植物细胞的全能性
第3章 植物细胞全能性
• 激素在植物生长发育中具有重要的调控作用，也是离体培养 条件下调控细胞脱分化和再分化的主要因素，其中生长素和 细胞分裂素是两类主要的调控培养条件下细胞生长和分化的 植物激素。此外，在有些试验中也显示，GA3、ABA、乙烯等 也在细胞分化中起到一定的调节作用。
3.3离体培养条件下细胞的脱分化和再分化
3.1.3.2离体培养条件下的植物细胞全能性实现的几种途径
a.体细胞培养与植株再生
b.生殖细胞培养与植株再生
c.原生质体培养与植株再生
d.体细胞诱导融合与植株再生
e.转基因植株再生
3.1.4离体培养的植物细胞能体现物种的生物学特性
（一）、培养细胞的新陈代谢
在适宜条件下，离体细胞能够存活，则具有新陈代谢特性。
器官发生途径
胚 状 体 途 径
3.3.4动物细胞的分化与脱分化
3.3.5与脱分化有关的因子及其作用
任何具有完整的细胞核的植物细胞，都拥有形成一个 完整植株所必需的全部遗传信息，即细胞具有全能性。这 种植物所具有的全能性只是一种可能性，要使这种可能性 成为现实性，即使植物细胞、组织或器官离体后，经脱分 化，形成愈伤组织并再生植株，必须满足两个主要条件： 一是离体损伤刺激；二是营养物质及激素的刺激。除此外， 培养温度、光照等对脱分化也有影响。
3．TE细胞分化及其调控
• 作为维管系统的主要成分，管状分子（tracheary elements，TEs）在维管系统的形成中具有中心作用。在植 物系统发育条件下，TEs由根和芽的原形成层或次生形成层 细胞分化形成。在离体培养条件下，TEs则由愈伤组织薄壁 细胞分化形成，这也是愈伤组织细胞分化器官的前提。
3.3.1细胞脱分化和再分化的概念 细胞脱分化:已分化的细胞失去已分化细胞的典型特 征，或消除了细胞分工，使之回复到分生组织状态， 或胚性细胞状态。
植物细胞全能性
植物细胞全能性离体培养的植物器官、组织或细胞之所以经培养能够再生出完整植株，其原因在于植株细胞具有全能性。
1.全能性的概念植物细胞的全能性是指植株体内任何具有完整的细胞核的细胞都拥有形成一个完整植株所必须的全部遗传信息，即一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的能力。
植物从一个受精卵进行有丝分裂，发育成具有一定形态、结构和功能的植株。
植物的体细胞染色体与受精卵是一致的，也即它们所携带的遗传信息是一样的，这样体细胞由于在植物体上所处的位置不同，表现不同的形态，承担一定的功能，这是由于它们受到具体器官或组织所在环境的束缚，是细胞核中DNA链上不同基因按一定顺序选择性地活化和阻止的结果，但遗传潜能并未丧失，具有发育成完整植株的能力。
植物细胞的全能性包括两方面的含义：一是植物细胞，无论是体细胞还是生殖细胞，都具有该物种全部的遗传信息；二是每个植物细胞具有发育成完整植株的潜在能力。
2.全能性的研究早在1839年，细胞学家施旺在他发表的细胞学说中就曾这样说过：“每个细胞应该可以独立生活和发展，假如具有的条件正如它存在于有机体内一样。
”1902年，德国著名植物学家哈伯兰特根据这个学说的理论，预言离体细胞在生理上、发育上具有潜在的“全能性”。
他这一预言阐明了一个理论：植物体内所有活的细胞都有在离体条件下，可以逐步失去原有的分化状态，转变为具有分化能力的胚胎细胞，增值分化成完整植株的潜在能力。
哈伯兰特本人以及以后的德国植物胚胎学家汉宁等人，用植物的根、茎、叶、花的小块组织或它们的细胞，进行离体的无菌培养试验，没有得到满意的结果。
1937年美国科学家怀特首先研制出了化学成分为已知化合物的培养基配方。
该培养基能促使细胞全能性体现。
他还发现了B族维生素对培养离体根的生长具有重要意义，并认识甙吲哚－3－乙酸在植物生长中调控作用。
同时，怀特和法国植物学家高斯雷特等人经过研究，第一次成功地用烟草的茎段形成层细胞和胡萝卜根的小块组织，在人工培养的条件下，使细胞增值和诱导形成愈伤组织。
植物细胞的全能性讲
植物细胞全能性的重要性
植物细胞全能性的研究有助于深入了解植物生长发育的机制，为植物育种和生物技 术提供理论支持。
植物细胞全能性的研究有助于探索植物的进化历程，揭示植物适应环境的能力和机 制。
植物细胞全能性的研究有助于解决农业生产中的问题，如提高作物产量、改良品质 和抗逆性等。
02
植物细胞全能性的表现
伦理问题
基因编辑的伦理考量
在植物细胞全能性的研究中，基因编 辑技术的使用涉及到伦理问题，需要 考虑技术的安全性、人道性以及对生 态环境的潜在影响。
潜在的生态风险
利用植物细胞全能性进行植物繁殖时， 可能产生新的生态风险，如基因污染、 物种入侵等，需要采取相应的预防措 施。
未来发展前景
提高作物抗逆性
植物细胞培养
次生代谢产物生产
通过植物细胞培养技术，可以在实验室 条件下大规模生产具有重要经济价值的 次生代谢产物，如药物、香料、色素等 。这种方法具有高效、环保、可调控等 优点，为工业生产提供了新的途径。
VS
有毒有害物质降解
利用植物细胞的全能性，可以培养出能够 降解有毒有害物质的植物细胞系。这些细 胞系可以用于处理工业废水、农药残留等 环境问题，为环境保护和治理提供有力支 持。
生物多样性保护
通过植物细胞全能性的研究，未来有 望培育出抗逆性更强、适应性更广的 作物品种，提高农业生产效益。
通过植物细胞全能性的研究，有望实 现濒危植物的繁殖与保护，为生物多 样性保护提供有力支持。
生物燃料与生物材料生产
利用植物细胞全能性，可以生产生物 燃料和生物材料，有助于实现可持续 能源和环保材料的发展。
04
植物细胞全能性的挑战与前景
技术挑战
1 2 3
《细胞具有全能性》 知识清单
《细胞具有全能性》知识清单一、什么是细胞的全能性细胞全能性是指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。
简单来说，就是一个细胞具备发育成完整个体的能力。
这种全能性在植物细胞中表现得较为明显。
比如，将植物的一小块组织或细胞培养在适当的条件下，它可以重新生长并发育成一棵完整的植株。
二、细胞全能性的证明1、植物细胞全能性的证明最经典的例子就是植物组织培养技术。
通过无菌操作，将植物的器官、组织或细胞接种在含有营养物质和植物激素的培养基上，它们能够脱分化形成愈伤组织，再经过再分化，最终形成完整的植株。
这一过程充分证明了植物细胞具有全能性。
2、动物细胞全能性的证明相较于植物细胞，动物细胞的全能性受到了一定的限制。
但细胞核仍具有全能性。
例如，多利羊的诞生就是一个有力的证明。
科学家将一只羊的乳腺细胞的细胞核取出，植入到另一只羊去核的卵细胞中，经过一系列的处理和培养，最终发育成了一只新的个体——多利羊。
这表明动物细胞的细胞核具有全能性，但要使已分化的动物体细胞表现出全能性，则比较困难。
三、细胞全能性的大小不同类型的细胞，其全能性的大小有所不同。
1、受精卵受精卵的全能性最高，它具有发育成一个完整个体所需的全部遗传信息，并且能够进行一系列的分裂和分化，形成各种组织和器官。
2、生殖细胞生殖细胞（如精子和卵子）的全能性也比较高，它们在受精过程中能够结合形成受精卵，进而发育成新的个体。
3、体细胞体细胞的全能性相对较低，但在特定条件下，一些体细胞也可以表现出一定的全能性。
例如，骨髓中的造血干细胞可以分化成各种血细胞。
四、影响细胞全能性表达的因素1、细胞的分化程度一般来说，细胞的分化程度越高，其全能性越难以表达。
未分化的细胞全能性较高，而高度分化的细胞全能性较低。
2、营养物质细胞在发育和分化过程中需要充足的营养物质来支持。
缺乏必要的营养物质会影响细胞全能性的表达。
3、植物激素在植物组织培养中，不同种类和比例的植物激素对细胞全能性的表达起着重要的调节作用。
细胞分化和植物细胞的全能性
化学组成：合成各自特有的专一性蛋白质
2、定义
同一ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源的细胞逐渐发生形态结构、生理功能和蛋白质 合成上的差异，这个过程称为细胞分化。
3、特点 稳定的，不可逆的
红细胞：
有利于携带氧气，作变形运动 细长形或呈梭形 有利于附着和伸缩 肌细胞： 表面有许多突起 有利于接受和传递信息 神经细胞 ： 双凹圆盘状
二、植物细胞的全能性 斯蒂瓦特的实验
胡萝卜根韧皮部细胞 （高度分化的细胞）
悬浮法培养 愈伤组织 继续培养
脱分化 （失去分化 再分化 的细胞团）
整株植株幼苗
花药离体培 养实验
《植物细胞的全能性》PPT课件
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22
反馈练习
1.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.未受精的卵发育成植株
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23
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
第二节 植 物 的 克 隆
植物克隆的技术基础是----植-物--组--织--培-养------，
理论基础是------植--物--细-胞--的--全--能-性-----------
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1
植物组织培养
脱分化
再分化
离体、消毒
的植物器官、脱分化 愈伤
组织或细胞
组织
再分化
胚 状 体
根、芽
植物体
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11
强调几个概念：
愈伤组织：
植物组织块切口处的细胞在创
伤的刺激下发生脱分化，继续
分裂增殖，形成一种相对没有
分化的活的薄壁细胞团组成的
新生组织。
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。
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12
获取 外植体
移栽
无菌接种 脱分化 诱导愈伤组织
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
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24
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
2019-2020沪科版生物选修3第1单元 第2章 第2节 植物组织培养
第二节植物组织培养1．理解植物细胞全能性的含义。
2．简述植物组织培养的过程。
(重点)3．说出植物组织培养技术的应用。
(难点)知识点一| 植物细胞的全能性与植物组织培养技术1．植物细胞的全能性(1)含义植物体的每一个活细胞都具有形成完整植物体的遗传潜能。
(2)物质基础植物体的全部体细胞都具有发育为完整个体所必需的全套遗传物质。
(3)现实表现①在植物体内，细胞分化成为不同的组织和器官。
②原因：基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。
(4)体现全能性的必需条件①脱离原来组织器官的束缚，成为游离状态。
②一定的营养条件和植物激素的诱导。
2．植物组织培养技术(1)植物组织培养的概念①培养对象：外植体(即离体的植物器官、组织或细胞)。
②条件：a.无菌，b.含有营养物质的培养基，c.适宜的光照、温度、湿度等环境条件。
③结果：形成完整植株。
④核心：诱导脱分化和再分化。
(2)原理植物细胞的全能性。
(3)过程[合作探讨]探讨1：植物的种子能发育成完整的植株，是否体现了细胞的全能性？为什么？提示：没有，因为种子中的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，发育成完整植株的过程，相当于植物的长大。
探讨2：美国科学家将分离得到的成熟胡萝卜根的韧皮部细胞进行培养，由单个细胞发育成了完整植株，培养过程如下图所示。
此实验说明了什么问题？提示：分化的植物细胞仍具有全能性。
探讨3：在菊花的组织培养操作完成了3～4天后，观察同一温室中的外植体，发现有的瓶内外植体正常生长，有的瓶内外植体死亡，你认为外植体死亡的原因可能有哪些？提示：接种时培养基灭菌不彻底；接种工具灼烧后未待冷却就接种外植体；培养过程中保持温度、pH 的适宜，但没有及时调整各种营养物质和激素的比例。
[思维升华]1．植物细胞全能性表达所需条件(1)体细胞未表现全能性的原因：基因的选择性表达。
(2)体现细胞全能性的条件：(1)无菌：植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程进行严格的无菌操作。
植物细胞的全能性
end...
——2012.03.04 ——2012.03.04
秦梦晓
1.细胞全能性的概念 1.细胞全能性的概念 2.实现全能性的方法与途径 2.实现全能性的方法与途径 3.优点. 3.优点.特点及应用 优点
1.细胞全能性的概念 1.细胞全能性的概念
植物细胞的全能性是指植株体内任何具有完整的细 植物细胞的全能性是指植株体内任何具有完整的细 胞核的细胞都拥有形成一个完整植株所必须的全部遗传 信息，即一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的 信息，即一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的 能力。 能力。
新植株 脱分化
离体的组织 或细胞
细胞分裂 愈伤组织 胚状体 细胞分化 发育
新植株
愈伤组织： 愈伤组织：
细胞排列疏松而无规则， 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。 呈无定形状态的薄壁细胞。
脱分化： 脱分化：
由高度分化的植物器官、 由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组 织的过程。 织的过程。
再分化： 再分化：
脱分化产生的愈伤组织重新分化成根或芽等器 官的过程。 官的过程。
2.实现全能性的方法与途径 2.实现全能性的方法与途径
肉质根薄片 在培养基中 离体培养
成熟的胡 试管苗 萝卜植株 胚状体发育
3.优点. 3.优点.特点及应用 优点
植物组织培养技术在研究植物生理方面： 植物组织培养技术在研究植物生理方面： 可以研究植物离体的组织或细胞在 不受植物体其他部分干扰的条件下的生 长和分化规律; 长和分化规律; 可以通过改变培养的条 件来影响它们的生长和分化。 件来影响它们的生长和分化。
3.优点. 3.优点.特点及应用 优点
可以保留亲本的一些优良性状, 可以保留亲本的一些优良性状,用于培育 植物优良品种; 植物优良品种; 可以快速繁殖植物,可用于大规模栽培; 可以快速繁殖植物,可用于大规模栽培; 快速繁殖植物 人为控制培养条件, 人为控制培养条件,不受自然条件影响 取材少,培养材料经济; 取材少,培养材料经济; 可以拯救濒危物种等。 可以拯救濒危物种等。
植物组织培养第二章
（三）Байду номын сангаас细胞胚胎发生的基因表达机理（略）
二、植物体细胞胚胎发生途径
（一）体细胞胚胎发生的方式 由外植体诱导体细胞胚胎发生的途径有两种： 直接途径和间接途径。 直接途径：从外植体某些部位的胚性细胞直接 诱导分化出体细胞胚胎。这种“胚性细胞”是在胚 胎发生之前就已决定了的。 间接途径：外植体先脱分化形成愈伤组织， 在从愈伤组织的某些细胞，即重新决定为胚性细胞 的细胞分化出体细胞胚胎，多数体细胞胚胎的形成 是通过间接途径产生的。
植物愈伤组织的培养
愈伤组织培养是指将母体植株上的各个部分切下，形成 外植体，接种到无菌的培养基上，进行愈伤组织诱导、生长 和发育的一门技术。 一般情况下，植物组织均能诱发形成愈伤组织，由外植 体形成愈伤组织，标志着植物离体培养的开始。
差异：（1） 受精卵的全能性最高 （2） 受精卵分化 后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。 潜在全能性的原因：基因表达的选择性
科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，在一 定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就 可能表现出全能性，发育成完整的植株。 人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。
三、植物体细胞胚胎发生的极性和生理隔离
体细胞胚胎具有两个明显特点： 1、双极性 2、与母体组织或外植体的维管束系统无直接联系，处于较为 孤立的状态，即存在生理隔离。
（一）体细胞胚胎发生的极性
单个胚性细胞与合子胚一样，具有明显的极性，第一次 分裂多为不均等分裂，顶细胞继续分裂形成多细胞原胚，基 细胞进行少数几次分裂形成胚柄。 （二）体细胞胚胎发生的生理隔离
第二章
植物组织培养的基本原理
植物细胞全能性理论是植物组织培养的核 心理论。 离体细胞具有生命的特征属性，在全能性的 基础上，提供合适的营养和环境条件，离体细 胞经历脱分化和再分化过程
植物学名词解释细胞的全能
植物学名词解释细胞的全能细胞是生物体的基本单位，在植物学中具有极大的重要性。
细胞不仅组成了植物的各个组织和器官，还负责植物的生命活动和遗传传递。
然而，当我们提到细胞的全能性时，很多人可能并不了解它的含义。
在下文中，我们将详细解释细胞的全能性以及其在植物学中的意义。
细胞的全能性是指细胞具有在适当条件下能够发育成为完整有机体的能力。
简单来说，就是一种细胞可以分化为各种类型的细胞，并最终形成完整的个体。
这种现象最早被人们观察到是在植物中，特别是在植物的组织培养中。
通过合适的培养条件和生长因子的添加，单个细胞可以分化为多种细胞类型，形成完整的植物体。
细胞的全能性背后的关键因素是细胞内的遗传物质DNA。
DNA是植物细胞中的遗传信息库，包含了生物体生命活动的全部指令。
在细胞分化的过程中，DNA会通过特定的机制选择性地激活或关闭不同基因的表达，从而导致不同细胞类型的形成。
这一过程被称为基因调控，是细胞分化的基础。
在植物学中，细胞的全能性有着重要的实际应用价值。
首先，它为观察和研究植物生长和发育提供了便利。
通过培养细胞，我们可以观察到细胞分化的过程，研究不同类型细胞的形成机制。
这种研究有助于我们深入了解植物的发育过程，为植物育种和疾病防治提供理论依据。
其次，细胞的全能性也为植物的繁殖和繁育提供了新的途径。
通过细胞培养和组织工程技术，科学家们可以在实验室中繁殖植物，无需依赖自然条件。
这种技术在农业和园艺中有着广泛的应用。
例如，我们可以通过细胞培养技术大规模繁殖高产的农作物品种，提供足够的食物供给。
同时，还可以利用细胞培养技术培育新的优良植物品种，改善作物的抗病性和适应性。
最后，细胞的全能性还对植物的再生和修复具有重要意义。
植物受到环境胁迫或生物侵害时，往往会出现组织损伤或死亡。
然而，某些植物的细胞具有再生能力，可以修复受损的组织或器官。
通过对这些全能细胞的研究，我们可以开发出更有效的植物保护方法，提高植物的适应能力和生存率。
植物细胞全能性和细胞分化
植物细胞全能性和细胞分化一、植物细胞全能性1902年，Haberlandt提出了植物细胞的全能性理论，即植物的体细胞在适当条件下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整植株的能力。
20世纪70年代，细胞全能性的概念被解释为：每一个细胞具有该植物的全部遗传信息，具有发育成完整植株的能力。
80年代，此概念又进一步被解释为：每一个植物细胞带有该植物的全部遗传信息，在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传信息，分化出植物有机体所有不同类型的细胞，形成不同类型的器官甚至胚状体，直至形成完整再生植株。
植物细胞培养中次生物质的产生及单细胞培养再生完整植株，都是细胞全能性的表现，只是表现形式不同而已。
植物体全部活细胞都是由细胞分裂产生的，每个细胞都包含着整套遗传基因。
但是，由于受到整个植株、具体器官或组织环境的束缚，致使植株中不同部位的细胞仅表现出一定的形态和功能。
但它们的遗传潜力并未消失，一旦脱离原器官或组织的束缚呈游离态，并在一定的营养和环境条件下培养，就可实现其全能性。
但是，由于目前技术水平的限制，还无法使所有的离体植物细胞都实现其全能性，而多数情况下离体细胞全能性的实现是在分生组织等全能性保持较好的细胞中进行的。
离体条件下，由于摆脱了原来供体（组织、器官或完整植株）的束缚，离体细胞（组织、器官）生命特征属性的表现过程和形式都将发生变化。
如在新陈代谢方面，离体细胞主要依靠培养基提供碳源，没有或很少进行光合作用；在调控能力方面，培养物从自养转变为异养；在生长发育与繁殖方面，离体细胞（组织、器官）可以改变原来的生长发育方向或进程，如离体细胞的胚胎发生、细胞脱分化等；在遗传变异与进化方面，离体培养可大大增加培养物的变异性，或使某些变异在短时间内大量扩增，改变其数量等。
但生物有机体总是处在严格而有序的动态平衡中，任何内环境的改变必然使旧的平衡打破而达到新的平衡。
植物体是由各个层次或小系统如基因水平、亚细胞水平、细胞水平、器官水平构成的生命大系统，各系统内和系统间的协调运行不仅是维持植物生长的先决条件，而且他们的动态平衡关系还制约其发育进程。
植物细胞全能性
在拟南芥等其他植物中，SERK不仅在胚性细胞中表达， 在某些非胚性细胞中也有表达。
AtSERK1 的表达比较广泛， 不仅在早期的合子胚及培 养的胚性细胞内大量表达， 还在雌配子体、孢子体原基周 围细胞层、表皮细胞及成熟的根茎叶维管组织中少量表达， 在合子胚发育中只表达到心形期。
TcSERK与ZmSERK2、MtSERK1 的表达方式相似， 在合 子胚和体细胞胚的整个发育过程中均表达。TcSERK不仅在 胚性愈伤和增生胚中大量表达，还在叶片中有微量表达, 但在根、花瓣及退化雄蕊中没有表达信号。
DcSERK首先在培养了7 d的胚性培养物中表达。下胚轴 培养5 d 时，增大的细胞开始出现，7 d时增生细胞团表面 的一些起源于原维管组织的增大细胞开始表达 SERK。随后 的培养过程中，一些小型细胞簇也表达SERK，这些细胞都 发育成体胚。原位杂交结果表明，SERK表达在时间与数量 上都与 “ 感受态细胞”的出现紧密相关。 RT-PCR后 Southern杂交也表明，SERK 表达和外植体感受态细胞开始 出现之间存在密切的相关， 认为 SERK是感受态细胞的一 种标记 。
胡萝卜感受态细胞可以分成以下几类：B状态细胞 ，球 形且液泡化 、直径约为 12μm的细胞；C状态细胞 ，球形且 细胞质丰富 、直径约为12μm的细胞； D状态细胞 ，长形 、 液泡化的细胞。
B状态细胞的细胞壁存在阿拉伯半乳聚糖蛋白（AGP）， 而 C状态细胞不含AGP。麦克凯布（McCabe，1997）等 ，利 用能够识别上糖类抗原簇的单克隆抗体JIM8 ，进行细胞免疫 荧光标记 ，揭示了胡萝卜感受态细胞发生和生长发育的过程。
AtSERK3 与BR11 共同接收胞外BR信号，形成同源/
异源二聚体或多聚体，抑制BIN2、GSK3 的活性或激活
《植物细胞的全能性》课件
03
植物细胞全能性的应用
植物繁殖与育种
繁殖新品种
利用植物细胞的全能性，通过组织培 养技术可以快速繁殖出大量具有优良 性状的植物新品种。
拯救濒危植物
复壮老品种
对于一些老品种的植物，由于种种原 因导致其繁殖力下降，也可以利用植 物细胞的全能性，通过离体培养来提 高其繁殖力。
对于濒临灭绝的植物，可以通过植物 细胞的全能性，进行离体培养，从而 获得大量的植株，进行种群恢复。
挑战。
细胞培养条件
植物细胞在离体培养中需要特定的 营养、激素和生长条件，如何优化 这些条件以提高细胞的生长和分化 效率是一个技术难题。
基因表达调控
植物细胞全能性的实现涉及复杂的 基因表达调控，如何精确调控相关 基因的表达是技术上的一个难点。
伦理问题
基因编辑技术的伦理问题
在植物细胞全能性研究中，基因编辑技术如CRISPR-Cas9被广泛应用。关于基因编辑技术的伦理争议一直存在， 如关于人类胚胎基因编辑的争议。
02
植物细胞全能性的实验 证明
植物组织培养技术
植物组织培养技术是证明植物细胞具有全能性的重要实验手段之一。通过将植物 组织或细胞分离出来，在人工控制的条件下进行培养，可以诱导它们发育成完整 的植株。这一技术的成功应用，证明了植物细胞具有发育成完整个体的潜在能力 。
植物组织培养技术不仅在科学研究方面发挥了重要作用，还具有广泛的应用价值 。例如，通过组织培养技术可以快速繁殖优质苗木，提高植物的抗性，以及在细 胞工程和基因工程等领域进行应用研究。
02
植物细胞全能性的实现需要满足 一定的条件，如离体培养、适宜 的营养和激素环境等。
特点
植物细胞全能性的特点包括细胞分裂和分化能力的保持、基因表达的调控以及形态 发生和器官形成的实现。
植物细胞的全能性
植物细胞的全能性植物细胞全能性，指的是植物的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息，从而具备发育成完整植株的遗传能力。
植物细胞全能性是植物组织培养的理论基础。
一个植物体的全部细胞，都是从受精卵经过有丝分裂产生的。
受精卵是一个特异性的细胞，它具有本种植物所特有的全部遗传信息。
因此，植物体内的每一个体细胞也都具有和受精卵完全一样的DNA序链和相同的细胞质环境。
当这些细胞在植物体内的时候，由于受到所在器官和组织环境的束缚，仅仅表现一定的形态和局部的功能。
可是它们的遗传潜力并没有丧失，全部遗传信息仍然被保持在DNA的序链之中，一旦脱离了原来器官组织的束缚，成为游离状态，在一定的营养条件和植物激素的诱导下，细胞的全能性就能表现出来。
于是就象一个受精卵那样，由单个细胞或离体组织形成愈伤组织然后成为胚状体，再进而长成一棵完整的植株。
所以离体培养之所以能够成功，首先是由于植物细胞具有全能性的缘故。
1902年，德国植物学家哈伯兰特预言植物体的任何一个细胞，都有长成完整个体的潜在能力，这种潜在能力就叫植物细胞的“全能性”。
为了证实这个预言，他用高等植物的叶肉细胞、髓细胞、腺毛、雄蕊毛、气孔保卫细胞、表皮细胞等多种细胞放置在他自己配制的营养物质中（人工配制的营养物），称为培养基。
这些细胞在培养基上可生存相当长一段时间，但他只发现有些细胞增大，却始终没有看到细胞分裂和增殖。
1934年，美国的怀特用无机盐、糖类和酵母提取物配制成怀特培养基，培养番茄根尖切段，400多天后，在切口处长出了一团愈合伤口的新细胞，这团细胞被称为愈伤组织。
法国的高斯雷特制成了一种固体培养基，使山毛柳、黑杨形成层组织增殖，最后形成了类似藻类的突起物。
1946年，中国学者罗士韦培养菟丝子的茎尖，在试管中形成了花。
以后许多科学家为证实这一论断做了不懈的努力。
1958年，Steward等将高度分化的胡萝卜根的韧皮部组织细胞放在合适的培养基上培养，发现根细胞会失去分化细胞的结构特征，发生反复分裂，最终分化成具有根、茎、叶的完整的植株；1964年，Cuba和 Mabesbwari利用毛叶曼陀罗的花药培育出单倍体植株；1969年Nitch将烟草的单个单倍体孢子培养成了完整的单倍体植株；1970年Steward用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育的植株。
植物组织培养的基本原理
植物细胞全能性和细胞分化 离体条件下植物器官的发生
第一节 植物细胞全能性和细胞分化
一、植物细胞全能性 二、植物细胞分化
一、植物细胞全能性
细胞学说 1902年，Haberlandt提出了植物细胞的全能性理 论：植物的体细胞在适当条件下，具有不断分裂 和繁殖，发育成完整植株的能力。 70年代：细胞全能性：每一个细胞具有该植物的 全部遗传信息，具有发育成完整植株的能力。 80年代：每一个植物细胞带有该植物的全部遗传 信息，在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传 信息，分化出植物有机体所有不同类型的细胞， 形成不同类型的器官甚至胚状体，直至形成完整 的植株。
1.可分为形态结构分化及生理生化分化； 2.不存在部分基因组永久关闭的情况； 3.离体培养可通过脱分化来丧失“细胞发育的决定” 4.极性与分化密切相关； 5.生理隔离或机械隔离在细胞分化中的促进作用； 6.细胞分裂对细胞分化具有重要作用； 7.植物生长调节剂对细胞分化具有明显的调节作用； 8.细胞核染色体和DNA的变化对细胞分化的作用；
二、植物细胞分化
分化：指植物体各个部分出现异质性的现象，包括 细胞分化、组织分化或器官分化等。 细胞分化：指在个体发育过程中，不同部位的细胞 的形态结构和生理功能发生改变，形成不同的组织 和器官。 细胞分化是发育生物学的核心问题，是基因选择性 活化或阻遏的结果。5%-10%
细胞分化的某些规律和机理
（二）再分化
1.定义
再分化（redifferentiaton）：离体培养的植 物细胞和组织可以由脱分化状态重新进行分 化，形成另一种或几种类型的细胞、组织、
器官、甚至形成完整的植株的现象。
高中生物植物的组织培养技术知识点总结
⾼中⽣物植物的组织培养技术知识点总结 植物组织培养技术是⾼中⽣物的⼀个重要组成部分，学⽣需要掌握相关知识点，下⾯是店铺给⼤家带来的⾼中⽣物植物的组织培养技术知识点，希望对你有帮助。
⾼中⽣物植物的组织培养技术基础知识点 1、植物组织培养过程： (1)原理：植物细胞具有全能性。
(2)过程： 2、⽤途： (1)微型繁殖 微型繁殖就是⽤于快速繁殖优良品神的植物组织培养技术，也叫快速繁殖技术。
繁殖过程中的分裂⽅式是有丝分裂，亲、⼦代细胞内DNA不变，所以能够保证亲、⼦代遗传特性不变。
(2)作物脱毒 作物脱毒是利⽤茎尖、根尖等⽆毒组织，进⾏微型繁殖，所获幼苗是⽆毒的。
(3)⼈⼯种⼦：通过组织培养技术，可把植物组织的细胞培养成在形态及⽣理上与天然种⼦胚相似的胚状体，也叫作体细胞胚。
这种体细胞胚有于叶、根、茎分⽣组织的结构。
科学家把体细胞胚包埋在胶囊内形成球状结构，使其具备种⼦机能。
所以，⼈⼯种⼦是⼀种⼈⼯制造的代替天然种⼦的颗粒体，可以直接播种于⽥间。
①制作⽅法：⼈⼯种⼦是利⽤植物组织培养获得胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等，然后包上⼈丁种⽪就形成了⼈⼯种⼦，如图： ②优点：可使在⾃然条件下不结实或种⼦昂贵的植物得以繁殖;保持亲本的优良性状，因该过程为⽆性繁殖;节约粮⾷，减少种⼦的使⽤;可以控制添加⼀些物质，如除草剂、农药、促进⽣长的激素、有益菌等。
周期短，易储存和运输，不受⽓候和地域的限制。
(4)细胞产物的⼯⼚化⽣产：从⼈⼯培养的愈伤组织细胞中提取某种成分，如紫草素、⾹料等。
⾼中⽣物植物的组织培养技术重要知识点 1、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。
(2)原理：细胞内含有本物种的全部遗传信息。
(3)全能性表达条件：具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供⼀定的营养、激素和其他适宜外界条件。
2、作物新品种培育 (1)单倍体育种： ①过程：植株(AaBb)通过减数分裂得到花粉(AB、Ab、aB、ab四种类型);对花粉进⾏花药离体培养(技术是植物组织培养);得到单倍体植株;对其幼苗时期进⾏秋⽔仙素处理;得到了正常的纯合⼆倍体植株(AABB、Aabb、aaBB、aabb四种类型)。
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有些植物在多次继代培养后，会丧失细胞全 能性的表达能力
• 原因：1.遗传物质发生不可逆转的改变 2.激素平衡被打破或外源激素作用的结果
克隆成功所需的条件（a） 1.探讨特定植物细胞全能性表达的条件(激素配比) 2.选择性能优良、细胞全能型表达充分的基因型
思考讨论：为什么体内细胞没有表现出 全能性，而是分化成为不同的组织、器官？
B
A、细胞丧失了全能性 B、基因的表达有选择性 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
二、植物组织培养程序
1、配制半固体培养基
2、无菌操作切取一些 小块组织
脱分化
3、获得愈伤组织
4、诱导愈伤组织
通过调节营养物质和植物生 长调节剂的适当配比
5、再生新植株出现
3、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。
反馈练习
1.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.未受精的卵发育成植株
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 ）
植物组织培养的培养基
• 无机营养物质：植物所必需的大量元素及微量元素 • 有机营养物质
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：起凝固支持作用 植物生长调节剂：（生长素，细胞分裂素） PH值：5.0－6.0
愈伤组织
强调几个概念：
愈伤组织：
植物组织块切口处的细胞在创 伤的刺激下发生脱分化，继续 分裂增殖，形成一种相对没有 分化的活的薄壁细胞团组成的 新生组织。 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。
获取 外植体
移栽
无菌接种 脱分化 诱导愈伤组织
的形成
试管苗的形成 再分化 扩大培养
例2、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，下列有可能使其表
现出全能性，发育成完整的植株的是（D ）
A、细胞分裂素
B、生长素
C、一定的营养物质 D、以上三者均是
2、原生质体培养和植物细胞工程
五、植物克隆的发展
练习：
1、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。
2、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？ 体内的细胞在特定的时间和空间条件下，基因选 择性表达的结果。
3、原生质体培养
原生质体：去除细胞壁后的植物细胞。
用适当方法进行原生质体培养，也可以获得新植株。
4、单倍体培养
用花药离体培养方法获得单倍体植株。
植物激素的不同配比
植物 细胞
愈伤 组织
芽、根
植株
植物激素的不同配比
单细胞 胚状体 植株
植物激素的不同配比
原生质体培养技术
植物细胞结构图
如何剥 离细胞 壁呢？
下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：
（1）①表示 离体的器官、组织或细胞 ，它能被培养成为④的
根本原因是 植物细胞的全能性。。
（2）②表示愈伤组织，它与①相比分化程度 低 ，全能性 高 。
（3）若想制作人工种子，应该选用（填编号） ③
。
（4）若①是花药，则④是单倍体植株，继续对其使用 秋水仙素处
用纤维 素酶和 果胶酶 啊！！
原生质体培养
为什么要加较 高渗透压的甘
露醇呢?
0.5~0.6mol/L的甘露醇
植物
(较高渗透压)
球型的
植
细胞
纤维素酶
原生质体
株
和果胶酶
防原物止生细原质胞生质体除体：去吸植壁水胀破 后的部分
植物细胞工程:
1．借助基因工程方法，将外源基因导入受体细胞 2．通过细胞融合将不同来源的遗传物质重新组合 3．通过显微注射将不同来源的遗传物质重新组合
本课小结：
一、植物细胞的全能性
1、概念2、原因3、体现
二、植物组织培养程序
1、配置半固体培养基 2、无菌操作切取一些小块组织 3、获得愈伤组织 4、诱导愈伤组织
5、再生新植株出现
三、植物细胞培养主要几种技术
1、组织培养
2、悬浮细胞养
3、原生质体培养
4、单倍体培养
四、植物克隆的成就：
1、细胞培养和器官培养 3、多途径上的植物克隆实践
基因在特定空间和时间条件下选择性表达 的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同 部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白 质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。
细胞表现出全能性的条件
• 离体状态 • 有一定营养物质、激素和其他外界条件(如无菌、
温度、PH）
例1、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：
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
5.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
6．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
1、概念 植物体的每个活细胞具有遗传上的全能
性,都具有发育为完整植株的潜能，叫做 植物细胞全能性。
2、原因
生物体的每一个细胞都包含有该物种所特 有的全套遗传物质.
3、全能性的体现：
受精卵 ＞ 生殖细胞 ＞ 体细胞
植物细胞 > 动物细胞 不同种类植物或同种植物的不同基因型个体之间 因遗传性的差异,细胞全能性的表达程度大不相同.
例3、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是D
A、卵细胞 B、植物花粉 C、体细胞 D、受精卵
三、植物细胞培养主要几种技术： 1、组织培养
通过调节营养物质和生长调节剂的适当配比，诱导愈 伤组织分化出芽和根的分生组织而形成再生新的植株。
2、悬浮细胞培养
通过液体悬浮培养使愈伤组织分散成单细胞，经适宜培养基中成 分的诱导，可发育成胚状体，从而形成新株。
第二节 植 物 的 克 隆
植物克隆的技术基础是----植-物--组--织--培-养------， 理论基础是------植--物--细-胞--的--全--能-性-----------
植物组织培养
脱分化
再分化
离体、消毒
的植物器官、脱分化 愈伤
组织或细胞
组织
再分化
胚 状 体
根、芽
植物体
一、植物细胞的全能性
植物细胞工程的概念和操作过程是：培养植 物细胞，借助基因工程方法，将外源DNA导入 受体细胞中，或通过细胞融合、显微注射将 不同的遗传重组，再通过对这些转基因细胞 或重组细胞进行培养，获得具有特定性状的 新植物。
反馈练习
1.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.未受精的卵发育成植株
7.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。
本课结束
原生质体培养成功后，植物细胞工程得以发 展。这是在原生质体培养的基础上，由原生 质体融合和基因工程技术结合的研究领域。
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
4、有关全能性的表述中，不正确的是（ C ）
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
理可获得 纯合 正常植株，该过程称为单倍体育种。
（5）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片的颜色是 绿色
这说明根尖细胞 含有叶绿体形成相关的基因 。