2.1植物细胞工程的基本技术

2.1.2植物细胞工程的实际应用
一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖技术 2.作物脱毒 3.神奇的人工种子 二、作物新品种的培育 1.单倍体育种2.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
1.微型繁殖技术 （1）概念: 快速高效实现种 苗繁殖,培育优 良植物品种的植 物组织培养技术。
（2）过程：
人 工 诱 变 组 织 自 交 萌 发 花 药 离 单 倍 体 正 常 新 植 株 种 子 ( 纯 合 体 ) 染 色 体 加 倍 体 培 养 植 株 植 株 发 培 养 育 ( 新 品 种 )
第 一 年
第 二 年
（3）优点:
①后代稳定遗传,都是纯合体;
②明显缩短育种年限。
2.突变体的利用
植物体细胞杂交过程示意图
植 物 细 胞 原 生 质 体 原 生 质 体 融 合 再 生 细 胞 壁 愈 伤 组 织 杂 种 植 株
去壁
等量 去壁
杂 种 细 去 胞 分 化
再 分 化
纤维素酶 果胶酶
离心、 筛 激素 振动、 电刺激、 选
激素
聚乙二 醇
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。
植物组织 培养车间
1.微型繁殖技术 （2）特点：
①高效快速地实现种苗的大量繁殖；
②保持优良品种的遗传特性； 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）。
兰州晨报讯(记者刘凤宇实习生罗娟)有人戏称 “洋芋、土豆、马铃薯”是甘肃三宝，现在这 “三宝”又要为咱甘肃扬名了。甘肃省专家成功 培育出的黑色土豆，一改土豆白色、灰色、紫色 的“老面孔”，成为了土豆家族中的新贵。这种 黑色土豆将在7月10日开幕的兰州高原夏菜贸洽 会上首次亮相。
二、植物体细胞杂交技术
1、过程
植物细胞A
去壁 植物细胞的融合
方法？
融合 完成 的 标志
植物组织培养
原生质体A 原生质体B
去壁
人 工 诱 导
融合的 原生质 体AB
杂种 细胞 脱 再 AB 分
生 出 细 胞 壁
化
愈 伤 组 织
再 分 化
杂 种 植 株
植物细胞B
促进融合 的方法？
细胞融合的基础：
细胞膜的流动性
大家还记 得我吗？

多利
什么叫细胞工程？包括哪两 大领域？
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。
应用的原理和方法 概念 研究的水平 研究的目的 细 胞 工 程 分类 动物细胞工程
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？ • 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？
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。
1.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？
马铃薯—番茄没有像人们预想的那样地 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。
(1)产生:植物组织培养
(2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育 新品种
三、细胞产物的工业化生产
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
植物细胞工程
2.1植物细胞工程
§2.1.1植物细胞工程的基本技术
植物组织培养
利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花
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？
B
二、植物组织培养
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 形成层 移栽
无菌 接种
脱分化
诱导愈伤组织 的形成
培养室
再分化 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。 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。
C
2.下列植物细胞全能性最高的是（ A ） A.形成层细胞 B.韧皮部细胞 C.木质部细胞 D.叶肉细胞 3．下列细胞全能性最高的是（ C ） A．植物的卵细胞 B．植物的精子细胞 C．被子植物的受精卵 D．被子植物的的叶肉细胞
4.在生物体内，细胞没有表现出全能性， 而是分化为不同的组织、器官，是因为 （ ） A、细胞的基因丧失了全能性 B、基因在特定时间和空间条件下选择 性表达的结果 C、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期，细胞内的 基因发生了变化
一、细胞的全能性
生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整 1、定义： 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、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 ＞ 体细胞
种皮
胚乳
胚
(1)特点:①后代无性状分离，保留优良特性；
②不受气候,季节和地域限制。
③贮藏运输方便
(2)技术:植物组织培养。
(3)产生途径：由愈伤组织产生、已分化的外植体 直接产生、有悬浮细胞培养产生。
(4)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽。
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种 （1）方法: 花药离体培养
2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物──眼虫， 说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活， 请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？ 如果理论上可行，请设计出具体实验方案。
小结：
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
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。
4、植物体细胞融合完成的标志是 A．产生新的细胞壁 A B．细胞膜发生融合 C．细胞质发生融合 D．细胞核发生融合 5、用不同种植物的两个体细胞融合成一 个杂种细胞的过程。该过程是指 A．不同植物的精子和卵细胞的融合 B．不同植物的原生质体的融合 B C．完整的两个体细胞的融合 D．植物花粉细胞的两两融合
2.作物脱毒
（1）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，而植物的分
生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行 组织培养，就能得到大量的脱毒苗。
（2）材 料:分生区（如茎尖）的细胞
（3）脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得
3.神奇的人工种子 人工种子：以植 物组培技术得到 的胚状体、不定 芽、顶芽和腋芽 等为材料，经过 人工薄膜包装得 到的种子。
具体内容详见P42拓展视野
1.在离体的植物器官、组织或细胞脱 分化形成愈伤组织的过程中，下列 哪一项条件是不需要的（ C ） A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素
2.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完 整植株，不需要（ C ） A.具有完整细胞核的细胞 B.离体状态 C.导入外源基因 D.一定的营养物质和激素
1、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：
A、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质 体 B、将杂种细胞培育成植株 C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲 代的优良性 D、尚未培育出属间杂种植物
2、不能人工诱导原生质体融合的方 法是
A、振动
C、PEG试剂
B、电刺激
D、重压
3.植物细胞表现出全能性的必要条 件是 A. 给予适宜的营养和外界条件 B. 导入其他植物细胞的基因 C. 脱离母体后，给予适宜的营养 和外界条件 D. 将成熟筛管的细胞核移植到去 核的卵细胞内
(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？ 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。