关于生物技术生物工程植物细胞工程课件

一、重要概念
➢ 细胞的全能性: 一个细胞具有 产生完整生物 个体的固有能 力。
一、重要概念
➢ 植物干细胞：植物胚性细胞（embryogenic cells） 即合子。
➢ 分化的根茎叶中仍保留少数未分化或分化程度不高 的细胞（遗留的胚性细胞）
ຫໍສະໝຸດ Baidu
一、重要概念
细胞的脱分化（dedifferentiation):特定条件下， 分化细胞被诱导，基因活动模式发生变化，改变 原有的发育途径，失去原有的分化状态，转变为 具分生能力的胚性细胞。
• 原理和方法：细胞学、生理学、分子生物 学及工程学原理
• 对象：植物细胞 • 设计改造：植物细胞遗传性 • 目标：创造新物种，提供名贵药品及服务
二.植物细胞工程研究主要内容 ：
• 植物细胞和组织培养技术 • 原生质体培养和融合技术 • 植物的快速繁殖和人工种子 • 植物染色体工程 • 转基因技术
关于生物技术生物 工程植物细胞工程
第一节 概述 掌握 植物细胞工程基本概念
及其主要内容 应用 了解 植物细胞工程的研究简史、现状
及发展前景 热点
植物细胞工程的发展历史
德国植物学家 Haberlandt
植物细胞培养创始人
• 1902年根据细胞学说 （cell theory ）提出 植物体细胞有再生完整植株的潜在全能性---
• 已分化细胞要表现全能性，先要脱分化成分生细 胞，后再分化形成胚胎发育成植株
• 脱分化条件：创伤和外源激素。
一、重要概念
➢ 外植体(explant)：植物体上取出的用于培养和 分离细胞的组织或器官
➢ 愈伤组织：植物的伤口或外植体的伤口长出的细 胞团，既是组织，又是脱分化细胞
➢ 次生代谢产物：保持植物的抗逆性，抗病性和抗 虫性，及担当信号分子。
细胞分裂素，赤霉素，脱落酸，乙烯)。 （5）需有机物：甘氨酸或水解络酪蛋白，酵母提取液等。
A
B
A：6-BA(0 mg/L) ，芽（减少），根（增多）愈伤组织（一定量） B：6-BA(0.1mg/L)，芽（适量），根（适量）愈伤组织（一定量）
A
B
C
A：NAA 0 mg/L，芽（少），根（无） B：NAA 0.1mg/L，芽（少），根（无），愈伤组织（少量） C：NAA 5.0mg/L，芽（少），根（多），愈伤组织（一定量
-细胞全能性（totipotency）
植物细胞全能性是植物细胞工程的理论基础
1904年，德国植物胚胎学家Hanning 用萝卜 和辣根的胚进行离体培养，提早长成了小植株，首 次获得胚培养成功。
成熟 发芽 常规：幼胚 ―→ 种子 ―→ 植物
培养 组织培养： 幼胚 ―→ 植株
1922年，Knudson 对兰花幼胚进行培养获 得幼苗，克服了兰花种子发芽难的困难。
一、重要概念
• 植物组织培养
• 在无菌条件下，将离体的植物器官(如根尖、茎 尖、叶、花、未成熟的果实、种子等)、组织( 如形成层、花药组织、胚乳、皮层等)、细胞( 如体细胞、生殖细胞等)、胚胎(如成熟和未成 熟的胚)、原生质体(如脱壁后仍具有生活力的 原生质体)，培养在人工培养基上，给予适宜的 培养条件，诱发产生愈伤组织，或潜伏芽等， 或长成完整的植株，
植物细胞工程 热点
1.在无菌和人工控制的条件下，采用植物细胞 和组织培养技术培养植物的细胞，组织，器 官以获得有药用价值的次生代谢产物。
2.采用植物的遗传操作技术改变植物或植物细 胞的原有性状和功能，获得具有优良性状的 植株或植物细胞，生产有药用价值的次生代 谢产物。
第二节 植物细胞培养特性 及主要培养技术
1937-1938年，Gautheret 在1934年培养山毛 柳、黑杨成功获得愈伤组织的基础上，在培养柳 树的培养基中，加入IAA 和B族维生素等，使形 成层的生长大为增加。
• 1937-1938年，Nobecourt 培养胡萝卜根和 马铃薯的块茎薄壁组织，获得愈伤组织。 将愈伤组织置于琼脂培养基上继续培养， 可无限发生细胞增殖，形成愈伤组织。首 次从液泡化的薄壁细胞建立愈伤组织培养 物。
1925年，Laibach 进行亚麻种间杂种幼胚 培养，成功地得到了杂种植物。
1934年，White 等用番茄根尖的组织培养， 建立了第一个活跃生长的无性繁殖系。
1934年，Gautheret 培养山毛柳、黑杨的 形成层组织，获得愈伤组织形成。
1937年，White 和Went 等分别发现B族维生 素和吲哚乙酸（IAA）对培养的离体根生长具有 重要作用。
，细胞壁脆弱，抗剪切能力小，传统的搅拌式反 应器极易损伤细胞壁
三、植物细胞的培养特点
（5）具有群体效应、无锚定依赖性及接触抑制性； （6）培养细胞产物滞留于细胞内，且产量较低； （7）培养过程具有结构与功能全能性。经过增殖与
分化，能发育成为植株
四、植物细胞营养要求
（1）必需元素 大量元素：氮、磷、钾、钙、镁、硫等 微量元素：硼、锰、锌、钼、铜、钴、氯等 （2）无机氮源，硝酸盐，铵盐为主。 （3）碳源，蔗糖 （4）需多种维生素烟酸，B1，B6和植物生长激素 (生长素，
• 又分为植株培养、胚胎培养、器官培养、组织 培养、原生质体培养等。
二、培养植物细胞 四个生长时期
延迟期：细胞数恒定，高RNA含量，高蛋白质合成 能力；
加速期：细胞快速生长期。细胞数、DNA和蛋白质 浓度增加，有丝分裂活性、RNA含量和蛋白质合 成能力减少；
对数期：介于最大生长率和蛋白质合成完全停止期 之间。增加细胞鲜重、干重及RNA酶活性，蛋白 质合成能力完全减退；
稳定期：细胞数稳定。细胞高液泡化，极度脆弱， 高度分化及高浓度有机化合物。
三、植物细胞的培养特点
（1）植物细胞有独特的培养时间及特征：重量的增 加在对数期，次生代谢产物积累在稳定期
（2）植物细胞很少单一细胞生长，对数生长后期分 泌量蛋白和粘多糖，以非均相集合的细胞团悬浮 生长。
（3）植物细胞好气，培养过程需供气及搅拌， （4）植物细胞较微生物细胞大得多，纤维素细胞壁
White、Gautheret、Nobecourt 等科学 家被誉为植物组织培养的奠基人。在此基 础上建立了植物组织培养的综合培养基， 包括无机盐成分、有机成分和生长刺激因 素。这是随后创立的各种培养基的基础， 同时也建立了植物组织培养的基本方法， 成为当今各种植物组织培养的技术基础。
一.植物细胞工程基本概念：