第二节 植物的克隆

神奇的人工种子
(1)特点: 后代无性状分离
不受气候,季节和地域限制
(2)技术:植物组织培养.
(3)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.
本节的知识结构
本节的知识结构
1、快速繁殖（微型繁殖技术；珍稀、濒危物种）
2、培育无病毒（脱毒）植株（病毒在植物体内分布 不均匀，茎尖生长点一般不含病毒。茎尖分生组织培 养结合病毒检测可脱除病毒 ） 3、生产细胞次生代谢产物（药物、食品添加剂、香 料、色素、杀虫剂等
，பைடு நூலகம்
三.
植物克隆的方法
最为常见的组织培养
悬浮细胞培养 单细胞培养
按材料的类别分
愈伤组织培养
细胞培养
器官培养 原生质体培养
1、细胞培养
指以单个游离细胞为外植体的离体无菌培养。
①离体细胞－愈伤组织－根、芽、花－植株 ②愈伤组织 ——单细胞——细胞团——球形胚——心 形胚——胚状体——完整植株
单倍体培养
细胞产物的工厂化生产
种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.
2、作物新品种的培育
1.单倍体育种
(1)方法:花药的离体培养
(2)优点: 后代稳定遗传,都是纯合体; 明显缩短育种年限. 2.突变体的利用
(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
植物繁殖的新途径
原生质体培养成功后，植物细胞工程得以发 展。这是在原生质体培养的基础上，由原生 质体融合和基因工程技术结合的研究领域。
植物细胞工程的概念和操作过程是：培养植 物细胞，借助基因工程方法，将外源DNA导入 受体细胞中，或通过细胞融合、显微注射将 不同的遗传重组，再通过对这些转基因细胞 或重组细胞进行培养，获得具有特定性状的 新植物。
植物组织培养（试管苗的形成）
培养室
试 管 苗 大 规 模 培 养
移栽
经过炼 苗的小 苗，可 以和一 般植物 一样进 行大规 模栽培
试管苗大规模培养
移栽至土壤
离 体 外植体 一 的 、 脱分化 植 植 物 特点？ 愈伤组织 物 生长调节物质配比的 器 组 调控（P24） 官、 无定形状态 再分化 织 薄壁细胞 组 （1）诱导芽的分化： 培 织 高度液泡化 根、芽 （分化） 细胞分裂素和激动素 养 或 排列疏松、无规则 （2）诱导根的分化： 细 的 胞 过 IAA和适当减除其它
第二章 克隆技术
受精卵
胚胎
幼儿
老人
精子 卵细胞
繁殖的类型:
（一）有性繁殖
精子 卵细胞 受精卵 (合子) 胚胎 特点:具备了双亲的遗传特性 具有更强的生活能力和变异性 个体
（二）无性繁殖
定义: 母体 新个体 举例:许多植物、海洋生物、多数微生物等 特点:其个体保持了亲本的遗传性状,产生后代数量多 原因：由于细胞核具有基因组全套遗传信息，生物的体 细胞有潜力直接发育成胚胎和核供体完全相同的 个体克隆。 应用： ——克隆技术
例1、下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：
离体的植物器官、组织或细胞
（1）①表示 ，它能被培养成为④的根本 原因是 植物细胞具有全能性 。 （2）②表示 愈伤组织 ，它与①相比分化程度 低 全能性 高 。 （3）若①是花药，则④是单倍体植株，继续对其使 用 秋水仙素 处理可获得 纯合 (纯/杂)正常植株， 该育种过程称为 。 单倍体育种 （5）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片的颜 色是 绿色 ，这说明根尖细胞 含有与叶绿体形成相关的基因 。
植物细胞 > 动物细胞 不同种类植物或同种植物的不同基因型个体之间 因遗传性的差异,细胞全能性的表达程度大不相同.
4．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，由于基因选择 性表达出各种蛋白质，细胞不能表现出全能 性，而是分化成为不同的组织器官。 5.植物细胞在什么情况下才能表现出全能性？ ①离体状态 ②适当营养物质
外源遗传物质（DNA）
多途径的植物克隆实践
1、细胞产物的工厂化生产 2、作物新品种的培育
1）单倍体育种 2）突变体的利用
3、植物繁殖的新途径
1）微型繁殖 2）作物脱毒 3）神奇的人工种子
3.神奇的人工种子
(1)特点:
后代无形状分离
不受气候,季节和地域限制 (2)技术:植物组织培养. (3)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.
3、在个体水平上 ——动物克隆、植物克隆
不通过两性细胞的结合，从一个单一的细胞繁殖 出生物个体。即细胞 个体
植物克隆
二、技术基础---植物组织培养
（1）植物组织培养的一般程序
1.配制含有适当营养物质和植物生长调节剂 的含0.7%-1%琼脂的培养基，倒在灭菌试管 中凝固成半固体 2.从消毒的根、茎、叶上切取一些小组织块 3.将组织块放在固体培养基上进行培养，获 得愈伤组织（创伤组织） 4.以适当配比的营养物质和生长调节剂诱导 愈伤组织，直到再生出新植株
二、植物组织培养程序
1、配置半固体培养基
2、无菌操作切取一些 小块组织
脱分化
3、获得愈伤组织
4、诱导愈伤组织
通过调节营养物质和生 长调节剂的适当配比
5、再生新植株出现
植物细胞结构图
如何剥 离细胞 壁呢？
用纤维 素酶和 果胶 酶！！
原生质体培养
为什么要加较 高渗透压的甘 露醇呢?
植物 细胞
0.5~0.6mol/L的甘露醇 (较高渗透压) 球型的
植物组织培养的培养基
• 无机营养成分：大量元素及植物所必需的微量 元素 • 有机营养成分 ① 含N物质：包括维生素和氨基酸 ② 碳源：2%—5%的蔗糖 ③ 琼脂：起支持作用 生长调节剂：（生长素，细胞分裂素） PH值：5.0－6.0
组织培养的过程
（无菌）外植体
脱分化
形成愈伤组织
再分化
组织分化 形成器官
0.5~0.6mol/L的甘露醇 (较高渗透压) 球型的 纤维素酶、果胶酶 原生质体
植 株
防止原生质体吸水胀破
植物体细胞杂交(p26)（原生 质体融合）过程示意图 (1)
(2)
(1) 再分化 (5)
(3)
杂 种 细 胞
(4)
脱 分 化
植物体细胞杂交克服了植物远源杂交不亲和的障碍， 在培育新品种方面具有广阔的应用前景。
能，又重新恢复了分裂功能，产生愈伤 组织的过程，又称去分化。
• 脱分化的实质：使细胞恢复分裂、分化
的能力
•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。
•再分化的实质：基因选择性表达，导
致细胞的形态结构和功能的改变
细胞质丰富、液泡 小而细胞核大（胚 性细胞的特征） 通过悬浮培养 分散成单细胞 脱分化 再 分 化
3、原生质体培养
原生质体：去除细胞壁后的植物细胞。
用适当方法进行原生质体培养，也可以获得新植株。
4、单倍体培养
用花药离体培养方法获得单倍体植株。
植物组织培养的应用
（1）试管苗的快速繁殖 （2）无病毒植物的培育 （3）提取原料
（4）人工种子
（5）转基因植物的培育 人工种子
人工种子解决有些植物结子困难、发芽率 低、繁殖困难等问题。
（1）植物组织培养（包括原生质体培养）
（2）基因工程 （3）植物体细胞杂交
3.操作过程：
（1）原生质体培养—基因工程导入外源基因—转基因细胞的培养
分化程度低 幼芽或幼根？ 去分化较易 （分化）
程
植物体
激素
(2)植物组织培养过程
强调几个概念：
愈伤组织：
植物组织块切口处的细胞在创 伤的刺激下发生脱分化，继续 分裂增殖，形成一种相对没有 分化的活的薄壁细胞团组成的 新生组织。(胚性细胞特征)
几个概念：
• 植物细胞的脱分化：由高度分化的植物
器官、组织或细胞丧失原有的结构和功
资料2 病毒引起的植物病害有500多种。 受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉， 如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、 苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的 防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损 失。 病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼 嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几 乎不含病毒。
胚状体
愈伤组织
悬浮培养----摇床
一、理论基础---细胞全能性
1．什么是细胞的全能性？ 植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性， 都具有发育成为完整植株的潜能。
2．为什么细胞具有全能性？
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
3、全能性的体现： 受精卵 ＞ 生殖细胞 ＞ 体细胞
2、器官培养
指以植物的根、茎、叶、花、果等器官为外植体的离 体无菌培养。
如：雌性花器官的培养成果显著（子房的培养、胚囊的培养、 花药的离体培养等）
3、原生质体培养
如何剥 离细胞 壁呢？
[原生质体概念]
用纤维 素酶和 果胶酶
3、原生质体培养
为什么要加较 高渗透压的甘 露醇呢?
愈伤 组织 胚状体
植物 细胞
纤维素酶 和果胶酶
原生质体
植 株
防止原生质体吸水胀破
培养植物细胞（包括原生质体），借助基因工程的 方法，将外源遗传物质（ＤＮＡ）导入受体细胞 （包括原生质体受体）中，或通过细胞融合，显微 注射等将不同来源的遗传物质重新组合，再通过对 这些转基因细胞或重组细胞进行培养，获得具有特 定性状的新植株．
2.植物细胞工程的技术手段
白菜
甘蓝 白菜－甘蓝
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。
四、植物细胞工程
植物细胞工程的概念和操作过程：
培养 植物 培养 受体细胞 转基因细胞 特定性 （原生质体受体） （或重组细胞） 状新植 细胞 株 基因工程方法 或细胞融合、显微注射
20世纪30年代中到50年代末，是植物组织培养 和克隆的奠基阶段。 20世纪60年代，植物组织培养和克隆进入成熟 发展阶段。
三、植物细胞培养主要几种技术(总结) 1、组织培养
通过调节营养物质和生长调节剂的适当配比，诱导愈 伤组织生芽生根而形成再生新的植株。
2、悬浮细胞培养
通过液体悬浮培养使愈伤组织分散成单细胞，经适宜培养基中成 分的诱导，可发育成胚状体，从而形成新株。
一、克隆的层次：
1、在分子水平上 ——基因克隆
参见P6页图1-4
重组载体通过宿主细胞的无性繁殖使目的基因 扩增，再用某探针选取、钓取目的基因。 2、在细胞水平上——细胞克隆（制备单克隆抗体）
单克隆抗体：利用动物细胞融合技术将骨髓瘤细胞和 能产生抗体的B淋巴细胞融合得到杂交瘤细胞，再去培 养，筛选到杂交瘤细胞系。
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（ A ） ①细胞的全能性 ②离体植物器官，组织或细胞 ③根，芽④生长素和细胞分裂素 ⑤生长素和乙 烯 ⑥愈伤组织⑦再分化 ⑧脱分化 ⑨植物体 A．①、②⑧⑥⑦③⑨、④ B．①、②⑦⑥⑧③⑨、⑤ C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤ D．①、②⑨⑧⑥⑦③、④
4、杂种细胞的培育 5、转基因植物的培育 6、突变体的筛选（抗赖氨酸类似物突变体） 7、抗性作物（抗盐碱、抗高温、抗干旱）的诱发和筛选
8、制备人工种子，解决有些植物结子困难、发芽 率低、繁殖困难等问题
植物组织培养和克隆经历了一个世 纪的发展，回顾一下发展的历程。
三阶段：
20世纪初到30年代中期，是植物组织培养和克 隆的探索阶段。
③适当配比植物生长调节剂
④其他外界条件
（适宜温度、ＰＨ、无菌、光照（后期））
有些植物在多次继代培养后，会丧失细胞全 能性的表达能力
• 原因：1.遗传物质发生不可逆转的改变 2.激素平衡被打破或外源激素作用的结果 3.细胞对外源生长物质的敏感性发生改变 4.由于其他可能原因产生了缺乏成胚性的细胞系
克隆成功所需的条件（a） 1.探讨特定植物细胞全能性表达的条件(激素配比) 2.选择性能优良、细胞全能型表达充分的基因型
自然界的许多生物都具有先天的无性繁殖(克隆)能力。
个体水平 的克隆
(草履虫的分裂生殖)
(酵母菌的出芽生殖)
营养生殖
马铃薯
草莓
落地生根
水螅的出芽生殖
第一节 什么是克隆
只要不通过两个分子、两个细胞或两个 个体的结合，只由一个模板分子、母细 胞或母本直接形成新一代分子、细胞或 个体，就是无性繁殖，即克隆。 思考：克隆的定义包含了哪些层次的 克隆？
发育成新个体
在植物组培过程中，为什么要进行一 系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操 作？
避免杂菌在上面迅速生长消耗营养， 且有些杂菌会危害培养物的生长。
切取
接种
愈伤组织的形成
• 愈伤组织：在人 工培养基上由外 植体长出来的一 团无序生长的薄 壁细胞（细胞排 列疏松、无规 则）。
愈伤组织 胚状体