植物细胞工程(完全)

组织、器适官宜、的养料（有机）、激素、适宜的养料、激素、
细胞
（温度、避光、无菌） （温度、光照、无菌）
植物体
关键因素：植物激素的浓度、使用的先后顺序、 用量的比例 （细胞分裂素、生长素）
细胞分裂素=生长素：促进愈伤组织形成和生长 细胞分裂素＞生长素： 诱导芽的形成
细胞分裂素＜生长素的： 诱导根的形成
2.突变体的利用 (1)产生:植物组织培养； (2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种。
(三) 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。 培养至愈伤组织环节
要想获得遗传物质来自两个亲本 的番茄—马铃薯（番茄、马铃薯之间 存在生殖隔离，有性杂交不能成功），
再分化：脱分化产生的愈伤组织重新分化 成根或芽等器官，进而发育成一棵完整 的植株的过程。（需光）
4 影响植物组织培养的因素
材料的选择、营养成分、激素、一定的外界 因素（温度、空气、无菌环境、适合的PH、适 时光照等）。
பைடு நூலகம்
植物组织培养的大致过程：
外植体：离体 脱分化 的植物
愈伤组织
再分化
胚状体 或丛芽
白菜
白菜—甘蓝
甘蓝
.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。
原生质体制备（酶解法去细胞壁）
原生质体融合（人酶工解诱法导）：纤维素酶和果胶酶
杂种细胞的筛选和培养（形成愈伤组织）
物理法：离心、振动、电刺激等 杂种植株化的学再法生：与聚鉴乙定二醇等试剂
植物体细胞杂交过程示意图
植
原原
物
生生
细
质质
胞
去壁
体
体 融
合
等量
再 生 细 胞 壁
杂
种 细 胞
去 分
愈 伤 组 织
专题2 细胞工程
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。
应用的原理和方法
细胞生物学和 分子生物学
概念 研究的水平
细胞整体水平或细 胞器水平
细
研究的目的
按照人们的意愿来改
胞
2 、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(C )
A、脱分化
B、去分化
C、再分化
D、脱分化或去分化
分化程度低 去分化较易
幼芽或幼根？
①适宜温度、无光 照、 pH和无菌环
境。
离体的植物 器官、组织
或细胞
外植体（分化） ②无机、有机成分
和植物激素（生长
脱分化条件？ 素，细胞分裂素和
人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培 养。
在一个生物体内，细胞没有表现出
全能性，原因是（ C ）
Ａ．细胞失去了全能性 Ｂ．细胞中的基因部分丢失
Ｃ．细胞中的基因选择性表达 Ｄ．细胞中的基因变异不同
切取 形成层
移栽
无菌 脱分化 接种
培养室
诱导愈伤组织 的形成 再分化
试管苗的形成
3 植物组织培养的基本过程
一、技术手段
(一)、植物组织培养
1、植物组织培养的概念
在无菌和人工控制的条件下,将离体的植 物器官、组织、细胞，培养在人工控制的培 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、理论基础：细胞的全能性
植物组织培养技术
1.植物组织培养属于哪种生殖方式？ 无性繁殖
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
植物体细胞杂交的过程
植物细胞的融合
植物组织培养
植物细胞A 方法？
融合
去壁
完成 的
原生质体A 原生质体B
去壁
标志
融合的 杂种
愈
原生质 细胞
伤
人 工
体AB
再 生
AB
脱 分
组 织
再 分
杂 种 植 株
诱 导
AA
出 细
AA 化
化
植物细胞B
BB
促进融合
胞 壁
BB
的方法？
植物体细胞杂交 过程示意图
植物A细胞 去壁
植物细胞工程的基本技术
试管苗大规模培养
2.作物脱毒
1.)作物脱毒的原因: 长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病 毒，导致产量降低，品质变差
2.)作物脱毒的材料: 分生区（如茎尖）的细胞 3.)作物脱毒的方法: 进行组织培养 4.)作物脱毒的结果: 获得脱毒苗 5.)成就:
3.神奇的人工种子 天然种子的局限
化
去壁
纤维素酶 果胶酶
离心、振动、
激素
电刺激、 筛
选 聚乙二醇
杂
再 分 化
种 植 株
激素
意义： 在克服远源杂交不亲和的障碍、培育作物
新品种方面所取得的重大突破。
实例 番茄-马铃薯
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性状。
原理：植物细胞的全能性和细胞膜的流动性
4.成果及未解决问题
需要用什么技术手段？
植物体细胞杂交应用研究
植物体细胞杂交
1、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。 2、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 的生殖隔离限制，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。
植物细胞工程的理论基础 是什么？通常采用的技术手段 有哪些？
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
植物细胞工程的基本技术和理论基础
植物细胞工程 常用的技术是
植物组织培养（原理：细胞全 能性）
植物体细胞杂交（原理：细胞膜 的流动性、细胞的全能性）
植物B细胞
杂种植株
原生质体A
原生质体融合
原生质体B 细胞分裂
愈伤组织
融合体 再生壁
杂种细胞
去壁的常用方法： 酶解法（纤维素酶、果胶酶等） 原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等
细胞融合的基础：
化学法：聚乙二醇（PEG） 细胞膜的流动性
利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合
植物体细胞杂交过程
2N=14
白 菜
2N=14
甘 蓝
思考：
1.植物体细胞杂交得到的白菜甘蓝是几倍体、几个染色体组、多少染色体，是否
可育？ 是四倍体、四个染色体组、28条染色体、可育
2.利用多倍体育种能获得这种白菜-甘蓝吗？怎样获得？
能，先让两者进行有性杂交，对杂交所得种子在萌发成幼 苗时，用秋水仙素处理，使其染色体加倍，恢复育性。
(3)特点:
保持亲本优良性状；
不受气候,季节和地 域限制。
(二 )作物新品种的培育
1.单倍体育种 1.)单倍体定义：
由配子不经过受精作用而直接发育成,且体 细胞中含有本物种配子染色体数目的个体. 2.)举例： 蜜蜂中的雄蜂 通过花药或花粉来获得单倍体植物
3.)单倍体育种的优点：
①明显缩短育种年限 ②得到的植株都是纯合体
新植株
外植体选择
脱分化难易程度因植物种类， 器官来源和生长状况不同有很 大差异，一般烟草，胡萝卜， 植物花和幼嫩组织脱分化较易
愈伤组织是通过细胞分裂形成的，其细胞排列疏松而 无规则，高度液泡化呈无定形状态的薄壁细胞。 无分化，全能性高
愈伤组织
脱分化：由高度分化的植物器官、组织或 细胞，经过诱导后，失去其特有的结构 和功能而产生愈伤组织的过程。（避光）
以下培养基出现的现象说明什么问题？
激素配比对组织培养的影响
在培养基中需要添加生长素和细胞分裂素等植物激素，其浓度、 使用的先后顺序、用量的比例等都影响结果。
生长素/细胞分裂素
高 利于根分化、抑制芽的形成
适中 利于愈伤组织的形成 低 利于芽的形成
1、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（D ）
A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果 B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果 C 、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果 D 、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果
2.植物组织培养得到的植物体细胞中染色体数 目？有丝分裂的结果，和亲本染色体数目相同
3.植物组织培养得到的植物，遗传物质来自几 个亲本？ 一 4.为什么运用植物组织培养技术能把植物离体 器官、组织或细胞培养成完整植物体？
植物细胞具有全能性。
5.什么是细胞的全能性？
5. 高度分化的植物细胞表现全能性条件：
1）培育周期长
2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优 良特性
3）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且 需要占用大量的土地实现制种
人工种子
胚状体
（1）人工种子概念 通过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。
（2）人工种子组成 胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮
(二) 作物新品种的培育
2.突变体的利用
1.)产生： 植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处 于不断的分生状态，易受到培养条件和外界 压力的影响而产生突变
2.)利用： 筛选对人们有利突变体,进而培育新品种
(二) 作物新品种的培育
1.单倍体育种 (1)方法:花药离体培养。 (2)优点: 后代稳定遗传,都是纯合体; 明显缩短育种年限。
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？
杂交完成的标志是什么？
5．如何将杂种细胞培育成杂种植株？
外植体（离 体的植物器 官、组织、 细胞）
脱分化
愈 再分化 根
伤
组
织
芽
植 物 体
外植体：用于离体培养的植物器官、组织或细胞。 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、具有分生能力、无定形状态的薄壁细胞
组成的排列疏松无规则的组织。
外植体
愈伤组织
1．下列属于组织培养的是 ( A．花粉培育成单倍体植株
A
)
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
赤霉素）
过
特点？ 无定形状态
愈伤组织
（未分化）
程
薄壁细胞
高度液泡化
再分化
排列疏松、无规则 丛芽（胚（分化） 繁殖速度快
分裂旺盛，全能性 状体）
不受季节限制
高
幼苗无毒
保持优良性状
植物体 优点？
植物组织培养技术的流程简图
二 应用
(一)植物繁殖的新途径
1.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.
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、激素和其他 外界条件（温度、光照、无菌）的作用下，就可能 表现出全能性，发育成完整的植株。
全能性表现的条件：
前提：离体 , 细胞： 活细胞，
生存条件：适宜的环境条件(温度等)无菌、无 毒的环境
适宜的培养基(一定的营养物质和植物激素)
(2)特点: A、保持优良品种的遗传特性; B、高效快速地实现种苗的大量繁殖.
(3)优点： 从植物体上取材少，培养周期短，繁殖率高，
便于自动化管理。 例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产 400万
株兰花苗.
兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。 兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的 常规繁殖中，遇到的 难题是：用分根法繁 殖速度缓慢，不利于 新品种的推广;用种子 繁殖又很困难，因为 兰花的种子十分微小， 胚很纤弱，种子几乎 没有储藏营养物质， 在发芽过程中很容易夭折。
(3）人工种皮中的有效成分 适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、 抗生素、有益菌、植物生长调节剂等
(4)技术：植物组织培养
(5)优点：
①讨培论植周期短 ②后代无性状分离 ③不受气候,季节和地域限制 ④可以很方便地贮藏和运输
3.神奇的人工种子
(1)技术:植物组织培 养。
(2)结构:人工薄膜胚 状体或不定芽或顶芽 或腋芽。
变细胞内的遗传物质
工
或获得细胞产品
程
植物细胞工程
分类
动物细胞工程
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， 培育抗虫棉是 分子水平上的技术。