,植物细胞工程,通常采用的技术手段,植物组织培养,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,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完整生物体的潜能。,生物体的每一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必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。,基因选择性表达的结果,一、植物细胞工程的理论基础-细胞全能性,1）离体条件（为什么要离体？P34） 2）无菌 3）适宜的外界环境条件（适宜的温度、湿度、光照等） 4）培养基（一定的营养物质，激素）,4、全能性表达的条件（植物组织培养的条件）：,5、全能性的高低：,受精卵生殖细胞（精、卵）体细胞,植物体
3、细胞动物体细胞,分化程度低的细胞分化程度高的细胞, 分裂能力强的细胞分裂能力弱的细胞,有关细胞全能性的叙述，不正确的是（ ）A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此其全能性最高B.生物体内细胞由于进行分化，全能性不能表达C. 卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D.在一定条件下，植物细胞离体培养能表现出全能性,即时应用,C, 胚胎干细胞其他干细胞体细胞,二、植物组织培养,3、理论基础：,植物细胞的全能性,1、植物组织培养的概念,在无菌和人工控制的条件下,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。,
4、2.条件： 离体无菌人工控制一定的营养物质和激素（生长素、细胞分裂素） （4） 适宜的条件（无菌、适宜的温度、pH、光照等）、,二、植物组织培养,下列属于植物组织培养的是（ ）A.花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成植株,即时应用,A,3.植物组织培养的过程,胡萝卜,外植体,单个细胞,愈伤组织,脱分化,胚状体,再分化,试管植物,（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,根、芽,植物体,外植体,A、脱分化,B、再分化,植物组织培养过程,1、A过程进行有丝分裂,2、B过程进行有丝分裂同时也进行分化,
5、3、A不需光照，而B需光照，叶绿素的合成需光照,生长素细胞分裂素1，有利于根的形成； 生长素细胞分裂素1，有利于芽的形成； 生长素细胞分裂素=1，促进愈伤组织的生长。,植物激素在植物组织培养中的作用：,组织培养的实例：,胡萝卜的组织培养,3.概括植物组织培养技术的流程简图,制备外植体,接种,脱分化培养,再分化培养,试管苗,正常植株,转接,移栽,形成层容易诱导产生愈伤组织，其它部分也可以但诱导愈伤组织蕉困难。,2.在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层部分，原因是什么？胡萝卜的其他部分是否也能培育成小植株？,1. 为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？,杂菌和培养物争夺营养、以
6、及杂菌生长过程中产生大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。,试管苗大规模培养,人工种子,结构：人工薄膜+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）优点：不受气候、季节、地域的限制保留优良性状时间短，占地少技术：组织培养原理：细胞全能性,二、植物体细胞杂交,1 概念：,不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，杂种细胞发育成新的植物体的方法,2 理论基础：,细胞膜的流动性和植物细胞的全能性,3 过程：,植物细胞A,植物细胞B,植物细胞A,植物细胞B,去壁,(酶解法:纤维素酶和果胶酶),去壁,原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分,原生质体A,原生质体B,原生质体B,诱导融合,原生质体A,诱导融合：物理法（离心、
7、振动、电激）化学法（PEG,聚乙二醇）,融合的原生质体,融合的原生质体,物化法,再生壁,杂种细胞,脱分化,愈伤组织,脱分化,再生壁,再分化,杂种植株,再分化,（无性生殖）,（植物体细胞杂交）（植物组织培养）,4 变异类型：,染色体数目的变异,植物体细胞杂交过程示意图,5 意义：,克服了远源杂交不亲和性的障碍,6 未解决的问题：还不能让杂种植物按照人们的要求表现出亲代性状,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
8、B,回顾、植物体细胞杂交基本过程,酶解法（纤维素酶、果胶酶等）,物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）,问题,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，所以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，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,即时应用,1、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是()A利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得
9、多倍体植株B利用花药离体培养得到单倍体植株C利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株D利用细胞工程培养“番茄马铃薯”杂种植株,A,异想天开,1、细胞全能性的概念、全能性大小的比较2、植物组织培养的概念、原理、过程。3、植物组织培养实验所需的条件：离体、无菌、培养基、 环境条件。4、植物体细胞杂交的概念、原理、过程。,本节内容小结,【解析】只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子。【答案】D,2(2011苏北四市调研)下图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成白菜甘蓝杂种植株
10、的示意图。请据此回答：(1)图中过程用到的酶是_，作用的结果是获得_。(2)在过程中，常用的化学诱导剂是_，若在容器中放置若干a、b，诱导完成且假设所有细胞发生了融合(只考虑细胞两两融合)，然后经过程，形成的d细胞的类型有_种，从中选出_进行培养。(3)图中过程是_，过程合称_技术。,【答案】(1)纤维素酶和果胶酶(具有活力)原生质体(2)聚乙二醇(PEG)3杂种细胞(3)脱分化植物组织培养,(2011扬州模拟)如图为植物体细胞杂交流程图，请回答下列问题：,(1)制备原生质体时，常用的酶是_。(2)诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是_。(3)杂种细胞再生出细胞壁，此过程与细胞内_(细胞器)有密
11、切关系。在对杂种细胞进行植物组织培养时，通常还需要加入的两种植物激素是_。通过该技术得到的杂种植株在形态上表现为_，其根本原因是_。(4)通常情况下，马铃薯和番茄杂交是不成功的，原因是_。该项研究解决了育种过程_的问题。(5)通过细胞工程获得的杂种植株是否可育，为什么？_。6)若马铃薯是四倍体，番茄是二倍体，则杂种植株是_倍体。,纤维素酶、果胶酶,PEG(聚乙二醇),高尔基体,细胞分裂素和生长素,同时具有两个亲本的特性,具有双亲细胞的全部遗传物质,存在生殖隔离,远缘杂交不亲和,可育，因为马铃薯和番茄这两种植物各自都是可育的，杂种植株也可正常进行减数分裂，产生配子并能受精形成种子,六,(2011
12、泰州模拟)我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。下图是细胞培养形成兰花植株示意图，请据图分析回答：,(1)过程和分别表示_和_。(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入_。同时，在培养过程中，除必需的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证_。(3)从育种的角度看，植物组织培养与有性生殖相比，优势主要有(列举2条)：_。(4)植物组织培养的过程中，可以对_进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品种。(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒经组织
13、培养形成植株，这种育种方法称为_，其优点是_。,脱分化,再分化,植物激素,无菌,能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株,愈伤组织,单倍体育种,缩短育种年限，培育的品种一定是纯种,【答案】(1)脱分化再分化(2)植物激素(或植物激素类似物)无菌(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株(4)愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种,(1)微型繁殖，实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养，因此该过程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。(2)微型繁殖具有选材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理等优点，有利于进行工厂化培养。(3)作物脱毒，人工种子中的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽的获得采用的技术还是微型繁殖。,
