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1、,2.1植物细胞工程,1.定义：,生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整个体的潜能的特性。,2.原理：,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。,3.大小：,回顾：细胞的全能性,植物细胞动物细胞,细胞全能性是细胞分化的基础和植物组织培养技术的理论依据！,细胞分化程度越高，全能性越小,离体的植物器官、组织或细胞（外植体）,愈伤组织,根、芽、胚状体,植物体,脱分化,再分化,无菌营养：有机物 无机盐 水分一定适宜的外界条件植物激素： 细胞分裂素 生长素,遮光,一定的光照,芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的
2、合成需要光照,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,如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药,植物组织培养技术,植物组织培养技术的原理：细胞的全能性,融合的原生质体,原生质体B,原生质体A,去壁,去壁,植物A细胞,植物B细胞,人工诱导,（标志）再生出 细胞壁,杂种细胞,脱分化,愈伤组织,再分化,杂种植株,植物组织培养,植物细胞融合,植物体细胞杂交,植物体细胞杂交技术原理：细胞膜的流动性和细胞的全能性,植物繁殖的新途径微型繁殖作物脱毒神奇的人工种子作物新品种的培育单倍体育种突变体的利用细胞产物的工厂化生产,2.1.2植物细胞工程的实际应用,资料1： 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱
3、。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广；用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。,资料2： 科学家应用多倍体育种的方法，培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、含糖高、口感好等特点。 但因其不结种子，每年必须用四倍体和二倍体西瓜杂交培育种子，不仅增加了生产成本，也给无籽西瓜的普及带来困难。,一、植物繁殖的新途径,1.微型繁殖（属无性繁殖）（1）概念：应用植物组织培养技术，快速繁殖优良品种植物，也叫快速繁殖技术。（2）特点：保持优良品种的遗传特性高效快速地实现种苗的大量繁
4、殖（3）原理：,细胞的全能性,兰花,杨树,生菜,无子西瓜,（4）微型繁殖的应用,2.作物脱毒（培养无病毒植株）,为什么需进行作物脱毒？,作物脱毒的原因： 长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差； 植物分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒； 用一定大小的茎尖进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。,（1）材料： （2）脱毒苗： （3）优点：,植物的分生区（茎尖）无病毒或极少病毒。,切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。,用脱毒苗进行繁殖，使农作物不会或极少感染病毒。,脱毒产品,甘蔗,香蕉,马铃薯,菠萝,树木需生长数年才能结出种子,
5、优良杂交种后代会因发生性状分离而丧失优良特性,受季节、气候和地域的限制,制种时需要占用大量土地,如何克服缺陷？,常规种子植物生产的不足之处有？,3.神奇的人工种子,采用技术：,原理：,结 构,植物组织培养,细胞的全能性,胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）人工薄膜,：加入适量无机盐、有机碳源等养分，农药、抗生素、有益菌及一些植物生长调节剂等。,适宜条件下可以萌发长成幼苗,特 性：,相当于天然种子的胚(由外植体或愈伤组织产生),提供营养,保护作用,神奇的人工种子,（1）与天然种子比：,（2）与试管苗比：,人工种子的优点：,解决某些作物繁殖力低、结子困难、发芽率低问题,保持优良品种遗传特性 不受气候、季节
6、、地域的限制，时间短，占地少,有人工薄膜保护，方便贮藏和运输,人工种子应用,花椰菜,桉树,水稻,芹菜,思考：利用高杆抗病DDTT和矮杆感病ddtt品种如何培育矮杆抗病ddTT品种？,P：,高杆抗病 DDTT,矮杆感病 ddtt,F1,高杆抗病 DdTt,选育出需要的矮抗纯种,F2,D_T_,D_tt,ddT_,ddtt,矮抗,杂交育种,生长,ddTT,F3,配子：,DT,Dt,dT,dt,单倍体幼苗：,DT,Dt,dT,dt,花药离体培养,秋水 仙素,DDtt,ddTT,ddtt,纯合体:,DDTT,矮抗,P,高杆抗病 DDTT,矮杆感病 ddtt,F1,高杆抗病 DdTt,单倍体育种,选择矮
7、秆抗病即为新品种,利用高杆抗病DDTT和矮杆感病ddtt品种培育矮杆抗病ddTT品种,二、作物新品种的培育,1.单倍体育种,（1）方法：,（2）优点：,花药离体培养得单倍体；人工诱导染色体加倍，选择稳定遗传优良品种。,正常植物,花药,愈伤组织,单倍体幼苗,脱分化,再分化,染色体加倍,秋水仙素处理,种子,纯合子,选优 自交,明显缩短育种年限；后代稳定遗传，都是纯合子。,单倍体育种的应用,柏树,小麦,烟草,水稻,2.突变体的利用,对植物组织培养过程中得愈伤组织进行诱变（物理或化学）处理，促其发生突变，筛选对人们有利突变体，进而培育新品种。,新品种,外植体,愈伤组织,多种突变体,筛选培育,脱分化,诱
8、导分化,诱变处理,筛选抗病、抗盐、含高蛋白、高产,抗除草剂的白三叶草,突变体的应用,3.细胞产物的工厂化生产,1.种类：,2.技术：,3.实例：,蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等,植物的组织培养技术,利用组织培养技术来大量生产人参皂甙干粉,人参皂甙干粉的生产,植物组织培养大量生产紫草素,现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。,注意：一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中获得细胞产物！,红豆杉与紫杉醇,细胞产物的工厂化生产,转基因细胞杂种细胞茎尖、根尖等分生区花药（花粉）,外植体,脱分化,愈伤组织,
9、再分化,丛芽或胚状体,工厂化生产药物,人工种子,转基因植物杂种植物作物脱毒单倍体育种微型繁殖,植物体,诱变处理,突变细胞,总结：植物细胞工程的实际应用,突变体的利用,+人工薄膜,培养,1.下列属于植物细胞工程实际应用的是( )制造人工种子 培育抗盐植物 培育抗病毒烟草 培育单倍体 生产脱毒植株A. B.C. D.,C,反馈练习,【解析】选C。植物细胞工程应用范围较广，除外还包括利用植物体细胞杂交生产杂种植物，利用植物细胞培养生产香料、药物等。中培育抗病毒烟草属于基因工程的操作。,2.植物的微型繁殖技术是指( )A.基因工程育种B.植物体细胞杂交技术C.嫁接D.通过植物组织培养快速繁殖技术,D,
10、【解析】选D。微型繁殖即快速繁殖技术，是通过植物组织培养技术实现的。,3.若用一株郁金香在短时间内培育出成千上万株郁金香苗，最好采用下列哪种技术( )A.扦插 B.嫁接C.植物微型繁殖技术 D.杂交,C,【解析】选C。本题要求在短时间内培育出成千上万株郁金香苗，可借助植物微型繁殖技术培养获得。,4.要获得脱毒苗，一般选取植物体的哪一部分组织( )A.叶 B.花粉 C.根 D.茎尖,D,【解析】选D。作物脱毒就是把已被病毒感染的植株进行脱毒，采用的技术是微型繁殖技术，但是取材一定是无毒的，一般作物脱毒所用的原料是无病毒的茎尖、根尖等。,5.人参皂甙干粉工厂化生产，下列哪种技术是必需的( )A.杂
11、交育种 B.植物组织培养C.多倍体育种 D.单倍体育种,B,【解析】选B。对人参皂甙干粉进行工厂化生产，必须先通过植物组织培养获得人参皂甙含量高的细胞株，然后进行大规模发酵生产。,6.植物组织培养技术不会用于( )A.培育“番茄马铃薯”B.培育无病毒植株C.扦插繁殖D.培育转基因延熟番茄植株,C,【解析】选C。植物组织培养可培养出无病毒的植株。培育“番茄马铃薯”为植物体细胞杂交，需要对杂交细胞进行组织培养。培育转基因延熟番茄植株时，如果将目的基因转入番茄体细胞中，也需要经过植物组织培养才能获得延熟植株。扦插繁殖不需要经过组织培养过程。,7.改良缺乏某种抗病性的水稻品种，不宜采用的方法是( )A
12、.诱变育种 B.单倍体育种C.基因工程育种 D.杂交育种,B,【解析】选B。A项可通过基因突变产生新基因来达到改良作物品种的目的；C项可通过转入抗病基因，达到改良作物品种的目的；D项可借助杂交育种，并经多次选育，获得抗病性状，达到改良新基因的目的。而单倍体是将已有基因进行分离培养得到新个体的育种过程，不能从缺乏某种抗病性品种中获得抗病性状，因此选B项。,9.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是( ) A培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养
13、获得的愈伤组织基因相同,D,10.玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家做了大量的研究工作。如图是关于玉米培养的过程，请据图回答：,(1)取玉米幼苗的茎尖进行_，如图AC，发育成植株D，取D的花药进行离体培养成幼苗，如图EF，经秋水仙素处理后发育成植株G，属于_；从生殖方式上分析，AD属于_生殖；从细胞分裂方式上分析，EF过程中进行了_分裂。(2)取茎尖进行培养的原因是_。(3)AC的过程要严格控制_。,分生区附近病毒极少，甚至无病毒,无菌条件,组织培养,单倍体育种,无性,有丝,(4)用AD过程获得的植株D，称为_。若用D进行繁殖，种植的植株就_或_感染病毒。(5)用EG途径育种的
14、优点是_。(6)若想培育出一种新的玉米品种，可以采用_育种方式；若想培育出一种能抗虫的玉米新品种，可以采用_育种；若想培育出一种地上结玉米，地下结马铃薯的植株，可以利用_技术。,不会 极少,直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短了育种年限,植物体细胞杂交,脱毒苗,诱变,基因工程,【解析】本题综合考查了植物细胞工程及应用、基因工程等知识。取玉米的分生组织，经过组织培养获得的植株称为脱毒苗，用脱毒苗进行繁殖，得到的植株不会或极少感染病毒。在组织培养的过程中，要严格控制无菌条件，单倍体育种能直接得到稳定遗传的优良品种，极大地缩短育种年限。若想获取新的品种，可采取诱变育种、基因工程育种和体细胞杂交技术
15、等。,按照研究对象分,细胞与组织培养 细胞融合 细胞核移植 等,细胞工程 2、细胞工程的分类,植物细胞工程,动物细胞工程,按照操作技术分,植物细胞工程：（1）1902年，德国科学家哈伯兰特提出细胞全能性理论（2）1937年，美国科学家怀特用烟草茎段在试管中培养了烟草植物（3）1958年，美国科学家斯图尔德利用胡萝卜根组织培养再次证明了植物细胞全能性,细胞工程 3、细胞工程的发展,植物细胞工程（4）1965年，沃索等科学家在培养基上由单个烟草的细胞得到了再生植株。（5）1970年，斯图尔德用悬浮培养的单个细胞也培养了可育的新植株，再次证明了细胞的全能性。,细胞工程 3、细胞工程的发展,动物细胞工
16、程：（1）1907年，美国科学家哈里森蝌蚪神经元的培养，证明了动物组织体外培养的可行性（2）20世纪60年代，中国科学家童第周开展了鱼类的细胞核移植工作，取得了成绩,细胞工程 3、细胞工程的发展,动物细胞工程的诞生：（3）1975年，英、德国科学家将产生抗体的单个细胞与肿瘤细胞杂交，创立了单克隆抗体技术（4）1996年，世界第一只克隆养诞生（5）2001年，我国首例体细胞克隆牛诞生,细胞工程 3、细胞工程的发展,1.植物组织培养依据的原理，培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是 （ ）体细胞全能性 离体植物器官，组织或细胞 根，芽 生长素和细胞分裂素 生长素和乙烯 愈伤组织 再分化 脱分化 植物
17、体A. B. D.,A,甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的 （ ） A.有丝分裂 B.分化 C.减数分裂 D.全能性,C,（04江苏）（8分）紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素。下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。（1）在生产前，需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”。这些“种子”是应用组织培养技术，将紫草叶肉细胞经过_ 而获得的。这项技
18、术的理论基础是：,（2）从图中可以看出：反应器中紫草细胞的生长呈现 规律；影响紫草素产量的因素是_ 和 。（3）在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌的目的是：,脱分化,细胞的全能性,S型增长,细胞数量 细胞所处的生长期,保证氧气供应充足_和_使细胞与培养液充分接触,二、作物新品种的培育,明显缩短育种年限(相对常规选育)后代稳定遗传,都是纯合体,正常植物,花药,愈伤组织,单倍体幼苗,脱分化,再分化,染色体加倍,秋水仙素处理,1.单倍体育种,(1)方法:,(2)优点:,花药的离体培养获得单倍体植株，染色体加倍,选择稳定遗传优良品种,种子,纯合子,选优 自交,P：,高杆抗病 DDTT,矮杆感病
19、 ddtt,F1,高杆抗病 DdTt,第1年,选育出需要的矮抗纯种,F2,D_T_,D_tt,ddT_,ddtt,矮抗,杂交育种,第2年,第3年,生长,ddTT,F3,配子：,DT,Dt,dT,dt,单倍体幼苗：,DT,Dt,dT,dt,花药离体培养,秋水 仙素,第2年,第4年,DDtt,ddTT,ddtt,纯合体:,DDTT,矮抗,P,高杆抗病 DDTT,矮杆感病 ddtt,F1,高杆抗病 DdTt,单倍体育种,选择矮秆抗病即为新品种,例：利用高杆抗病DDTT和矮杆感病ddtt品种培育矮杆抗病ddTT品种,人工种子,技术：原理：结构：特性：优点：,胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）人工薄膜：,加入
20、适量无机盐、有机碳源等养分，农药、抗生素、有益菌及生长调节剂等,组织培养,细胞全能性,与天然种子比： 解决某些作物繁殖力低、结子困难、发芽率低问题 保持优良品种遗传特性 不受气候、季节、地域的限制，时间短，占地少,与试管苗比：有人工薄膜保护，方便地贮藏和运输,在适宜条件下可以萌发长成幼苗。,真核细胞,细胞结构,细胞功能,细胞壁,细胞膜,细胞质,细胞核,分布：植物细胞特有,成分：纤维素、果胶等,功能：支持和保护,基质,细胞器：如线粒体和叶绿体（区别），内质网、中心体、高尔基体、液泡等，,内含物：各种化合物,功能：,细胞器之间的协调配合,细胞的生物膜系统,回顾：细胞的基本结构,控制细胞代谢和遗传,动物细胞的结构,植物细胞的结构,
