第3章细胞工程1植物细胞
2018年细胞工程-第三节 植物细胞悬浮培养-医学文档
起始悬浮液的制备
转速30-150rpm 2-3cm冲程 防细胞破裂
愈伤组织
液体培养基
摇床振荡 悬浮培养
质地疏松，细胞分散程度大； 质地紧密，细胞分散程度小，不适于悬浮培养
二 、培养方法
植物细胞悬浮培养通常深层培养可分为： 分批式．流加式．半连续式．连续 式．和灌注式五种。
1、分批培养/成批培养（Batch culture）
一、细胞悬浮培养原理
植物离体培养可产生愈伤组织, 将疏松型的愈伤组织悬浮在液体培养基 中并在振荡条件下培养一段时间后，可 形成分散悬浮培养物。
细胞的悬浮培养示意图
（一）悬浮培养Suspension culture
特点 细胞可以不断增殖，形成高密度的细胞群体，适于大规模培养； 能够提供大量较为均匀的细胞，为研究细胞的生长、分化创造方法和条件。
（2）流加工艺中的营养成分主 要分为三大类
① 葡萄糖：葡萄糖是细胞的供能物质和 主要的碳源物质。 ② 谷氨酰胺：谷氨酰胺是细胞的供能物 质和主要的氮源物质。 ③ 氨基酸．维生素及其他：主要包括营 养必需氨基酸．营养非必需氨基酸．一 些特殊的氨基酸如羟脯氨酸．羧基谷氨 酸和磷酸丝氨酸；此外还包括其他营养 成分如胆碱．生长刺激因子。
流加式培养是在批式培养的基础上，采 用机械搅拌式生物反应器系统，细胞初 始接种的培养基体积一般为终体积的 1/2～1/3，在培养过程中根据细胞对营 养物质的不断消耗和需求，流加浓缩的 营养物或培养基，从而使细胞持续生长 至较高的密度。 整个培养过程没有流出或回收，通常在 细胞进入衰亡期或衰亡期后进行终止回 收整个反应体系，分离细胞和细胞碎片，
（1）流加培养特点：
植物细胞工程
与受精卵发育形成的胚 有类似的结构和发育过程
1、设计人工种子制备技术的主要流程图
诱导植物愈伤组织
体细胞胚的诱导 体细胞胚的成熟 体细胞胚的机械化包裹
贮藏或种植
2、人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种 子不可比拟的特点，想一想他们具有哪些特点？
完全保持优良品 生产上不受 可以方便地贮
要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器（ B ）
A、叶绿体、高尔基体
B、线粒体、高尔基体
C、叶绿体、线粒体
D、线粒体、内质网
4.用杂合种子尽快获得纯合子植株的方法是（ D ） A、种植→F1→选出不分离者→纯合子 B、种植→秋水仙素处理→纯合子 C、种植→生长素处理→纯合子 D、种植→花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理 →纯合子
高效抗癌的药物紫杉醇， 虽然能造福人类，但却 为濒危的红豆杉带来一 场灭顶之灾。怎样拯救 红豆杉，并且生产大量 紫杉醇呢？
1．下列属于组织培养的是 ( A ) A．花粉培育成单倍体植株 B．芽发育成枝条 C．根尖分生区发育成成熟区 D．未受精的卵细胞发育成个体
2.植物体细胞杂交的过程实质是（ D ） A、细胞质融合的过程 B、细胞核融合的过程 C、细胞膜融合的过程 D、细胞原生质体融合的过程
3.在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需
小结：
植 所采用技术 物 的理论基础 细 胞 工 通常采用的 程 技术手段
植物细胞的全能性 植物组织培养 植物体细胞杂交
比较
细胞全能性
膜流动性 细胞全能性
①脱分化 ②再分化
①去除细胞壁 ②融合形成杂种细胞 ③组织培养
保持优良性状
克服不同种生物远源杂交
植物细胞工程
1、植物繁殖的新途径 (1)微型繁殖——⽤于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
(2)作物脱毒：切取茎尖进⾏组织培养，再⽣的植株就有可能不带病毒，从⽽获得脱毒苗。
(3)⼈⼯种⼦——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。
思考： ①⼈⼯种⼦具有哪些优点？ ⼈⼯种⼦是通过植物组织培养(⽆性繁殖)得到的，可以完全保持优良品种的遗传特性，⽣产上不受季节的限制。
贮藏、运输⽅便。
②⼈⼯种⽪应具有哪些有效成份？ 针对植物种类和⼟壤等条件，在⼈⼯种⼦的包裹剂中可以加⼊适量的养分、⽆机盐、有机炭源以及农药、抗⽣素、有益菌等。
为了促进胚状体的⽣长发育，还可以向⼈⼯种⽪中加⼊⼀些植物⽣长调节剂。
2、作物新品种的培育 (1)单倍体育种：通过农药培养获得单倍体植株，染⾊体加倍后当年可得到稳定遗传的优良品种。
(2)突变体的利⽤：对植物组织培养过程中产⽣的突变体进⾏筛选，培育成新品种。
3、细胞产物的⼯⼚化⽣产 (1)细胞产物包括：蛋⽩质、脂肪、糖类、药物、⾹料、⽣物碱等。
(2)实例：我国⽣产的⼈参组织和⼈参皂甙⼲粉。
(3)展望：⽣产抗癌物质——柴杉醇。
课外拓展⼀、植物组织培养中的愈伤组织是如何形成及再分化的？ 植物组织培养中使⽤的外植体⼀般是⾼度分化了的细胞，在植物体中是不会再分裂繁殖的，只是执⾏某种功能直⾄死亡。
这些细胞在培养基上培养时会由原来的分化状态，变成分⽣状态的细胞，分裂产⽣愈伤组织，这个过程称为脱分化过程。
这种转变在细胞的形态结构和⽣理⽣化上都会产⽣⼀系列变化。
组织培养的研究结果表明分化细胞的脱分化需要两个条件，即创伤和外源激素。
⽬前⼈们对于脱分化过程的本质还不清楚。
分化细胞在细胞周期中是处于⼀种相对静⽌状态的细胞(G0期细胞)，脱分化是要打破这种状态，使细胞进⼊细胞周期中的G1期，并沿着G1期→S期→G2期→M期的循环进⾏细胞分裂，形成愈伤组织。
现在发现细胞周期受基因调控，⼀种称为编码细胞周期依赖性激酶CDK的基因和⼀种细胞周期蛋⽩可能与植物细胞脱分化的第⼀次分裂启动有关。
高中生物选修3植物细胞工程知识点
高中生物选修3植物细胞工程知识点1.细胞脱分化：就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
2.愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，高度液泡化的成无定形状态的薄壁细胞团。
3.外植体：用于植物组织培养的离体器官组织或细胞。
4.具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个细胞都具有全能性的特点。
5.全能性的原理：细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，而不是全部基因。
6.全能性表达的标志：已分化的细胞形成完整的个体，若只是形成某种组织器官，则不能体现全能性。
7.全能性的高低比较：（1）受精卵>生殖细胞>体细胞（2）体细胞:植物细胞>动物细胞（3）分化程度低的细胞>分化程度高的细胞（4）幼嫩细胞>衰老细胞（5）分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞8.外植体经过脱分化形成愈伤组织;愈伤组织经过再分化形成芽和根;芽和根进而形成植株。
9.脱分化过程进行有丝分裂；再分化过程进行有丝分裂的同时也进行分化。
10.植物组织培养：就是在无菌和人工控制的条件下，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。
11.植物细胞杂交：就是将不同的植物体细胞，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。
目的：获得杂种植物体。
用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁；杂交过程的关键：原生质体间的融合；人工诱导的方法：包括物理法和化学法，物理法包括：离心、振动、电激；化学法包括：聚乙二醇。
12.植物细胞杂交的优点：（1）打破了物种之间的生殖隔离，实现了远源杂交。
（2）扩大了遗传重组的范围。
13.微型繁殖技术：把用于繁殖优良品种的植物组织培养技术，叫做植物的微型繁殖技术。
14.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。
选修专题细胞工程选修专题植物组织培养技术
（2）细胞融合的生物学原理：细胞膜的流动性。
（3）过程：
①去壁：酶解法，所用酶为纤维素酶和果胶酶。 ②诱导原生质体融合：物理法——离心、振动、电激等；
化学法——常用聚乙二醇 (PEG)作诱导剂。 ③植物体细胞杂交成功的标志：杂种细胞再生出细胞壁。 ④优点：克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍，
B.接种：灭菌后的花蕾，在无菌条件下除去萼片 和花瓣，并立即将花药接种到培养基上。剥离 花药时尽量不要损伤花药，否则接种后容易从 受伤部位产生愈伤组织，同时还要彻底去除花丝， 因为与花丝相连的花药不利于愈伤组织或胚状体 的形成。
C.培养：温度控制在25℃左右，幼小植株形成后 才需要光照。如果花药开裂长出愈伤组织或 释放出胚状体，就要在花药开裂后尽快将幼小 植株分开。
A、能够保持优良品种的遗传特性： 繁殖过程的细胞分裂方式是有丝分裂，没有
基因重组，亲子代细胞内DNA不变，具有相同的 基因，因此能够保持亲子代遗传特性不变。
B、能够高效快速地实现种苗的大量繁殖： 这种技术具有取材少、繁殖率高、培养
周期短的特点，因此能够高效快速地实现 种苗的大量繁殖。
（2）作物脱毒： ①原因：进行无性繁殖的作物，它们感染的病毒 很容易传播给后代。
1.细胞的全能性
（1）概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个 细胞，都具有发育成完整生物体的潜能， 细胞的这种特性叫做细胞的全能性。
（2）原因：生物体的每一个细胞都含有该物种所特有 的全套遗传物质，都有发育成完整个体所 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）细胞在生物体内没有表现全能性的原因
植物细胞工程
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。
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40年代末开始，进行从脱分化 细胞组织培养进入探讨器官再 分化的研究。
植资源日趋枯竭，大量有用基因损失。利用 组织培养法，低温保存（—196℃）或试管保 存，为保存和抢救濒临灭绝的生物带来希望。
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（四）、细胞培养生产有用物质 利用细胞培养生产次生物质，如药物、
色素、食品添加剂、酶、农药等。
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植物细胞工程：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。 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。 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。 细胞全能性：一个细胞所具有的产生完整生物个体的固有能 力。 外植体：植物组织培养中用来进行无菌培养的离体材料，可 以是器官、组织、细胞和原生质体等。 愈伤组织：脱分化后的细胞，经过细胞分裂，产生无组织结 构、无明显极性的、松散的细胞团。 细胞分化：是指导致细胞形成不同结构，引起功能改变2或5 潜
并且会有各种各样的生理和形态突变，如株 高、花色、植株形态、生育期、耐性等等。 可以从中选择优良突变体，培育新品种。
高中生物选修3细胞工程
– 单倍体育种 – 诱导突变体
• 细胞产物的工厂化生产
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）保持优良品种的遗传特性 2）高效快速地实现种苗的大量繁殖
3.成就:
一 植物繁殖的新途径
（一பைடு நூலகம்微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）
的形成
再分化 试管苗的形成
扩大培养
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。
植物材料 （消毒）
脱分化
愈伤组织
无菌接种、诱导
再分化 诱导
试管苗
移栽到大田 培养成正常植株
合作学习
(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？
防止杂菌污染，因为杂菌生长快， 会和培养物争夺营养。杂菌生长过程 中会产生有害的物质，导致培养物迅 速死亡。
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。 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 。
获取 外植体
移栽
无菌接种 脱分化 诱导愈伤组织
5、条件： （1）离体状态，
（2）完全营养物质、激素
探究：
1、表现全能性的条件有哪些？
离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。
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？ 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。
细胞工程(植物部分)
细胞工程（植物部分）名称解释1、植物细胞工程：植物细胞工程是植物生物技术的一个重要组成部分，是在离体培养条件下，在细胞水平上对植物材料进行遗传操作的技术，即对植物体的任何一个部分（器官、组织、细胞、原生质体）进行离体诱导使其称为完整植株的技术。
2、细胞全能性：每个细胞都含有个体的全部遗传信息，都有分化成一个完整生物个体的固有能力称之为细胞的全能性。
3、细胞分化：是指导致细胞形成不同结构，引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。
4、脱分化：分化细胞在一定条件下，可以转变为胚性状态，重新获得分裂能力，称为脱分化。
5、再分化：是脱分化后的分生细胞（愈伤组织）在一定条件下，重新分化为各种类型的细胞，并进一步发育成完整植株。
6、外植体：植物组织培养中用来进行无菌培养的离体材料，可以是器官、组织、细胞和原生质体等。
7、愈伤组织：脱分化后的细胞，经过细胞分裂，产生无组织结构、无明显极性的、松散的细胞团称为愈伤组织。
植物细胞培养：是指在离体条件下对植物单个细胞或小的细胞团进行培养使其增殖的技术。
8、悬浮细胞的同步化：是指同一悬浮培养体系的所有细胞都同时通过细胞周期的某一特定时期。
9、细胞平板培养：将制备好的单细胞悬浮液，按照一定的细胞密度，接种在1mm 左右的薄层固体培养基上进行培养，称之为平板培养10、看护培养：用一块愈伤组织或植物离体组织看护单细胞使其生长增殖的一种单细胞培养方法。
11、微室培养：人工制造一个小室，将单细胞培养在小室中的少量培养基上，使其分裂增殖形成细胞团的方法，称微室培养。
12、饲养层培养基技术：将饲养细胞先用射线辐射处理，然后将饲养细胞和培养细胞混合植板，经过照射的细胞对于培养细胞起到一个饲养作用。
13、离体无性繁殖：利用离体培养技术，将来自优良植株的茎尖、腋芽、叶片、鳞片等器官、组织和细胞进行离体培养，在短期内获得大量遗传形状一致的个体的方法。
也称之为微繁、快速繁殖。
14、植物脱毒：利用植物组织培养技术，脱除植物细胞中浸染的病毒，生产健康的繁殖材料。
人教版高中生物选择性必修第3册 基因工程 植物细胞工程(1)
以培育番茄-马铃薯的杂种植株为例，解决植物体细胞杂交过程中的问题
1. 要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起遇到的第一个障碍是什么？如何解决？
酶解法去除细胞壁
2.若两种原生质体混合在一起，就能融合形成一个细胞吗？
基于细胞膜的流动性，介绍物理方法和化学方法
3.仅考虑两两融合的情况，融合细胞有几种类型？
3.通过解决番茄-马铃薯杂种植株育种过程中的问题，说出植物体细胞杂交的原理和意义。
教学重点
1.植物组织培养的原理和过程。
2.植物体细胞杂交的原理和意义。
教学难点
植物组织培养的过程
教学过程(表格描述)
教学环节
主要教学活动
设置意图
导入
北京市花月季为例，提出花卉快速大量繁殖的难题。
联系生活生产，创设真实情景。
植物组织培养
先回顾必修一斯图尔德的胡萝卜组织培养实验，然后介绍组织培养的过程，以及相关名词
展示植物组织培养的过程，学生先对其过程有一个整体的认识。
以植物组织培养的发展历程为线索
1902年哈勃兰特提出细胞全能性的假设，并设计实验验证假设，分析实验失败的原因；
1934年，植物生长素发现，生长素使山毛柳形成层细胞分裂旺盛；
1955年，发现激动素，激动素可以促进芽的形成；
1957年，Skoog和Miller提出有关植物激素控制器官形成的概念，展示烟草和菊花的植物组织培养实验，分析实验结果，得出结论：高细胞分裂素、低生长素有利于芽的形成，高生长素、低细胞分裂素有利于生根，生长素和细胞分裂素比例适宜有利于愈伤组织产生。
1958年，斯图尔德的胡萝卜植物组织培养实验成功，首次验证了植物细胞的全能性。
小结
植物组织培养技术，植物体细胞杂交技术的总结。
【课件】植物细胞工程(课件)-2022-2023学年高二下学期生物人教版(2019)选择性必修3
脱分化
有丝分裂
e
（3）若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内含n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞内含_____条染色体；若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于几倍体植株？______________。（4）如果形成c细胞的a、b细胞都是番茄细胞，那么更简单的得到番茄植株f的处理方法是_______________________________________________。
1、要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？如何温和地消除这一障碍？
细胞壁
用纤维素酶、果胶酶处理
2、两个原生质体融合，①首先是什么融合?②利用了什么原理?③什么方法?
①细胞膜
②细胞膜的流动性
③物理：离心、振动、电刺激化学：聚乙二醇(PEG)
3、植物细胞融合成功的标志是什么？
✪作物新品种的培育
细胞产物的工厂化生产
产物的种类:人参皂甙(dài)、紫杉醇等
✪作物新品种的培育
2.植物组织培养过程可以归纳为： ① ② ③ ④ 相关叙述中错误的是( ) A.从理论上讲①可以是植物体的每一个活细胞 B.将①脱分化形成②时，再植上人工种皮可获得 人工种子 C. ②→③的再分化过程中，细胞增殖的方式为 有丝分裂 D. ①→③的培养过程中，应在培养基中加入 水、无机盐、蔗糖、氨基酸、植物激素等
①解决作物繁殖力差、结子困难或发芽率低等问题②固定杂种优势
人工薄膜，透气透水
胚状体/不定芽
营养基质+植物激素+抗生素
✪植物繁殖的新途径
单倍体育种
花药离体培养
秋水仙素处理
✪作物新品种的培育
植物细胞工程- 高二生物课件(人教版2019选择性必修3)
在一定的条件下，利用植物的一片叶子、一瓣花瓣、 甚至一粒花粉，可以得到大量幼小的植株。科学家可以 利用兰花的花瓣培养出的菊花。
.
番茄-马铃薯（想象图）
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？
不能 存在生殖隔离
有没有一种方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育 种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？
植物体细胞杂交技术
20
植物体细胞杂交技术（无性繁殖）
1.过程：如图所示
植物 组织 培养
（1）去壁方法：
纤维素酶和果胶酶（酶解法）
细胞生物学和 分子生物学
研究的水平 细胞整体水平或细胞器水平
研究的目的
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 动物细胞工程
植物细胞工程的基本技术
￭ 从社会中来
“其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬 可慕。迨夫花开，凝晴滾露，万态千妍，薰风自来，四 坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！”这是我国历 史上第一部兰谱——《金漳兰谱》（宋•赵时庚）
2.原理：植物体细胞具有全能性
① 外植体：离体的植物器官、组织、细胞或 原生质体。 植物的茎尖、幼嫩的叶片、花药是常用的外 植体。 ② 脱分化：已经分化的细胞经过诱导，失去 其特有的结构和功能 而转变成未分化细胞的过程。
③ 愈伤组织： 细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形 状态的薄壁细胞团。
胡萝卜的组织培养
取材
消毒
无菌接种 脱分化
高中生物(人教版)选修3教学案：专题2《细胞工程》(79页)
2．1植物细胞工程2．1.1植物细胞工程的基本技术●课标要求简述植物的组织培养。
●课标解读1．举例说明植物细胞具有全能性。
2．简述植物组织培养的原理。
3．概述植物组织培养技术。
4．举例说出植物体细胞杂交技术及其应用。
●教学地位植物细胞工程技术应用广泛，细胞的全能性、植物组织培养技术等内容在必修教材中也有涉及。
本节从具体操作的角度详细地介绍了植物组织培养技术及植物体细胞杂交技术，在历年的高考中也是热门的考点。
●教法指导1．本节涉及大部分内容学生在必修模块中已经学习过，但植物细胞工程对学生来讲仍然是个新的领域，学习起来有一定的困难，可采用讲授为主，结合讨论的方式进行教学。
2．具体操作中，对于新出现的名词，如试管苗、脱分化、再分化、原生质体等采用讲授式教学，与学习过的内容建立联系时可通过讨论的方式进行。
●新课导入建议利用教材中微型繁殖的菊花这一材料作为背景，引出“花瓣是怎样长成一株完整的植株的？植物的花瓣为什么能培育出一株完整的植株？”等问题，由此导入新课。
课标解读重点难点1.举例说明植物细胞具有全能性。
2.简述植物组织培养的原理。
3.概述植物组织培养技术。
4.举例说出植物体细胞杂交技术及其应用。
1.植物组织培养的原理。
(重点)2.植物组织培养技术。
(重难点)3.植物体细胞杂交技术及应用。
(重难点)细胞工程的概念与分类1.概念(1)原理和方法：细胞生物学和分子生物学。
(2)操作水平：细胞水平或细胞器水平。
(3)目的：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。
2．种类根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。
植物细胞的全能性1.概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。
2．现实表现：在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。
3．原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同组织和器官。
植物细胞工程
植物细胞工程
植物细胞工程是近几十年来弹性生物技术的一枝新花，它是将专门的技术应用于植物
细胞和分子水平上，改变其特性、发挥其功能，用以解决植物生产上存在的问题，从而实
现植物种质资源的优化、利用和完善的一门科学研究领域。
植物细胞工程实际上是一种模
式植物开发技术，广泛应用于结合不同植物基因标记、植物细胞培养、转基因技术生产新
型植物和分析植物内突变的研究技术，并运用生物信息学、分子生物学等多种手段，将这
些技术整合运用，以实现植物种质资源的改良和优良品种的开发。
在植物细胞工程中，转基因技术占主导地位，利用该技术进行植物改良，确保植物抗
病虫性和适应环境的能力，增强植物的生长性能，这种“改造”有助于改良作物的产量和
质量，以满足人类的营养需求。
植物细胞工程不仅可以从基因水平对植物的性能进行改良，而且可以通过改变细胞内环境、促进植物增强抗病抗虫能力、应对环境适应等，从而使植
物得到改良。
植物细胞工程新兴技术，在植物遗传育种和种质开发中反响强烈，越来越受到业内的
追捧，其成果对种子质量、经济价值和生态环境这三个方面都具有重要意义。
植物细胞工
程可以推动植物遗传改良，有效地实现植物品种性状的改良，从而为农业生产带来巨大的
潜力。
未来，植物细胞工程必将进一步发展，有望促进植物生产的进一步发展，提高农业
产量，保障人类的营养安全。
新教材高中生物第章细胞工程第节植物细胞工程课后素养落实苏教版选择性必修
植物细胞工程(建议用时：40分钟)题组一 细胞的全能性1．植物细胞表现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C [高度分化的植物细胞处于离体状态时，在一定的营养物质和外界条件下才能表现全能性。
]2．下列有关植物细胞全能性的叙述，正确的是( )A ．只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全部基因B ．高度分化的细胞处于离体状态时不能表现出全能性C ．植物细胞的全能性是植物组织培养技术的理论基础之一D ．配子不能表现出全能性的原因是它所含的基因比体细胞减少一半C [配子也具有发育成完整个体所必需的全部基因，花药离体培养证明配子也具有并且能表现出全能性，细胞表达全能性的首要前提是处于离体状态。
]题组二 植物组织培养3．下列有关愈伤组织细胞的叙述，不正确的是( )A ．细胞壁薄、分裂旺盛B ．细胞具有较高的全能性C ．由高度分化的植物细胞经脱分化和分裂形成D ．细胞有叶绿体，能进行光合作用D [愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞；愈伤组织是由离体的植物组织经脱分化和分裂形成的，细胞具有较高的全能性；在无光条件下培养产生的愈伤组织无叶绿体。
]4．下图是四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是( )四倍体兰花叶片――→（1）愈伤组织――→（2）胚状体――→（3）植株A ．(2)阶段会发生减数分裂过程B ．(1)阶段需要生长素而(3)阶段需要细胞分裂素C ．此过程体现植物细胞具有全能性D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体C[愈伤组织只能进行有丝分裂，不能进行减数分裂；脱分化和再分化过程都需要生长素和细胞分裂素；植物组织培养体现了植物细胞具有全能性；花药离体培养所得的植株是单倍体。
]5．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( )①体细胞全能性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、④B．①、②⑦⑥⑧③⑨、⑤C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤D．①、②⑨⑧⑥⑦③、④A[植物组织培养技术依据的原理是植物细胞的全能性，即①；植物组织培养的过程是将离体的植物器官、组织或细胞经脱分化过程形成愈伤组织，再经再分化过程形成根、芽，最终发育成完整植物体，即②⑧⑥⑦③⑨；决定植物脱分化和再分化的关键因素是生长素和细胞分裂素的比例，即④，故A正确。
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1934年美国的White，利 用番茄根建立了第一个 活跃生长的无性繁殖系， 发现B族维生素对培养的 离体根生长具有重要作 用。
创立了White培养基。
1943年White发表了《植物组织培养手册》的专著，
使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。
1939年，Gautheret连续培养胡萝卜根形 成层首次成功
植物激素
吲哚乙酸(IAA)，2,4二氯苯氧乙酸(2,4-D)，奈乙 酸(NAA)，
吲哚丁酸(IBA)。
生长素的生理效应： ①使胞壁酸化，增加可塑性，导致细胞伸长变； ②促进RNA和蛋白质的合成，保证可持续生长。
1948 年，Skoog和崔徵通 过对烟草茎切段和髓培养组 织的研究，确定了腺嘌呤／ 生长素的比例是控制芽和根 形成的主要条件之一。
F.Skoog
1956年Miller等发现了激动素。控制器官分 化的激素模式变为激动素／生长素的比例关系。
指出其能有力诱导愈伤组织分化,促进组培发展。
1958年，英国科学家Steward 等用进行悬浮培养，成功诱导出胚 状体并分化为完整的小植株，首次获得植株再生成功。使细胞 全能性理论得到证实，这是植物组培的第一次突破。
induction medium. Bar 2 mm. C Androgenic embryos formed on calli. Bar 4 mm. D Haploid plantlets regenerated from anthers. Bar 3 cm
Assani et al. Plant Cell Rep 2019, 21, 511–516
细胞全能性
已经分化的体细胞具有使后代细胞形成完整 个体的潜能，细胞的这种特性叫做细胞的全能 性。
生物体的每一个体细胞都包含有该物种所特有 的全套遗传信息，都有发育成为完整个体所必需的全 部基因。受精卵的全能性最强。其次是生殖细胞，再 次是体细胞
在离体时，在一定的营养物质、激素、其他外界 条件下，可能表现出全能性，发育成完整的植株。
1.预备阶段
（1）选择合适的外植体。选择时应考虑的因素： 外植体的选择一般以幼嫩的组织或器官为宜。
（2）除去病原菌和杂菌。
外植体
自来水多次漂洗
消毒剂处理
无菌滤纸吸干
无菌水反复冲洗
外植体表面消毒、培养基灭菌---在超净台上接种 、 灼烧接种工具、在火焰附近操作等
（3）配制适宜的培养基。
由于物种的不同、外植体的差异，组织培养的培养基也是 多种多样，但它们通常都包括以下三大类组成成分：
甘蓝
白菜
白菜－甘蓝
细胞工程:P54
植物组织和细胞培养技术
以技细术是胞为指生 基在物 础细学 ，胞理 结水论 合平和现上，细 胞 工 代工程技术手段以及 程
其他学科的科学原理 和技术，研究、开发 和利用细胞的现代生
动物组织和细胞培养技术 干细胞技术 细胞融合技术 细胞核移植技术 胚胎移植技术
物技术。
植物组织培养的一般程序：
诱导根、芽顶 端分生组织
再 脱分化 分
化
通过悬浮液培养分散成单细胞
植物组织培养
离体的植物器官、组织或细胞
脱分化
通过悬浮培养分散成
愈伤组织 再分化
根、芽
小植株
单细胞
再分化
胚状体 小植株
包以人工 种皮，形 成人工种 子
（二）植物组织培养的操作技术 P56
1.预备阶段 2.诱导去分化阶段
一、细胞工程的概念
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。
微生物细胞工程、
根据研究对象不同， 植物细胞工程和
可将细胞工程分为
动物细胞工程
§2 植物细胞工程
一、植物组织培养
（一）基本概念及研究进展 1.定义
植物组织培养： 是指将植物机体的某一部分(包 括器官、组织等)取出，使其在无菌和人为控制外因 （养分、光照、温度、湿度等）条件下进行培养，从 而使其分化、发育出整体植株的技术。
①含量丰富的基本成分，如蔗糖或葡萄糖高达每升30g，
以及氮、磷、钾、镁等。 分裂素 ②微量无机物，如铁、锰、 硼酸等。
生长素
③微量有机物，如激动素、吲哚乙酸、肌醇等。
问：培养基的成分？
碳源,氮源 , 无机盐,生长因子,水, 除此，培养基中还需 加入植物激素或其类似物
Hale Waihona Puke 培养基培养基多以命名人的名字命名。
目前，比较流行的培养基有：
MS培养基:其特点是无机盐和离子浓度较高； B5培养基:其特点是含有较低的铵； White培养基:其特点是无机盐低，适于生根； N6培养基:其特点是KNO3和（NH4）2SO4含
量较高,适于花药培养； KM－8P培养基:其特点是有机成分较多，适于
原生质体培养。
1. 生长素
3.继代增殖阶段
5.移栽成活阶段
4.生根成芽阶段
切取 预备阶段 形成层
无菌 诱导去分化阶段诱导愈伤组织
接种
的形成
再分化
移栽 移栽成活阶段 培养室生根成芽阶继段试代管增苗殖的阶形段成
A Microspores isolated from banana anthers. Bar 14 µm. B Development of callus from anthers after 5 months on
2.研究进展
植物组织培养的理论依据主要有两点：
19世纪30年代施莱登和施旺提出的细胞学说，即细胞是 生物有机体的基本结构单位这一理论，使人们想到并 试图应用无菌培养方法来培养植物的离体部分,在人工 控制条件下来研究其生长、发育和分化的规律。
1902年，德国植物学家 Haberlandt提出了植物细胞 全能性学说。植物的器官和 组织可以不断分割，直至分 到单个细胞而不影响细胞增 殖的观点。并设想离体细胞 具有再生完整植株的潜力。
《生物工程概论》
第三章 细胞工程 ------植物细胞工程
College of Chemical Engineering, GuiZhou University
Outline
➢ §1 概述
➢ §2 植物细胞工程 ➢一、植物组织培养 ➢二、植物细胞培养 ➢三、人工种子 ➢四、植物细胞融合
§1 概述