植物细胞工程(上课)

2.可以成为植物组织培养条件的是 （ C） ①二氧化碳 ④细胞分裂素 A.①③⑤⑥ C.②③④⑤⑥ ②有机物 ⑤水 ③生长素 ⑥矿质元素
B.②③⑤⑥ D.①②⑤⑥
练习题
3. 愈伤组织是一类（ A ） A.高度渡泡化呈无定形的具有分生能力的薄壁细胞 B.排列紧密呈正方形的一群薄壁细胞
C.具有特定的结构和功能的植物组织
神奇的人工种子
胚状体
具胚根、胚芽等结构 、 琼脂、淀粉等。 作为保护性外壳
人工种皮 藻酸钠、明胶、树脂
人工种子
人工胚乳 提供发育所需营养
胚
自然种子
种皮
胚乳
神奇的人工种子
养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌 生长调节剂
单倍体育种
方法： 花药离体培养 技术： 组织培养获得单倍体 秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍 优点： 明显缩短了育种年限 后代稳定遗传 成果： 单育1号烟草 中花8号、11号水稻 京花1号小麦
我国首例克隆牛 康康 问世
植物细胞工程的基本技术和理论基础
植物组织培养
植物细胞工程常用的技术是 植物体细胞杂交
植物细胞工程的理论基础是：植物细胞的全能性
全能性概念：细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细 胞形成完整个体的潜能。
全能性原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的 全套遗传物质及发育为完整个体所必需的全部基因。 全能性大小： 受精卵 ＞ 生殖细胞 ＞ 体细胞 体细胞（分化程度低的细胞 ＞ 分化程度高的细胞） 植物细胞 ＞ 动物细胞
年代 科学家 贡 献 1902 哈伯兰特(德) 提出细胞全能性
1937 怀特(美)
1958 斯图尔德(美) 1965 沃索 1970
20世纪 70年代
用 烟草茎段形成层 ---烟草植株
胡萝卜根组织---细胞的全能性 烟草的单细胞---再生植株
悬浮培养的单个细胞---可育新植株 进一步证明细胞的全能性 植物细胞克隆
植物体细胞杂交过程
去 壁
植物细胞A
去掉细胞壁
植物细胞B
去掉细胞壁
原生质体A
原生质体B
融 合
纤维素酶、果胶酶等 杂种植株遗传物质的变化： 杂合的原生质体 杂种植株的染色体是两亲 再生出细胞壁（细胞融合完成的标志） 本细胞染色体之和。
原生质体融合
杂种细胞（筛选）
植 物 组 织 培 养
细胞分裂 物理法：离心、振动、电刺激等 愈伤组织 化学法：聚乙二醇（PEG）等试剂 分化发育
决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？ 植物激素：主要是细胞分裂素和生长素。
植物激素：当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进 愈伤组织的形成。当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利 于芽的发生；浓度比低时，有利于根的发生。
植物组织培养的条件 内因：离体细胞、组织或器官 外因：1）适宜的外界环境条件， 例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等 2）培养基（无机营养成分、有机营养成分，激素、 琼脂） 植物组织培养的培养基 无机营养成分：无机盐离子 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%的蔗糖溶液，调节渗透压 琼脂：起支持作用 激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PH值：5.0－6.0
专题2
细胞工程
能培育？
一根嫩枝
10万幼苗
细胞工程的概念
应用的原理和方法
概念 研究的水平 细 胞 工 程 研究的目的 植物细胞工程
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
分类 动物细胞工程
细胞工程的发展历程
（1）植物细胞工程的发展
神奇的人工种子
人工种子：用组培技术获得具有胚芽、胚轴、胚根等结构的胚 状体，并用人工种皮(藻酸钠)包裹起来，用以代替 天然种子进行繁殖的一种结构。 结构：人工薄膜+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽） 优点：不受气候、季节、地域的限制 保留优良性状 时间短，占地少 可在胚乳中添加各种附加成分。 如：固氮菌、防病虫农药、除草剂等。 用人工种子播种可节约粮食 技术：植物组织培养 原理：细胞全能性 产生途径：①由已脱分化的外植体直接产生； ②由愈伤组织产生。 ③由悬浮细胞培养产生
突变体的利用
利用组织培养时，分裂状态的细胞易受培养条件 和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产 生突变的原理，诱导并筛选出对人类有用的突变 体。
(1)产生:植物组织培养 (2)利用:筛选对人们有利突变体（如抗病、抗盐、 含高蛋白、以及高产的植株）,进而培育 新品种。 (3)应用:抗烟草花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、 抗除草剂的白三叶草等已经用于生产。
细胞产物的工厂化生产
1.种类:蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等. 2.技术:植物的组织培养. 3.成果:人参皂甙规模化生产； 三七、紫草和银杏的细胞产物 也已工厂化生产； 对红豆杉的高效抗癌成分 ——紫杉醇的大量生产研究 紫草愈伤组织中提取紫草素的过程
紫草
愈伤组织
紫草素
练习题
1.植物体细胞融合完成的标志是 （ A） A.产生新的细胞壁 C.细胞质发生融合 B.细胞膜发生融合 D.细胞核发生融合
脱分化（又叫去分化）
愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡
化的呈无定形状态的薄壁细胞）
再分化
根或芽等器官
植物体
脱分化和再分化比较
名称 过程 形成体特点 培养基 细胞分裂素 与生长素比 值低 细胞分裂素 与生长素比 值高 光 避光 需光 由外植体形 排列疏松、高 脱分化 成愈伤组织 液泡化的薄壁 细胞团 由愈伤组织 再分化 形成胚状体 或幼苗 有根、芽或具 有生根发芽的 能力
D.经细胞再分化产生的具有分生能力的薄壁细胞
4.植物体细胞杂交的目的中，错误的是
B.克服远缘杂交不亲和的障碍
（D）
A.把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上
C.获得杂种植株
D.实现原生质体的融合
练习题
5.下列哪一项不是植物繁殖的新途径( C ) A.微型繁殖 B.作物脱毒
C.细胞核移植
D.人工种子 6.胚状体是在植物组织培养的哪一阶段获得的( B ) A.愈伤组织
Fra Baidu bibliotek
B.再分化
C.形成完整植株
D.取离体组织
练习题
7、（1）步骤① 去掉细胞壁，获得原生质体 ， 最常用的方法是 酶解法 。 （2）步骤②一般常用的化学试剂是 PEG ， 目的是诱导原生质体融合 。 （3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过 程中，运用的技术手段 植物组织培养 ，其中 步骤④相当于 脱分化 ，步骤⑤相当 于再分化 。 （4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种 植株。使 两个亲本的遗传特征 能够在新的植 物体上有所表现，其根本原因 杂种植株获得双亲的遗传物质 。
（5）若远源杂交亲本A和B都是二倍体，则杂种植株为 四 倍体。 （6）从理论上讲，杂种植株的育性为 可育 。若运用传统有性 杂交方法能否实现？ 不能 。 理由 不同物种之间存在生殖隔离 。 （7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传 物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？ 不遵循 理由: 植物细胞杂交育种的过程属于无性生殖 。
植物“微型”繁殖技术具有高效性和可以保 持种苗的优良遗传特性的优势。工厂化大规模育 苗生产正是利用了植物“微型”繁殖技术的这两 方面优势。利用植物“微型”繁殖技术我们可以 在短时间中获得大量的优质种苗。
产业化育苗
作物脱毒
原因：无性繁殖的作物感染的病毒很容易传播给 后代，病毒在作物体内逐年积累，会导致作 物产量降低，品质变差。 材料：分生区附近（茎尖、根尖）— 病毒极少， 甚至没有 脱毒苗的获得：采用茎尖组织培养技术 成果：马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等主要经 济作物上已经取得成功
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。
几个相关概念
细胞分化：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生 的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的 过程。 脱分化：就是让已经分化的细胞，经过诱导后，去其特 有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。实质是恢 复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。
植物体细胞杂交的概念
将不同种植物的体细胞，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。
植物体细胞杂交的原理：
（1）细胞膜的流动性
（2）细胞的全能性
相关问题
（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？ （2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？ （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融合形 成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种 处理？ （5）如何将杂种细胞培育成杂种植株？
杂种植株
意义
与有性杂交（种内）相比，植物体细胞杂交克服了远缘杂
交不亲合的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围
（种间、属间），并且培育出了许多在生产上有较高应用价 值的杂种植株品种。
烟草 —— 海岛烟草
胡萝卜 —— 羊角芹
思考与探究 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？ 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。
再分化:已经脱分化的细胞在一定条件下，又可经过愈伤
组织或胚状体，再分化出根和芽，形成完整植株，这一 过程叫作再分化。 愈伤组织： 离体的植物器官、组织或细胞，在培养一 段时间后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定 形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。
植物组织培养的过程
外植体
离体的植物器官、组织或细胞
斯图尔德(美)
为代表的细胞工程诞生
之后
细胞工程高速发展
细胞工程的发展历程
（2）动物细胞工程的发展
年代 科学家 哈里森(美) 20世纪 60年代 贡 献
用 淋巴液 培养蝌蚪的神经元
童第周（中） 用 鱼 做细胞核移植 米尔斯坦(英) 和科勒（德） 单克隆抗体 世界上第一只克隆羊 多莉 问世
山东莱阳 农学院
胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培 养成小植株，只是稍微困难些。
4、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。
植物体细胞杂交技术
这幅图中的植物利用传 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。 于是，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。
思考与探究 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。
植物细胞工程的实际应用
繁殖植物的新途径
微型繁殖 作物脱毒 人工种子
育种新方法
单倍体育种 突变体的利用
细胞产物的工厂化生产
胡萝卜的组织培养
想一想
1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？ 2.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。
细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件(适宜的温度、 湿度、光照、PH值、无菌条件）
3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也 能培养成小植株吗？
微型繁殖
概念：应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫 快速繁殖技术） 原理：植物细胞的全能性 优点：取材少 保持优良性状 培养周期短 繁殖率高，可大批量生产 不受自然生长季节的限制（因为在具有一 定人工设施的室内生产）。
教材P38讨论：
人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化 育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？
细胞的全能性
生物体内细胞没有表现出全能性的原因： 在生物体内，在特定的时间和空间条件下，细
胞基因的选择性表达，细胞不能表现出全能性，而
是分化成为不同的组织器官。
植物细胞什么条件下才能表现出全能性呢？
当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组 织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和 其它外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发 育成完整的植株。