2[1].1植物细胞工程

植物组织培养
必要条件： 离体、 必要条件： 离体、
一定的营养物质、激素、 一定的营养物质、激素、 其他外界条件
无菌环境、一定的温度、 ( 无菌环境、一定的温度、适合 pH、适时光照等。 的pH、适时光照等。)
植物组织培养的培养基
定义：含有一定营养成分， 定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长 的基质 无机营养成分： 无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量元素 有机营养成分 物质： ① 含N物质：包括维生素和氨基酸 碳源：2%—5% 5%的蔗糖 ② 碳源：2% 5%的蔗糖 琼脂： ③ 琼脂：起支持作用 生长激素：生长素， ④ 生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PH值 5.0－ PH值：5.0－6.0
远缘杂交不亲和的障碍 3、意义: 克服不同生物的远缘杂交不亲和的障碍 意义: 克服不同生物的远缘
为什么“番茄 马铃薯 马铃薯” 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、 科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马 铃薯？ 铃薯？ 原因是：生物基因的表达不是孤立的，它 原因是：生物基因的表达不是孤立的， 们之间相互调控、相互影响，所以马铃薯—番 们之间相互调控、相互影响，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相互干扰， 物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，遗传 物质不能有序表达，杂交植株不能地上长番茄、 物质不能有序表达，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。
(二) 作物新品种的培育 二 ---- 单倍体育种和突变体的利用
花药 分化出小植物
花粉细胞培养 单倍体植株
愈伤组织 正常植株
(三)
细胞产物的工厂化生产 细胞产物的工厂化生产 产物
工厂化生产人参皂甙的基本过程： 工厂化生产人参皂甙的基本过程： 第一步，选择人参根 人参根作为外植体进行培 第一步，选择人参根作为外植体进行培 产生愈伤组织 愈伤组织， 养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖 速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株 作为种，其中一部分作为保存用， 作为种，其中一部分作为保存用，以备下一 次生产用，一部分进行发酵生产。 次生产用，一部分进行发酵生产。 第二步， 第二步，将第一步选择到的细胞株在发 酵罐中的适合培养液中进行液体培养， 酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加 细胞数量。 细胞数量。 第三步， 第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破 从中提取人参皂甙。 碎，从中提取人参皂甙。
* 1958年斯图尔德 [美] 实验 1958年斯图尔德
细胞的全能性 植物细胞的全能性
1、定义： 指已经分化的细胞，仍具有发育成完整个 定义： 指已经分化的细胞，
体的潜能。 体的潜能。
2、原因： 生物体的任何一个细胞都包含有该物种所 原因：
特有的全套遗传物质，从理论上讲， 特有的全套遗传物质，从理论上讲，生物 全套遗传物质 活细胞都应该具有全能性 体的每一个活细胞都应该具有全能性。 体的每一个活细胞都应该具有全能性。
3、分化能力大小： 分化能力大小： 受精卵 ＞ 生殖细胞 ＞ 体细胞
一、植物组织培养技术 植物组织培养技术人工控 植物组织培养就是在无菌和人工控 无菌 制条件下， 离体的植物器官 组织、 的植物器官、 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， 细胞，培养在人工配制的培养基上，给 予适宜的培养条件， 予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组 丛芽，最终形成完整的植株。 织、丛芽，最终形成完整的植株。
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
根据操作对象的不同,可分为: 根据操作对象的不同,可分为:
植物细胞工程 植物细胞工程 动物细胞工程 动物细胞工程
2.1
植物细胞工程
植物细胞工程的基本技术 2.1.1 植物细胞工程的基本技术
植物组织培养技术 植物组织培养技术 组织培养 植物体细胞杂交技术 植物体细胞杂交技术 体细胞杂交
二、植物体细胞杂交技术
1、定义： 将不同的植物体细胞, 定义： 将不同的植物体细胞,
在一定条件下融合 杂种细胞， 成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植 物体的技术。 物体的技术。
2、优势：（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， 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。 大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。
植物组织培养
离体的植物器官、 离体的植物器官、组织或细胞 脱分化 愈伤组织 再分化
外植体
一定的营养和激素 细 一定的营养和激素(细 激素 胞分裂素、生长素) 胞分裂素、生长素
芽、根 小植株
• 薄壁组织细胞
具有潜在的细胞分裂能 具有潜在的细胞分裂能 力，在一定的外界因素刺 激下，它们可再生， 激下，它们可再生，使植 物的创伤愈合或形成不定 不定芽等。 根、不定芽等。
微型繁殖技术的特点： 微型繁殖技术的特点：
繁殖速度快； ① 繁殖速度快； 高保真” 因为是无性繁殖）； ② “高保真”（因为是无性繁殖）； 不受自然生长季节的限制（ ③ 不受自然生长季节的限制（因为在具有一 定人工设施的室内生产）。 定人工设施的室内生产）。
2. 作物脱毒
• 生产实践中遇到什么问题 ？ • 科技人员是如何应用植物组织培养技术 解决这些问题的 ？
人工种子的优点： 人工种子的优点：
（1）天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重 组现象，因而会造成某些遗传性状的改变， 组现象，因而会造成某些遗传性状的改变，而人工种 子则可以完全保持优良品种的遗传特性； 子则可以完全保持优良品种的遗传特性；天然种子生 产上受季节限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至 产上受季节限制，一般每年只繁殖1 十几年才繁殖一次， 十几年才繁殖一次，而人工种子生产上不受季节的限 制。 试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。 （2）试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工 种子则克服了这些缺点， 种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用 的薄膜，类似天然种子的种皮，因此， 的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便 地贮藏和运输。 地贮藏和运输。
选修三 专题2 细胞工程 专题2
细胞工程
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， 细胞水平或 方法，通过某种工程学手段，在细胞水平或细 胞器水平上 按照人们的意愿来改变细胞内的 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 的一门综合科学技术。 遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。 应用的原理和方法 研究的水平 研究的目的
2.1.2植物细胞工程的实际应用 植物细胞工程的实际应用
(一) 植物繁殖的新途径 微型繁殖 作物脱毒 神奇的人工种子 (二) 作物新品种的培育 单倍体育种 突变体的利用 (三) 细胞产物的工厂化生产
(一) 植物繁殖的新途径
微型繁殖技术： 1. 微型繁殖技术：
把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技 叫做微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术。 术，叫做微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术。
植物体细胞杂交 植物体细胞杂交 过程示意图
植物A 植物A细胞 去壁 植物B 植物B细胞 杂种植株 原生质体B 原生质体B 愈伤组织 细胞分裂 原生质体A 原生质体A
原生质体融合
融合体 再生壁 杂种细胞
去壁的常用方法： 酶解法（纤维素酶、果胶酶等 去壁的常用方法： 酶解法（纤维素酶、果胶酶等）
物理法：离心、振动、 物理法：离心、振动、电刺激等 原生质体融合方法： 原生质体融合方法： 化学法：聚乙二醇（PEG） 化学法：聚乙二醇（PEG）
要获得兼具两种植物 特性的“杂种”植株， 特性的“杂种”植株， 方法是——植物体 方法是
细胞杂交技术
植物体细胞杂交 植物体细胞杂交 过程示意图
(1) (2) (1) (3)
(4)
(6)
(5)
（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？ 有没有一种温和的去细胞壁的方法？ 温和的去细胞壁的方法 （2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？ （3）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？ 如何将杂种细胞培育成杂种植株？ （4）如何将杂种细胞培育成杂种植株？
3. 神奇的人工种子
人工种子： 人工种子： 以植物组织培 养得到的胚状体 胚状体、 养得到的胚状体、 不定芽、 不定芽、顶芽和腋 芽等为材料， 芽等为材料，经过 人工薄膜包装得到 的种子。 的种子。
诱导植物愈伤组织 ↓ 体细胞胚的诱导 ↓ 体细胞胚的成熟 ↓ 体细胞胚的机械化包裹 ↓ 贮藏或种植