细胞工程 植物细胞工程的基本技术(第二章第一节)

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。
B
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 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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
再分化
光照
植物激素： 细胞分裂素、生长素
根、芽
植物组织培养条件：
含有全部营养成分的 培养基、一定的温度、空 气、无菌环境、适合的PH、 适时光照等。
植物体
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，而不易形成愈伤组织。
2、决定植物脱分化、再分化的关键因 素是什么？ 植物激素
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。
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？
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
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
理论基础
细胞的 全能性
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
结果是形成愈伤组织。
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”。
具体内容详见P42拓展视野
反馈练习
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
植 物 组 织 培 养
6 5
再分化
(愈伤组织) 4 脱分化
1
3
2
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
生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整 1、定义Leabharlann Baidu 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
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
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。
趁热打铁：
1、有关全能性的表述中，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．卵细胞和受精卵一样，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
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
离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。 1、克隆羊“多利”的诞生说明了什么？
细胞核中含有保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？
4、植物组织培养形成的愈伤 组织进行培养， 又可以分 化形成根、芽等器官，这一 过程称为：
A、脱分化 B、去分化
C、再分化
D、脱分化或去分化
5、下列不能作为植物组织培养 的材料是
A、秋海棠的叶
B、马铃薯的块茎 C、成熟的花粉
D
D、木质部中的导管细胞
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。
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
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。
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
植物细胞＞动物细胞
探究： 表现全能性的条件有哪些？
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
A ）
2.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
3.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
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
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。
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。
2、过程
离体的植物器官、组织或细胞 脱分化
遮光
外植体
细胞分化 程度与细 胞分裂能 力呈负相 关。
愈伤组织