2.1.1植物细胞工程的基本技术

理论基础： 细胞的全能性
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
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
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，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，所以杂 交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。
促进融合 的方法？
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。 3、意义 在克服不同种生物远缘杂交的障碍上，取得 了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲 本组合。 4.未能解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良性状。
脱分化
再分化
（2） ②表示 愈伤组织
番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同 属植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们 经常食用的蔬菜。马铃薯块茎生长在土壤中。 人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地 上部分结番茄，地下部分长土豆。
这个幻想可能实现吗？
二、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、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．在一定条件下,植物细胞离体培养能表现 出全能性
2、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
步骤
保持优良性状 意义 繁殖速度快、大规模生产 克服不同种生物远源杂交 的障碍 提高经济效益 联系 杂交技术应用了组织培养
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
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
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。
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”。
利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花
植物的组织培养
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。
探究：
1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养 成完整植物体？ 植物细胞具有全能性。 2、什么是细胞的全能性？
应用的原理和方法 概念 细 胞 工 程 分类 动物细胞工程
细胞生物学和 分子生物学
研究的水平
研究的目的
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
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，培 分子 育抗虫棉是 水平上的技术。
一 、 植 物 组 织 培 养 的 过 程
①适宜温度、光照、 外植体 已分化组织 pH和无菌环境。 或细胞） ②无机物、有机物 脱分化 条件？和植物激素（生长 素，细胞分裂素等）
无定形状态 特点？ 愈伤组织 （未分化） 薄壁细胞 高度液泡化 再分化 排列疏松、无规则 根、芽 （分化） 繁殖速度快 无叶绿体,不进行光合 不受季节限制 作用 工厂化生产 幼苗无毒 植物体 优点？ 保持优良性状
(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。
2、过程
5、大小： 1） 受精卵的全能性最高 2） 受精卵＞生殖细胞＞体细胞 3） 植物细胞＞动物细胞 4）分化程度低的细胞＞分化程度 高的细胞 6.细胞表现全能性的条件有哪些？ 离体、营养物质、激素及其它适宜条件。
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。
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
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 B．不同植物的原生质体的融合 C．完整的两个体细胞的融合 D．植物花粉细胞的两两融合
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。
3.下列属于组织培养的是：A 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.未受精的卵发育成雄蜂
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.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
白菜
甘蓝 白菜－甘蓝 “白菜－甘蓝”同普通白菜相比，具有 生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。
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？
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
细胞工程
指应用细胞生物学和分子生物学的原理和 方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平 或细胞器水平上，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。
具体内容详见P42拓展视野
植物组织培养的培养基
• 无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量 元素 • 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 ③ 琼脂：起支持作用 ④ 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 • PH值：5.0－6.0
1.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 2．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
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。
3、已分化的细胞为什么具有发育成完整个 体的潜能？
生物的每一个细胞都有本物种的全套遗传 物质，都有发育成完整个体的全套基因。 4、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。
理想图
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。