细胞工程

植物组织培养的发展简史
1958年Steward和Reinert用胡萝卜根的 1958年Steward和Reinert用胡萝卜根的 愈伤组织诱导成了体细胞胚， 愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了 完整植株。 完整植株。 科学研究表明， 科学研究表明，处于离体状态的植物活 细胞，在一定的营养物质、 细胞，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， 件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完 整的植株。人工条件下实现的这一过程， 整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是 植物组织培养。 植物组织培养。
植物体细胞杂交过程
植物细胞A 植物细胞
去掉细胞壁
植物细胞B 植物细胞
去掉细胞壁
原生质体A 原生质体
原生质体B 原生质体
原生质体融合
纤维素酶、 纤维素酶、果胶酶等
杂合的原生质体
法：离心、振动、 物理法：离心、振动、 化学法： 化学法：聚乙二醇等试剂
愈伤组织
分化发育
杂种植株
全能性表现的条件
科学研究表明， 科学研究表明，处于离体状态的植物活细 在一定的营养物质、 胞，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， 的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整 的植株。人工条件下实现的这一过程， 的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植 物组织培养。 物组织培养。
实质是恢复细胞的全能性过程。 实质是恢复细胞的全能性过程。 结果是形成愈伤组织。 结果是形成愈伤组织。
4、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。 新分化根或芽等器官的过程。
三、植物组织培养过程
外植体
离体的植物器官、 离体的植物器官、组织或细胞 过程 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽
在生物的个体发育中， 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 下选择性地表达而形成不同器官，因此， 全能性，首先必须使生物体的细胞处于离体状态。 全能性，首先必须使生物体的细胞处于离体状态。 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，在一定的营养物质、 于离体状态时，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。 的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。
按操作对 象分类
植物细胞工程 动物细胞工程 微生物细胞过程
研究内容
动植物细胞的组织培养 细胞融合 染色体工程 胚胎工程 细胞遗传工程
细胞工程
应用的原理和方法
细胞生物学和 分子生物学 细胞整体水 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
研究的水平
研究的目的
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，遇到的第一个障碍是什么？ 在一起，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 ）为什么两个原生质体能发生融合， 细胞膜的什么特性有关？ 细胞膜的什么特性有关？ （4）如果两个来源不同的原生质体发生融合 ） 形成了杂种细胞， 形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做 何种处理？ 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？
什么叫基因工程？ 什么叫基因工程？
基因工程是指按照人们的愿望,进行 基因工程是指按照人们的愿望, 严格的设计,并通过体外DNA DNA重组技术和转 严格的设计,并通过体外DNA重组技术和转 基因等技术,赋予生物以新的遗传特性 新的遗传特性, 基因等技术,赋予生物以新的遗传特性,从 而创造出更符合人们需要的新的生物类型 和生物产品，是在DNA分子水平进行设计 DNA分子水平 和生物产品，是在DNA分子水平进行设计 和施工的一门综合科学技术。 和施工的一门综合科学技术。
问题
为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如 为什么“番茄 马铃薯 马铃薯” 科学家所想像的那样，地上长番茄、 科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马 铃薯？ 铃薯？ 主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它 主要原因是：生物基因的表达不是孤立的， 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，所以马铃 薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种 番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种 的遗传物质， 的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互 干扰， 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、 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。 地下结马铃薯就是很自然的了。
植物组织培养的发展简史
① 探索阶段（19世纪初－30年代中） 探索阶段（19世纪初 30年代中 世纪初－ 年代中） 德国植物生理学家HaHerlandt HaHerlandt首次进行了植物细胞 德国植物生理学家HaHerlandt首次进行了植物细胞 培养实验 奠基阶段（30－50年代 年代） ② 奠基阶段（30－50年代） 1934年 White培养番茄离体根尖成功 1934年，White培养番茄离体根尖成功 1939年 Gautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成 1939年，Gautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成 功 White:烟草种间杂种的瘤组织进行组培 White:烟草种间杂种的瘤组织进行组培 Nobecourt： Nobecourt：胡萝卜进行组培 以上三人是植物组织培养的奠基人 ③ 迅速发展阶段（60年代后） 迅速发展阶段（60年代后 年代后） 原生质体，花药，快繁技术迅速发展 原生质体，花药，
植物组织培养
一、植物组织培养的概念
植物组织培养：在无菌和人工控制条件下， 植物组织培养：在无菌和人工控制条件下， 将离体的植物器官、组织、细胞， 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， 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。 生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。
植物激素： 植物激素： 细胞分裂素、 细胞分裂素、生长素
植物体
实例：非洲紫罗兰的组织培养： 实例：非洲紫罗兰的组织培养：
胡 萝 卜 的 组 织 培 养
科学利用菊花花瓣培养的菊花
植物体细胞杂交
相关问题
1、在植物组培过程中，为 在植物组培过程中， 什么要进行一系列的消 毒，灭菌，并且要求无 灭菌， 菌操作？ 菌操作？ 2、为什么切取胡萝卜根的 形成层， 形成层，其他部分也能 培养成小植株吗？ 培养成小植株吗？ 3、为什么诱导愈伤组织的 过程中应避光培养？ 过程中应避光培养？
2、愈伤组织
愈伤组织：离体的植物器官、 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， 织或细胞，在培养一段时间以后， 通过细胞分裂， 通过细胞分裂，形成一种高度液 泡化、 泡化、无定形状态薄壁细胞组成 的排列疏松无规则的组织。 的排列疏松无规则的组织。
3、植物细胞的脱分化 、 由高度分化的植物器官、 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。 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？ 脱分化的实质和结果分别是什么？ 脱分化的实质和结果分别是什么
下列有关细胞全能性的含义，正确的是： 下列有关细胞全能性的含义，正确的是：( )
A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能 、 B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全 、 部功能 C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体 、 的潜能 D、 生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、 、 生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、 生长、衰老、 生长、衰老、死亡的全过程
目前，已得到栽培烟草与野生烟草、 目前，已得到栽培烟草与野生烟草、 栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、 栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、 籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种 籼稻与粳稻、 及其后代， 及其后代，获得了有价值的新品系或育 种上有用的新材料。 种上有用的新材料。
白菜
甘蓝 白菜－甘蓝 白菜－
概念：细胞的全能性是指生物体的细胞具有 概念： 使后代细胞形成完整个体的潜能。 使后代细胞形成完整个体的潜能。 原因： 原因：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 个体所必需的全部基因。 个体所必需的全部基因。
细胞的全能性
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。
二、植物组织培养条件： 植物组织培养条件：
含有全部营养成分的培养基、 含有全部营养成分的培养基、 一定的温度、空气、无菌环境、适合的 一定的温度、空气、无菌环境、 PH、适时光照等。 PH、适时光照等。 关键词： 关键词： 外植体、脱分化、再分化、 外植体、脱分化、再分化、愈伤组织
1、外植体
外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分 外植体： 组织或器官 1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、 外植体灭菌消毒（根尖、 嫩叶、 种子、花粉等） 种子、花粉等） 2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上 3）切取所需的外植体 4）将外植体接种于培养容器的培养基上 整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！ 整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！ 外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形 外植体经过一段时间在培养基上生长后， 成愈伤组织
一、植物体细胞杂交的概念
将不同种植物的体细胞， 将不同种植物的体细胞， 在一定条件下融合成杂种细胞， 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。 体的技术。 （不同种生物之间 存在着生殖隔离， 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） 这一点的）
细胞工程
1996年 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, -----克隆羊多利诞生于英国 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, ---动物体细胞克隆技术面世 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! 也揭开细胞工程更深层次发展的序幕!
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。 如:克隆多莉羊技术是细胞水平上的技 术，培育抗虫棉是分子水平上的技术。
植物细胞工程
植物细胞工程的基本技术
植 物 细 胞 工 程
所采用技术 的理论基础
植物细胞的全能性
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
思考讨论： 思考讨论：为什么体内细胞没有表现出 全能性，而是分化成为不同的组织、器官？ 全能性，而是分化成为不同的组织、器官？
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， 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， 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。 质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。
什么叫细胞工程？ 什么叫细胞工程？
细胞工程是指应用细胞生物学和分子 细胞水平或 生物学的原理和方法，通过细胞水平 生物学的原理和方法，通过细胞水平或细 上的操作， 胞器水平上的操作 按照人们的意愿来改 胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改 细胞内的遗传物质 获得细胞产品的一 遗传物质或 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。 门综合科学技术。
二、优势和未解决的问题
与有性杂交方法比较） 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， 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。 杂交的亲本组合范围。
未解决的问题： 未解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良。 的需要表现出亲代的优良。
1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间 1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间 原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。 原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。 1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得 1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得 年梅尔彻斯(Melchers) 了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种—— 了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种—— “Potamato”。 Potamato”