2017植物细胞工程.doc
植物细胞工程教案
植物细胞工程教案第一章：植物细胞工程概述1.1 植物细胞工程的概念解释植物细胞工程的定义强调植物细胞工程的重要性和应用领域1.2 植物细胞工程的历史与发展介绍植物细胞工程的发展历程强调植物细胞工程的重要里程碑和研究进展1.3 植物细胞工程的应用领域列举植物细胞工程在不同领域的应用实例强调植物细胞工程在农业、环境保护和医药等领域的潜力第二章：植物细胞培养技术2.1 植物细胞培养的基本原理解释植物细胞培养的原理和机制强调植物细胞培养的关键因素和条件2.2 植物细胞培养的方法和步骤介绍植物细胞培养的具体方法和步骤强调植物细胞培养中的注意事项和技巧2.3 植物细胞培养的应用实例列举植物细胞培养在不同领域的应用实例强调植物细胞培养在植物繁殖、基因工程和药物筛选等领域的潜力第三章：植物组织培养技术3.1 植物组织培养的基本原理解释植物组织培养的原理和机制强调植物组织培养的关键因素和条件3.2 植物组织培养的方法和步骤介绍植物组织培养的具体方法和步骤强调植物组织培养中的注意事项和技巧3.3 植物组织培养的应用实例列举植物组织培养在不同领域的应用实例强调植物组织培养在植物繁殖、遗传改良和植物修复等领域的潜力第四章：植物再生技术4.1 植物再生技术的基本原理解释植物再生技术的原理和机制强调植物再生技术的关键因素和条件4.2 植物再生技术的具体方法和步骤介绍植物再生技术的具体方法和步骤强调植物再生技术中的注意事项和技巧4.3 植物再生技术的应用实例列举植物再生技术在不同领域的应用实例强调植物再生技术在植物繁殖、遗传改良和植物修复等领域的潜力第五章：植物细胞工程的应用案例分析5.1 植物细胞工程在农业领域的应用案例分析植物细胞工程在农业领域的具体应用案例强调植物细胞工程在提高作物产量、抗病性和适应性等方面的作用5.2 植物细胞工程在环境保护领域的应用案例分析植物细胞工程在环境保护领域的具体应用案例强调植物细胞工程在植物修复和生物降解等方面的作用5.3 植物细胞工程在医药领域的应用案例分析植物细胞工程在医药领域的具体应用案例强调植物细胞工程在药物生产、细胞治疗等方面的作用第六章：植物细胞融合技术6.1 植物细胞融合的基本原理解释植物细胞融合的原理和机制强调植物细胞融合的关键因素和条件6.2 植物细胞融合的方法和步骤介绍植物细胞融合的具体方法和步骤强调植物细胞融合中的注意事项和技巧6.3 植物细胞融合的应用实例列举植物细胞融合在不同领域的应用实例强调植物细胞融合在植物育种、基因工程等方面的潜力第七章：植物体细胞杂交技术7.1 植物体细胞杂交的基本原理解释植物体细胞杂交的原理和机制强调植物体细胞杂交的关键因素和条件7.2 植物体细胞杂交的方法和步骤介绍植物体细胞杂交的具体方法和步骤强调植物体细胞杂交中的注意事项和技巧7.3 植物体细胞杂交的应用实例列举植物体细胞杂交在不同领域的应用实例强调植物体细胞杂交在植物育种、基因工程等方面的潜力第八章：植物基因工程8.1 植物基因工程的基本原理解释植物基因工程的原理和机制强调植物基因工程的关键因素和条件8.2 植物基因工程的方法和步骤介绍植物基因工程的具体方法和步骤强调植物基因工程中的注意事项和技巧8.3 植物基因工程的应用实例列举植物基因工程在不同领域的应用实例强调植物基因工程在提高作物产量、抗病性和适应性等方面的作用第九章：植物细胞工程技术的未来展望9.1 植物细胞工程技术的发展趋势探讨植物细胞工程技术的发展趋势和未来方向强调植物细胞工程技术在农业、环境保护和医药等领域的潜在应用9.2 植物细胞工程技术面临的挑战和解决方案分析植物细胞工程技术面临的挑战和难题探讨解决方案和克服这些挑战的方法第十章：实验练习10.1 植物细胞培养实验设计一个简单的植物细胞培养实验提供实验步骤、材料和注意事项10.2 植物细胞融合实验设计一个简单的植物细胞融合实验提供实验步骤、材料和注意事项10.3 植物组织培养实验设计一个简单的植物组织培养实验提供实验步骤、材料和注意事项重点和难点解析重点环节一：植物细胞工程的概念需要重点关注植物细胞工程的定义和重要性，以及它与传统植物繁殖技术的区别。
植物细胞工程Plant Cell Engineering
植物细胞工程Plant Cell Engineering 绪论植物细胞工程的概念与内容植物细胞工程的理论基础植物细胞工程的发展历史植物细胞工程的应用教学重点：植物细胞工程的理论基础植物细胞工程的概念与内容概念：应用植物细胞生物学和分子生物学的理论和技术，在细胞水平上离体培养或遗传操作，以达到快速繁殖、改良品种或生产更多更好的植物产品的工程学科。
内容：组织培养tissue culture；器官培养organ culture 细胞培养cell culture胚胎培养embryo culture 原生质体培养protoplast culture细胞融合cell fusion染色体工程chromosome engineering ……请问：19世纪的三大发现是什么？能量守恒和转化定律；生物进化论；细胞学说提问：细胞学说的基本论点是什么？细胞是生物结构、功能和发育的基本单位。
植物细胞工程的理论基础细胞全能性；细胞分化、脱分化和再分化；植物胚状体植物细胞全能性：每个植物细胞都具有该植物的全部遗传信息，在合适的培养条件下有发育成完整的植物个体的能力。
P.R.White（1943）正式提出植物细胞具全能性学说（plant cell totipotency theory）。
F.C.Steward（1958）悬浮培养胡萝卜细胞并成功再生成植株，首次证实植物细胞全能性。
图绪-1 植物细胞全能性的实现什么叫分化？什么叫脱分化，植物细胞脱分化后形成什么组织？什么叫再分化，发生再分化需要什么条件？合子经分裂产生的细胞群形成各种植物组织、器官的过程称为分化（differentiation）。
合子的分化过程同时出现极性变化，形成胚。
尽管植株的每个细胞具全能性，但受所在环境的约束而相对稳定，执行各自的功能。
各种植物组织、器官的细胞失去原有的形态结构和功能,重新具有分裂和高度分化能力的过程称为脱分化（dedifferentiation）。
植物细胞工程
试管苗
3、实验
取材→消毒→接种→避光培养→分化培养→移栽
4、条件
①离体 ②培养基 ③无菌 ④外界条件
离体的植物器官、 组织或细胞(外植体)
无菌 接种
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。
离体的植物器 官、组织或细 胞(外植体)
无菌 接种
脱分化
诱导愈伤组 织的形成
脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后失 去特有的结构和功能而转变成未分化细胞 （愈伤组织）的过程。
愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一 种高度液泡化的无特定形态的，并处于旺 盛分裂状态的薄壁细胞。 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。 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 （输导水分和营养物质），而不易形 成愈伤组织。
一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖(属无性繁殖) (1)微型繁殖技术（快速繁殖技术）: 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术. (2)特点:保持优良品种的遗传特性; 高效快速地实现种苗的大量繁殖.
微型繁殖的应用： 兰花 无籽西瓜 杨树
荷兰花卉
作物栽培
工业化生产
2、作物脱毒
无性繁殖的作物， 脱毒 容易将病毒传染 草莓 给后代。
【特别提醒】 植物激素的种类和比例。特别 是生长素和细胞分裂素的协同调控作用在植物 组织培养中非常重要，被称为“激素杠杆”。 ＝ 1，形成愈伤组织 生长素 ＝ X<1，促进生芽 细胞分裂素 >1，促进生根
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
植物细胞工程10
植物细胞工程（cell engineering）是指在植物细胞水平上进行的遗传操作，即应用植物细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的理论和方法，通过在细胞、亚细胞或组织水平上进行实验操作，获得重构的细胞、组织器官及个体，以达到快速繁殖，改良品种及生产植物产品的工程学科。
研究内容：1.培养繁殖细胞、组织、个体 2.改造细胞培养：器官培养技术胚胎培养组织培养细胞培养技术原生质体培养技术改造：细胞融合细胞拆合染色体操作基因转化植物细胞和动物细胞离体培养的异同点：相同点：1.模拟体内环境，使细胞生长继续生长发育 2.培养结果都是培养物出现与体内相似的生长行为。
不同点：1.取材范围不同 2.培养条件不同 3.生长形式不同细胞学说（cell theory）：由德国植物学家施莱登和动物学家施旺分别于1838年和1839提出，认为一切动物和植物体都是由细胞构成，细胞是生物结构、功能和发育的基本单位。
细胞学说是19世纪三大发现之一.细胞全能性（totipotency）：德国植物学家Haberlandt 在1902年提出，作为高等植物器官和组织的基本单位的细胞有可能在离体条件下实现分裂分化，乃至形成胚胎和植株。
分化：受精卵在细胞分裂的过程中，形成具有极性的胚，从而形成不同器官的过程。
脱分化：离体培养条件下，一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生组织细胞状态或胚性细胞的状态的过程就是细胞脱分化。
再分化：脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在特定的条件（离体培养）下，重新恢复细胞分化能力，并经历器官发生形成单极性的芽或根，或经历胚胎发生形成双极性的胚状体，进一步发育成完整生物体，这一过程称为细胞再分化。
胚状体：是指植物细胞、组织或者器官的离体培养中，起源于一个非合子胚，并经过胚胎发育过程分化出的类似胚一样的细胞群。
胚状体产生的方式：1.直接在器官上发生2.培养物形成愈伤组织，再由愈伤组织形成胚状体3.在花药培养中，由小孢子发育成胚状体4.在单细胞和原生质体培养中，先形成胚性细胞团，再形成胚状体胚状体途径再生植株的优势数量多速度快结构完整植物细胞工程发展简史萌芽阶段（19世纪——1929）奠基阶段（1930——1959）应用阶段（1960——）植物细胞工程的应用细胞工程育种（体细胞突变、细胞融合、远缘杂交胚挽救、倍性育种甚至转基因研究）种苗脱毒与快速繁殖生产有用次生代谢物质（如药物、色素、食品添加剂、酶、农药等）离体种质资源保存人工种子在植物遗传、生理生化以及植物病理等基础研究中的应用育种上的应用实验室是细胞工程研究的主要场所，应能满足清洗、培养基制备、储藏、无菌操作、培养、鉴定等多方面的工作需要。
植物细胞工程
专题2 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。 按操作 对象分 植物细胞工程
动物细胞工程
概念的理解：
应用的原理和方法
细胞生物学和 分子生物学
人工种皮 胚状体 人工胚乳或子叶
人工种子
所谓人工种子，就是以植物组织培养得到 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。
人工种子的优点： ① 人工种子可以保持亲本的优良性状
② 人工种子生产上不受气候、季节和
地域限制 ③ 与试管苗相比方便贮藏和运输
4、单倍体育种：
方法：花药离体培养，秋水仙素处理 优点：后代都是纯合子，能够稳定遗 传，明显缩短了育种年限
2、植物细胞的脱分化：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。
3、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。
3、植物组织培养的概念：
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。
植物组织培养 细胞融合 细胞培养
研究的水平 研究的目的
细胞的全能性 细胞膜的流动性 细胞分裂
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
细胞工程与基因工程相比：
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。
思考:
克隆多莉羊技术是 细胞 水平上的技术，
植物细胞工程
绪论1．.生物技术:以生物科学为基础，利用生物个体或生物器官、组织、细胞的特性和功能，设计构建具有预期性状的新物种或新品系（包括细胞系），以及与工程原理相结合进行产品加工生产的综合性技术体系。
生物技术的内涵是：运用现代生物学理论与科学技术改造细胞的遗传物质，培育出人们需要的生物新品种；工业规模地利用现有生物体系，制备生物产品；模拟生物体系，以生物化学工程代替化学工程，制备工业产品；发展相应的科学理论与工程技术。
其主要技术范畴包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程以及生化工程。
2．细胞工程: 是应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程学的实验方法或技术，在细胞水平上研究改造生物遗传特性和生物学特性，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和技术方法的学科。
广义包括所有的生物组织、器官及细胞离体操作和培养技术。
狭义是指细胞融合和细胞培养技术。
根据研究对象不同: 高等生物的细胞工程分动物细胞工程和植物细胞工程。
动物细胞工程包括细胞培养技术（包括组织培养、器官培养），细胞融合技术，胚胎工程技术（核移植、胚胎分割等）,克隆技术（单细胞系克隆、器官克隆和个体克隆）。
植物细胞工程包括植物组织、器官培养技术，细胞培养技术，原生质体融合与培养技术，亚细胞水平的操作技术等。
3．细胞工程在现代生物技术中的地位及其实践意义:现代生物技术是典型的高技术密集型的综合技术体系。
一个生物技术产品或技术的形成，需要涉及生物学、信息学、工程学等多学科领域知识和技术的应用。
细胞工程本身作为生物技术的重要组成部分，在现代生物技术领域中也发挥着技术载体和桥梁的作用，是现代分子技术向产接技术，比如经分子重组技术改良后的基因，必须通过细胞工程的途径，才能培养成新个体品过渡的中间链或生产新产品。
另外，细胞工程技术亦可作为独立的生物技术在现代生物学研究与应用中发挥重要作用，如利用植物离体快速繁殖技术大量生产健康种苗，已在无性繁殖中获得广泛应用；离体培养中体细胞胚胎发生，已成为植物胚胎发育研究的重要实验体系等如１) 改善农业生产技术２) 保护自然资源，维护生态平衡３)生物医药开发4．植物细胞工程是一门以植物组织和细胞的离体操作为基础的实验性学科，以植物组织细胞为基本单位，在离体条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而改良品种或创造新物种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物质的过程统称为植物细胞工程，其发展阶段与标志性成就１）探索阶段；２）培养技术建立阶段３）应用研究阶段，标志性成就：其一组织培养领域的研究迅速在世界各国的有关实验室广泛展开。
《植物细胞工程》word版
HUAZHONG AGRICULTURALUNIVERSITY烟草叶片愈伤组织诱导与植株再生的研究Research on Callus Induction and PlantRegeneration of Tobacco Leaves姓 名: 黄金波CANDIDATE ： Huang-Jin Bo 学 号: 2012304200510 STUDENT ID ： 2012304200510 课 程: 植物细胞工程实验 CURRICULUM ： Plant Cell Engineering Experiment 班 级: MAJOR: 生技1201班 Biotechnology 1201 指导老师： SUPERVISOR ：柳俊 齐迎春 陈浩Liu-Jun Qi-Ying Chun Chen-Hao中国 武汉 WUHAN ，CHINA二○一四年十二月DEC, 2014烟草叶片愈伤组织诱导与植株再生的研究黄金波华中农业大学生命科学技术学院生技1201班[摘要] [目的]以烟草叶片为材料，通过这次实验，基本掌握植物愈伤组织诱导与植株再生的原理和方法，熟练掌握相关实验操作技术；另外，通过本次实验，完成烟草植株再生，并对比光照和黑暗等不同方法，对诱导愈伤组织状态和诱导率的影响，进行结果分析。
[方法]在无菌条件下，把烟草叶片剪成1cm2大小的小方块，先通过含0.25mg/L NAA和0.25mg/L BA的MS诱导培养基在光照和黑暗条件下诱导培养；三周后，转接到含0.25mg/L NAA和1.0mg/L BA的MS分化培养基中光照培养；两个月后，观察结果，统计分析。
[结果]诱导培养后，在光照条件下和在黑暗条件下培养的均有67.7%的被污染了；用剩下的33.3%全部接种到分化培养基上培养。
结果表明分化率在光照条件下和在黑暗条件下无差别；每个愈伤组织分化芽数在光照条件下明显多于在黑暗条件下诱导；分化芽状态在黑暗和光照条件有一定的区别，分化植株苗在光照和黑暗条件下诱导没有明显区别。
植物细胞工程
3.植物组织培养所用的培养基中在脱分化 和再分化中起关键作用的激素是什么？
细胞分裂素和生长素
4.在植物组织培养过程会用到培养基，培养 基的成分通常包括哪些？
水分、无机盐、碳源、氮源、维生素等；常 用蔗糖或葡萄糖作为碳源。
二、植物组织培养技术：
结果
具分裂、分化能力
条件：①适宜温度、避光、 pH和无菌环境。
②无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素等）
6、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。（需光）
小结
植物细胞的全能性
分化程度低 如根尖、茎尖 脱分化较易
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。
(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营 养物质包括_无__机__物___和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和 _生__长__素___两类植物激素。 (2)此过程依据的原理是_植__物__细__胞__的__全__能__性___。A 和 B 阶段主 要进行的分裂方式是_有__丝__分__裂__，B 阶段除了细胞分裂外，还 进行细胞_分__化___等。
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。
三、植物体细胞杂交技术：
2、过程： 植物细胞的融合
融
合
植物组织培养
再 生
标志：成功融合
出
细
胞脱
再
壁分
分
化
化
番 茄
原
人工诱导
杂 种
细
生
胞
愈 伤 组 织
细
质
植物细胞工程(全部)
植物细胞B ①去壁
①除去细胞壁的方法？ 酶解法（纤维素酶、果胶酶） ②原生质体： 包括细胞膜、细胞质、细胞核
组 织 培 养
④脱分化 愈伤组织
⑤再分化 杂种植株
④融合原生质体的种类？ AA AB BB ⑤杂种细胞形成的标志？ 再生出细胞壁 再生细胞壁与哪些细胞器有密 切的关系？ 高尔基体、线粒体
大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围
2.1.2 植物细胞工程的 实际应用
一、植物繁殖的新途径
（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）
1.概念:
快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
2.优点: 1）繁殖速度快； 2）保持优良品种的遗传特性； 3）不受自然生长季节的限制。 3.成就:
一、植物繁殖的新途径
（二）作物脱毒 选取材料: 分生区（如茎尖）的细胞
无输导组织，病毒难以到达
一、植物繁殖的新途径
（三）神奇的人工种子
胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮
胚状体
人工种皮的成份： 营养、激素、抗生素、农药等
为何培育人工种子？ • 解决有些植物结子困 难、发芽率低、繁殖 困难等问题 与一般种子的最大区别？
植物组织培养过程中决定脱分化、再分化的关键因素？
生长素和细胞分裂素的比例不同 上述细胞中全能性最高的是什么细胞？ 愈伤组织
切取 形成层 移栽无Fra bibliotek 接种脱分化
诱导愈伤组织 的形成 再分化
培养室
试管苗的形成
（7）植物组织培养概念： 无菌和人工控制 植物组织培养指在_________________的条件下， 将植物体的器官、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 愈伤组织、从芽 导其产生_______________最终形成完整的 植株 __________。 固体培养基
植物细胞工程
定义：用两个来自不同植物的体细胞融合成一 个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体 的方法。 优势：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。 原理：细胞膜的流动性，细胞全能性
白菜
甘蓝 白菜－甘蓝
四、染色体工程
人们按照一定的设计，有计划地消减、 添加或替换同种或异种染色体，从而达到定 向改变遗传性状和选育新品种的技术。
多倍体育种、单倍体育种
【巩固2】
下列有关全能性的叙述，不正确的是 ( )。
A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此
全能性最高
B．生物体内细胞由于分化，全能性不能表达 C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高
D．植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能
答案
C
【巩固3】
下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述，错误的是 ( )。
下列有关植物细胞培养的叙述，不正确的是 ( )。 A．植物细胞培养技术的目的是为了获得大量有生理活性的 次生代谢产物 B．植物细胞培养技术快速、高效，不受季节、外部环境等
条件的限制
C．利用生物反应器悬浮培养人参细胞，提取人参皂苷，用 于生产保健药品和美容护肤用品 D．植物细胞培养需要在一定的温度、pH等条件下进行， 但不需要进行无菌操作
4、诱导愈伤组织分化根、芽或胚状体 5、再生新植株出现
试 管 苗 大 规 模 培 养
切取 移栽
接种
愈伤组织的形成
培养室
试管苗的形成
植物组培的应用
人工种子
思考：由人工种子 形成植株属于有性 生殖么？
海藻酸钠
无机盐、碳水化合物、蛋白质
人工种子的意义
有利于保持优良性状（保持濒危物种） 不受环境（季节、气候等）制约 繁殖速度快（一根枝条，10万株幼苗） 易于储存和运输 应用于濒危植物保护、经济作物快速繁殖等方面
植物细胞工程技术以及应用.doc
植物细胞工程技术以及应用1 植物细胞工程基础研究ﻭ植物细胞工程是建立在工程技术与现代生物科学基础上的科学技术.它的依赖于植物学、分子生物学、植物生理学、遗传学、环境工程学、植物营养学等学科共同的和进步的，可为研究生物科学提供非常重要的技术.植物发育的生物学是当代植物科学研究的主要内容.离体培养的器与培养体细胞胚及调控这种步骤已经建立了良好的实验体系,极大地将植物生物学的内容丰富了，而且还加速了。
植物的薄层细胞培养已经成为了在离体条件下研究生理生化、植株再生、遗传转化的关键技术.并且应用离体培养的技术来探究花器的发育，已经在多种植物上实现了开花和结实。
原生质体培养为研究单细胞提供了较为良好的技术体系，已应用在植物激素的作用机理、植物细胞的、细胞壁生物学、基因表达、物质跨膜运输等多个研究领域.ﻭ2植物细胞工程技术及其应用2. 1 加倍单倍体技术及应用ﻭ利用植物的组织来培养单倍体的植物材料从而获得单倍体植物，然后再通过自然方法或者人工加倍的方法从而获得双倍体植株的技术，被称为加倍单倍体技术.在这种技术中以使用花药和花粉来进行培养的应用最为广泛.利用这种技术来进行花药和花粉培养获得植株，目前已经在250 多种植物上实验成功。
目前，我国在培养花药和单倍体育种这两方面总体已经处于世界的前列，由多名研究者研制的N6 培养基已经被大量应用在禾本科植物的花药和花粉培养上，现已被当做是国内外花培使用的通用培养基。
而且利用花培技术,我国在多种农作物上都培养出了许多新的品种，例如水稻的中花系列的品种、小麦中的系列的品种、油菜中的华油一号等这些已经培育成功的品种的推广，现已在和经济方面都取得了很好的效益.在遗传上面,我们采用花培技术已获得染色体代的换系和附加系的方法,现在也被大量应用在小麦、大麦和一些茄科植物的身上，这种方法对远缘杂交育种的效率有着极大的提高。
植物存在的一种自然现象就是雌核发育。
雌核发育就在离体的条件下通过培养一些没有受精过的子房和胚珠以产生单倍体植株,或者是在活体的条件下用不同种类的花粉或者是被物理方法处理过花粉授予其中,以诱导雌核的发育。
植物细胞工程
德国植物学家 Haberlandt
植物细胞培养创始人 1902年根据细胞学说提出植物体
细胞有再生完整植株的潜在全能 性
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1902年，德国植物学家Haberlandt提出了高等 植物的器官和组织可以不断分割，直至分到单个细 胞的观点。他认为，如果每个细胞都有植物个体一 样的性质和能力，那么可以通过植物细胞培养，把 单个细胞培养成一个新个体。
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1.4无菌操作室
无菌操作室主要用于实验材料的接种操作，所以又叫 接种室。通常由里外两间组成，外间是缓冲间，用于 准备工作，还有防止污染的作用。缓冲间的门应该与 接种室的门错开，两个门也不要同时开启，以保证无 菌室不因开门和人的进出带进杂菌。缓冲间内应该设 有水槽、实验台、鞋帽架、和柜子、紫外灯。无菌操 作室的内壁应当用塑钢板或瓷砖装修，工作人员进入 操作间前要穿上消过毒的工作服和拖鞋。
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1.2培养基配制间
面积60平方米左右，配备的主要仪器设备有 ：冰 箱、天平、微波炉、pH计、培养基分装器、药品 柜、器械柜、抽气泵、电炉、各种规格的培养瓶、 培养皿、移液管、烧杯、量筒、容量瓶、储藏瓶 等。冰箱以体积180-200L为宜，用于储存培养基 母液、激素维生素等贵重药品、彩色胶卷、及保 存植物材料。天平应有不同感量。
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1.3消毒间
配备实验台、高压灭菌锅、排风灭火设备、细 菌过滤设备、干热消毒柜、电炉等。灭菌锅的选择 应根据不同的要求选择不同型号的灭菌锅。一般实 验室可选用小型的医用手提式高压灭菌锅，较大的 实验室可选用立式自动控制压力和温度的灭菌锅。 生产性的实验室可选用大型的卧式灭菌锅。
如果没有条件的话，可以将上述工作间合并 成一个准备间，要求是设备的安装和排列要合理、 房间要宽敞、明亮、透风，地面要便于清洁、防滑。
植物细胞工程(修改版)
比较项目 细胞融合的原理 细胞融合的方法 诱导方法
植物体细胞杂交 膜的流动性、 细胞全能性 去细胞壁后诱 导原生质体融合
动物细胞融合 膜的流动性 细胞分散后诱 导细胞融合
物理（离心、振 荡、电刺激） 获得杂种植株
物理、化学方法 （同左）
化学（聚乙二醇） 灭活的病毒 用 途
主要用于制备 单克隆抗体
2
2.下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：
⑴步骤①是去掉 细胞壁 ，使植物细胞成为 原生质体 ，最 常用的方法是 酶解法 。 ⑵步骤②一般常用的化学试剂是 聚乙二醇 ， 目的是 诱导原生质体融合 。 ⑶在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的 植物组织培养 技术手段是 ，其中步骤④相当于 脱分化 ， 步骤⑤相当于 再分化 。
请同学们讨论如何实现？
二、植物体细胞杂交
植物细胞A
植物细胞B
去细胞壁!
原生质体A
原生质体B 正在融合的原生质体
原理：植物细 胞的全能性和 细胞膜的流动 性
再生细胞壁
杂种细胞
植 物 细 胞 融 合
愈伤组织
植物组织培养杂种植株 Nhomakorabea 植物组织培养和动物细胞培养的比较
酶 结果 项 原 培养基 培养目 目 理 的 植 细 固体 纤维素酶 培养成 快速繁殖 物 胞 植株 或 蔗糖 培养无病毒 全 植物激素 果胶 植株 能 酶 性 动 胰蛋白酶 培养成 细 液体 物 细胞株 获得细胞 胞 葡萄糖 细胞系 产品、细 增 动物血清 胞 殖
3 1
4 5
1.下面所列过程是植物组织培养的简略过程。请据此回 答： ①→脱分化→②→再分化→③→④ ⑴①表示 外植体 ，它能被培养成④的根本原因 是 植物细胞全能性 。 ⑵②表示 愈伤组织 ，它的细胞特点 是 细胞排列疏松，高度液泡化无定形状态 、 ⑶若想制造人工种子，应选择（写编号） ③ 。 ⑷若①是花药，则④是 单倍体植株 ，这项技术可用 在 单倍体育种 上。
植物细胞工程
柱头
7 8
花柱
5 6
花丝
4
花瓣
胚珠 花柄
10
子房
3
萼片
1
2
花托
胚珠构成 由珠心、珠被和珠孔几部分组成 珠心：由薄壁细胞组成，其中产生 大孢子。大孢子进一步发育成“胚襄”
胚囊: 位于胚珠的珠心内，为具有 卵细胞、助细胞、极核和反足细胞的 结构。受精后，受精卵在胚囊内发育 成胚，受精极核发育成胚乳。 珠被：位于胚珠的表面，包被整 个胚珠，具保护作用。胚珠形成种子 时，珠被发育成种皮。 珠孔:花粉到达胚囊的通道。
花的结构
花柄 花托 萼片 花冠 所有的花瓣 花药 雄蕊 花丝 花蕊 柱头 雌蕊 花柱 子房
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植物细胞工程南京田家柄高级中学 叶琦、陈月芳、张斌一、教学内容及考纲要求二、重要的结论性语句：1、细胞工程：指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人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。
2、植物细胞工程的理论基础：植物细胞的全能性。
3、植物细胞工程的基本技术：植物组织培养技术，植物体细杂交技术。
4、细胞分化的本质：基因选择性表达的结果。
5、细胞表现出全能性的条件：（1）离体（必要条件）；（2）一定的营养物质：（水、无机盐、维生素、氨基酸等）、激素（细胞分裂素、生长素）；（3）适宜的条件：（无菌、适宜的温度、pH ）。
6、植物组织培养过程：外植体−−→−脱分化愈伤组织−−→−再分化根、芽−−−→−生长发育植物体。
7、植物体细胞杂交的原理：细胞膜的流动性、植物细胞的全能性8、植物体细胞杂交过程中的关键环节：（1）用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得有活力的原生质体；（2）原生质体间的融合：方法：物理法（离心、振动、电激）化学法（聚乙二醇PEG ）9、植物体细胞杂交的意义：能克服远缘杂交不亲和障碍，扩大杂交亲本范围，培养新品种。
三、重、难点知识归类、整理1、理解细胞全能性的概念，把握细胞全能性的特点。
细胞全能性是指生物体的细胞具有形成完整个体的潜能。
受精卵、生殖细胞和已分化的体细胞均具有全能性。
根本原因是细胞内含有形成完整个体所需的全套基因。
同一个体的每一个已分化的体细胞都由受精卵经有丝分裂而来，体细胞核内基因与受精卵一样，因此都具有全能性。
分化的体细胞之所以没有表达出全能性，是因为基因选择性表达。
在离体和适当的条件下，分化的体细胞也能表达其全能性。
细胞全能性大小比较：植物细胞>动物细胞（动物细胞只有细胞核具有全能性）；受精卵>生殖细胞（配子、精子、卵细胞）>体细胞；幼嫩的细胞>衰老的细胞。
在体细胞中：分化程度低的>分化程度高的，细胞分裂能力强的>细胞分裂能力弱的。
2、植物体细胞杂交过程中杂种细胞的筛选和培养：以烟草与大豆细胞融合为例。
烟草与大豆的原生质体融合后，将原生质体转移到适当的培养基上培养，使原生质体再生出细胞壁。
这时，在细胞混合物中，不仅有烟草-大豆细胞，还有烟草细胞、大豆细胞、烟草-烟草细胞、大豆-大豆细胞，因此需要对杂种细胞进行筛选。
得到烟草-大豆细胞后，再通过植物组织培养技术，培育杂种植株。
3、植物组织培养和植物体细胞杂交的关系植物组织培养和植物体细胞杂交的原理都有细胞的全能性。
在植物杂交过程中，融合的植物细胞必须经过植物组织培养过程才能最终发育为杂种植株。
也就是说，植物组织培养技术是植物体细胞杂交的基础。
4、植物细胞工程的实际应用：A:植物繁殖的新途径：（1）微型繁殖：是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，实际上是无性生殖的一种。
在繁殖的过程中，细胞进行有丝分裂，因此亲、子代细胞内DNA相同，具有相同的基因，因此能保证亲、子代遗传特性不变。
利用这种技术能高效快速实现种苗的大量繁殖。
（2）作物脱毒：取植物分生区附近，如茎尖、根尖，因很少被病毒感染，甚至无病毒，而被用来培育无病毒植株。
（3）制作人工种子：利用植物组织培养技术获得胚状体，在胚状体外包裹人工胚乳和人工种皮，就可制成“人工种子”。
解决如下问题：繁殖能力差、结子困难、发芽率低、优良品种会发生性状分离、种子的生产受到气候、季节、地域的限制等。
B:作物新品种的培育：（1）单倍体育种：大大缩短了育种年限。
（2）突变体的利用：（3）基因工程中的受体细胞C:细胞产物的工业化生产：从愈伤组织中可提取到人参皂干粉、紫草素、紫杉醇等。
四、例题解析：例1：下列属于组织培养的是：A.花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成植株例2：基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得_____________等营养物质。
（2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_____________和________________两类激素。
（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。
这一过程必须给予光照，其原因是_____________能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。
（4）试管苗的细胞核中含_________条脱氧核糖核苷酸链。
（5）培育成的试管苗可能出现的基因型有_____________。
（6）试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是的结果。
课堂练习一、单选题：1．植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是（）A.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁B.细胞壁使原生质体失去活力C.细胞壁阻碍了原生质体的融合D.细胞壁不是原生质的组成部分2．科学家把天竺葵的原生质体和香茅草的原生质体进行诱导融合，培育出的驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的达到驱蚊且对人体无害的效果。
下列关于驱蚊草培育的叙述中，错误的是（）A．驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍B．驱蚊草培育过程要用到纤维素酶果胶酶、PEG等试剂或离心、振动、电刺激等方法C．驱蚊草培育过程是植物体细胞杂交，不同于植物组织培养无愈伤组织和试管苗形成D．驱蚊草不能通过天竺葵和香茅草杂交而获得是因为不同物种间存在生殖隔离3．将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（）A、具有完整细胞核的细胞B、一定的营养物质和植物激素C、离体状态D、导入指定基因4．植物体细胞杂交的目的中错误的是（）A.把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上B.获得杂种植株C.克服远源杂交不亲和的障碍D.实现原生质体的融合5．A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如右图所示（仅显示细胞核），将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是（）A．二倍体；基因型是DdYyRrB．三倍体；基因型是DdYyRrC．四倍体；基因型是DdYyRrD．四倍体；基因型是DDddYYyyRRrr6．细胞具有全能性的原因是A.生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能B.生物体的每一个细胞都具有全能性C.生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基因D.生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的7．植物体细胞融合完成的标志是（）A、产生新的细胞壁B、细胞膜发生融合C、细胞膜发生融合D、细胞膜发生融合8．下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是（）A．花药离体培养得到单倍体植株B．秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株C．人工种子的培育D．“番茄——马铃薯”杂种植株的培育过程9．两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB，这两对基因按自由组合定律遗传,要培育出基因型为aabb的新品种，最简捷的方法是（）A．单倍体育种B．杂交育种c．人工诱变育种D．细胞工程育种二、多选题：10．一杂合体植株（二倍体）的下列部分，经组织培养和秋水仙素处理后不能得到纯合体的是（）A．根B．茎C．叶D．花粉11．下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，正确的是（）A．花药、胚不能作为组织培养的材料B．植物细胞具有全能性C．外植体是指用于培养的植物组织或器官D．外植体可诱导出愈伤组织12．下图为植物组织培养过程示意图，则下列叙述正确的是A．植物组织培养依据的生物学原理是细胞的全能性B．③④过程是指植物的营养生长和生殖生长阶段C．将①经脱分化培养成②时，再植上人造种皮即可获得人工种子D．②③的再分化过程中，诱导②生根的激素为细胞分裂素和生长素13．下列叙述中，与植物体细胞杂交密切相关的是A利用离心、振动、电刺激等诱导 B 利用聚乙二醇（PEG）等试剂诱导C 克服远缘杂交不亲和的障碍D 快速繁殖、培育无病毒植物三、非选题：14．下图是植物体细胞杂交示意图，请据此回答：（1）图中完成植物体细胞融合的过程是（填编号）_________________，在此过程中，应用酶工程产品的是_________过程。
（2）图中④过程是_________，⑤过程是_________，④⑤过程合称_________。
（3）图中①过程用到的酶是_________，作用的结果是形成_________。
之所以要用它们是要除去_______________，除去的原因是_______________________________。
（4）在②过程中，可用的化学诱导剂是_________，可用的物理方法是_________。
若在容器中放置若干ab结构，诱导完成且假设所有细胞都发生了融合，然后经③过程，形成的d 细胞的类型有_________种（这里仅考虑2个原生质体的相互融合），从中选出_________进行培养。
（5）c细胞的状态是____________________________。
（6）e称为_________，f称为_________，该植株具有_________。
（7）这一技术的优点是_____________________________________________。
（8）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么_______ ____。
课后练习一、单选题：1．植物组织培养是指（）A．离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织B．愈伤组织培育成植株C．离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体D．愈伤组织形成高度液泡化组织2．植物体细胞杂交的结果是（）A.产生杂种植株B．产生杂种细胞C．原生质体融合D．形成愈伤组织3．如图是“白菜一甘蓝”杂种植株的培育过程。
下列说法正确的是A．图示“白菜—甘蓝”植株不能结子B．愈伤组织有叶绿体，代谢类型是自养需氧型C．上述过程中包含着有丝分裂、减数分裂和细胞分化等过程D．“白菜—甘蓝”杂种植株具有的性状是细胞全能性表达的结果4．不能人工诱导原生质体融合的方法是（）A.振动B.电刺激C.PEG试剂D．重压5．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.脱离母体后给予适宜营养和外界条件C.导入其他植物细胞的基因D.将成熟筛管细胞核移植到去核的卵细胞内6．植物组织培养过程中的脱分化是指（）A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞B．未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程C．植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤组织的过程D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程7.下列植物细胞全能性最高的是（）A.形成层细胞B.韧皮部细胞C.木质部细胞D.叶肉细胞8．植物组织培养过程的顺序是（）①离体的植物器官、组织或细胞②根、芽③愈伤组织④脱分化⑤再分化⑥植物体A．①④③⑤②⑥B．①④③②⑤⑥C．①⑤④③②⑥D．⑥①④③⑤②9．下列有关细胞工程的叙述不正确的是（）A. 在细胞整体水平上定向改变遗传物质B．在细胞器水平上定向改变遗传物质C．在细胞器水平上定向改变细胞核的遗传物质D．在细胞整体水平上获得细胞产品10．对人工种子正确的解释是（）A．通过科学手段人工合成的种子B．利用植物组织培养技术获得的种子C．种皮能自我生成的种子D．人工种子发芽率低11．有关全能性的叙述，不正确的是A．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高B．生物体内细胞由于分化，全能性不能表达C．卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D．植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性12．马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。