课件13：2.1.1 植物细胞工程的基本技术
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不易形成愈伤组织，光有利于形成芽和叶。 2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是 什么？
植物激素（生长素、细胞分裂素）
强调几个概念：
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，由无定形状态薄 壁细胞组成的排列疏松无规则 的组织。
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。
试管苗的形成
(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？
植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成 分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以 在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象 经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌 不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程 中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速 死亡。
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。
(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。
二、植物组织培养
1、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。
探究：
1、持物种遗传性所需的全套基因，并没 有因为细胞分化而丢失基因，高度分化的细胞的细胞核仍 具有全能性。
2、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分 化成不同的组织器官？
在特定的时间和空间条件下，基因选择性的 表达的结果。
3、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？
生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质， 都有发育成完整个体的全套基因。
要把一块组织通过培养得到一株完整植株, 应该如何操作呢?
请同学们阅读P34实验完成P35讨 论题。
切取
接种
培养室
愈伤组织的形成
试管苗
移栽
切取 形成层
移栽
无菌 脱分化 接种
培养室
诱导愈伤组织 的形成
再分化
去壁
植物细胞B
方法？
融合 完成
的
标志
融合的
原生质
人 工
体AB
诱
导
杂种
愈
杂
细胞
伤
种
再 生
AB
出
脱组 分织
化
再 分 化
植 株
细 胞
细胞融合的基础：
壁
促进融合 的方法？
细胞膜的流动性
植物体细胞杂交过程示意图
植
原原
物
生生
细 胞
去壁
质 体
质 体 融
合
等量
再
愈
生杂
伤
细种
组
胞 细去 壁 胞分
织
再 分
杂 种 植 株
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。 再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中
重新分化成根或芽等器官的过程。
知识拓展
当细胞分裂素和生长素共同使用时，能刺激愈 伤组织的形成，而通过调节二者的浓度比，就 可以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成， 称为“激素杠杆”。
造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植 体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操 作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料 和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定 要规范，避免带入杂菌。
(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？
探究：
1、为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的 植株呢？ 植物细胞具有全能性。
2、什么是细胞的全能性？
一、细胞的全能性
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。
化
化
去壁
纤维素酶 果胶酶
离心、
振动、 电刺激、
筛 选
激素
聚乙二
醇
激素
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、优势和未解决的问题
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障碍，大大扩展了可用 于杂交的亲本组合范围。
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。
• 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．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？
• 5．如何将杂种细胞培育成杂种植株？
三、植物体细胞杂交技术
1、过程 植物细胞的融合
植物组织培养
植物细胞A
去壁
原生质体A
原生质体B
3、差异：（1）受精卵的全能性最高 （2）生殖细胞的全能性较高
（3）受精卵分化后的细胞中，体细胞 的全能性比生殖细胞低
4、大小： 受精卵 ＞ 生殖细胞（精子和卵细胞） ＞体细胞
植物细胞＞动物细胞
表现全能性的条件有哪些？
1、离体 2、一定的营养物质（水、无机盐、维生素、氨基酸、 蔗糖）和植物激素（生长素、细胞分裂素） 3、适宜的条件（无菌、适宜的温度、PH、光照等）
应用的原理和方法
细胞生物学和 分子生物学
概 研究的水平
细胞整体水平
念
研究的目的
或细胞器水平 按照人们的意愿来改
细
变细胞内的遗传物质 或获得细胞产品
胞
工
程
植物细胞工程
分类
动物细胞工程
植物细胞工程
植物细胞工程的基本技术
植物组织培养
植
5
物
组
再分化
织
培 养
(愈伤组织) 4
3
6
1 脱分化
2
利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花
植物细胞工程的基本技术
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。
这样的生物技术属于何种生物工程？ 细胞工程
什么叫细胞工程？包括哪些领域？
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。
具体内容详见P42拓展视野。
三、植物体细胞杂交技术
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？
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。
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。
1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄 和马铃薯的属间体细胞杂种——“Potamato”。
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、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草 等细胞杂种及其后代，获得了有价值 的新品系或育种上有用的新材料。
白菜 甘蓝
白菜－甘蓝
请思考：
• 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？
4、意义
1、克服了远源杂交不亲和性（生殖隔离）的障 碍。
2、大大拓展了亲本杂交组合的范围，得到许多 种间和属间杂种。
小结：
所采用技术 植 的理论基础 物 细 胞 工 程 通常采用的
技术手段
植物细胞的全能性 植物组织培养 植物体细胞杂交
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2、过程
外植体：离体的植物器官、组织或细胞
脱分化 遮光
愈伤组织
再分化 光照
胚状体
分裂分化
植物体
植物组织培养条件：含有 全部营养成分的培养基、 各种植物激素、一定的温 度、空气、无菌环境、适 合的PH、适时光照等。
能力提高
1、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
植物激素（生长素、细胞分裂素）
强调几个概念：
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，由无定形状态薄 壁细胞组成的排列疏松无规则 的组织。
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。
试管苗的形成
(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？
植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成 分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以 在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象 经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌 不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程 中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速 死亡。
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。
(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。
二、植物组织培养
1、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。
探究：
1、持物种遗传性所需的全套基因，并没 有因为细胞分化而丢失基因，高度分化的细胞的细胞核仍 具有全能性。
2、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分 化成不同的组织器官？
在特定的时间和空间条件下，基因选择性的 表达的结果。
3、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？
生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质， 都有发育成完整个体的全套基因。
要把一块组织通过培养得到一株完整植株, 应该如何操作呢?
请同学们阅读P34实验完成P35讨 论题。
切取
接种
培养室
愈伤组织的形成
试管苗
移栽
切取 形成层
移栽
无菌 脱分化 接种
培养室
诱导愈伤组织 的形成
再分化
去壁
植物细胞B
方法？
融合 完成
的
标志
融合的
原生质
人 工
体AB
诱
导
杂种
愈
杂
细胞
伤
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出
脱组 分织
化
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植 株
细 胞
细胞融合的基础：
壁
促进融合 的方法？
细胞膜的流动性
植物体细胞杂交过程示意图
植
原原
物
生生
细 胞
去壁
质 体
质 体 融
合
等量
再
愈
生杂
伤
细种
组
胞 细去 壁 胞分
织
再 分
杂 种 植 株
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。 再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中
重新分化成根或芽等器官的过程。
知识拓展
当细胞分裂素和生长素共同使用时，能刺激愈 伤组织的形成，而通过调节二者的浓度比，就 可以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成， 称为“激素杠杆”。
造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植 体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操 作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料 和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定 要规范，避免带入杂菌。
(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？
探究：
1、为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的 植株呢？ 植物细胞具有全能性。
2、什么是细胞的全能性？
一、细胞的全能性
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。
化
化
去壁
纤维素酶 果胶酶
离心、
振动、 电刺激、
筛 选
激素
聚乙二
醇
激素
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、优势和未解决的问题
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障碍，大大扩展了可用 于杂交的亲本组合范围。
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。
• 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．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？
• 5．如何将杂种细胞培育成杂种植株？
三、植物体细胞杂交技术
1、过程 植物细胞的融合
植物组织培养
植物细胞A
去壁
原生质体A
原生质体B
3、差异：（1）受精卵的全能性最高 （2）生殖细胞的全能性较高
（3）受精卵分化后的细胞中，体细胞 的全能性比生殖细胞低
4、大小： 受精卵 ＞ 生殖细胞（精子和卵细胞） ＞体细胞
植物细胞＞动物细胞
表现全能性的条件有哪些？
1、离体 2、一定的营养物质（水、无机盐、维生素、氨基酸、 蔗糖）和植物激素（生长素、细胞分裂素） 3、适宜的条件（无菌、适宜的温度、PH、光照等）
应用的原理和方法
细胞生物学和 分子生物学
概 研究的水平
细胞整体水平
念
研究的目的
或细胞器水平 按照人们的意愿来改
细
变细胞内的遗传物质 或获得细胞产品
胞
工
程
植物细胞工程
分类
动物细胞工程
植物细胞工程
植物细胞工程的基本技术
植物组织培养
植
5
物
组
再分化
织
培 养
(愈伤组织) 4
3
6
1 脱分化
2
利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花
植物细胞工程的基本技术
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。
这样的生物技术属于何种生物工程？ 细胞工程
什么叫细胞工程？包括哪些领域？
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。
具体内容详见P42拓展视野。
三、植物体细胞杂交技术
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？
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。
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。
1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄 和马铃薯的属间体细胞杂种——“Potamato”。
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、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草 等细胞杂种及其后代，获得了有价值 的新品系或育种上有用的新材料。
白菜 甘蓝
白菜－甘蓝
请思考：
• 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？
4、意义
1、克服了远源杂交不亲和性（生殖隔离）的障 碍。
2、大大拓展了亲本杂交组合的范围，得到许多 种间和属间杂种。
小结：
所采用技术 植 的理论基础 物 细 胞 工 程 通常采用的
技术手段
植物细胞的全能性 植物组织培养 植物体细胞杂交
——更多精彩内容请登录
2、过程
外植体：离体的植物器官、组织或细胞
脱分化 遮光
愈伤组织
再分化 光照
胚状体
分裂分化
植物体
植物组织培养条件：含有 全部营养成分的培养基、 各种植物激素、一定的温 度、空气、无菌环境、适 合的PH、适时光照等。
能力提高
1、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