第二章 克隆技术(植物克隆)

植物体细胞杂交
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？ 细胞壁
植物细胞 细胞膜
细胞质
细胞核
原生质体
植物体细胞杂交
植物细胞壁：纤维素、果胶
酶解法
纤维素酶
果胶酶
植物体细胞杂交
1、过程： ⑴酶解法去除细胞壁，获得
有活力的原生质体。
⑵诱导原生质体融合 物理方法：离心、振动、电刺激 化学方法：聚乙二醇（PEG）
典型例题5：
现有甲、乙两个烟草品种(2n＝48)，其基因型分别为aaBB和 AAbb，这两对基因位于非同源染色体上，且在光照强度大于800 勒克司时，都不能生长，这是由于它们中的一对隐性纯合基因 (aa和bb)作用的结果。 取甲乙两品种的花粉分别培养成植株，将它们的叶肉细胞制 成原生质体，并将两者相混，使之融合，诱导产生细胞团。然 后，放到大于800勒克司光照下培养，结果有的细胞团不能分化， 有的能分化发育成植株。请回答下列问题： (1)甲、乙两烟草品种花粉的基因型分别 为 。 (2)将叶肉细胞制成原生质体时，使用 破除细胞 壁。 (3)在细胞融合技术中，常用的促融剂是 。 (4)细胞融合后诱导产生的细胞团叫 。
植物组织培养
2、应用：
脱分化
再分化
外植体
愈伤组织
试管苗
植株
植物组织培养
2、应用： 快速繁殖、培育无病毒植株 、转基因植物培育
（1） 离体器 官组织 细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽 (幼苗）
移栽
植物体
植物组织培养
2、应用： 制做人工种子
（ 2） 脱分化 再分化 离体器 愈伤组织 胚状体 官组织 细胞 再包上人工种皮,制成人工种子
胚状体—具有生根发 芽能力的胚状结构， 是新植物的幼体
植物组织培养
把胚状体包埋在胶囊内 形成球状结构。
胶质化合物薄膜——
人工种皮
营养成分和植物激素 —
人工胚乳
胚状体——具有生根发
芽能力的胚状结构，是
新植物的幼体
植物组织培养
2、应用： 制做人工种子 （ 2） 脱分化 再分化 离体器 愈伤组织 胚状体 官组织 细胞 优点：快速繁殖，解决作物繁殖能力差、 结子困难 或发芽率低等问题。
7 .花药离体培养获得的植物幼苗都是单倍体吗？
58
问题探讨(二):
1.为什么胡萝卜的根细胞能培养成一个完整的胡萝卜植株? 问题指向组培的理论基础 2.如何让植物细胞的全能性表现出来? 问题指向组培的条件 3.离体的植物细胞经过怎样的过程发育成一个完整的植物体? 问题指向组培的过程和方法技术
4.你了解了植物克隆的基本技术，设想你可以利用这项技术 做什么？你知道植物组织培养技术取得了哪些成就?
2．下图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米 C 的过程。对此过程的相关描述错误的是 A．B→E过程中细胞全能性的高低发生了改变 B．C试管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞 C．A植株和F植株体细胞中的染色体组数相同 D．培养出的F植株一般不能直接应用于扩大种植
植物组织培养
2、应用： 利用突变体育种
低：利于根的发生 (6)培养过程中控制光照、温度、PH等。
植物细胞全能性表现的条件：离体、一定的营养物质、
激素和其他外界条件。
组培技术的核心是：脱分化、再分化
植物所有活细胞(生殖细胞 体细胞 受精卵)都具有全能性
可以将愈伤组织在液体悬浮液上利用摇床分散成单个
细胞,在培养成胚状体,最后形成植株.
胚状体：是指在组织培养过程中，在植物组织块或愈伤 组织上产生的一种结构，与正常受精卵发育形成的胚有 类似的结构和发育过程。 P40
植物组织培养
2、应用： 单倍体育种
（ 3） 脱分化 再分化 秋水仙素 植物体 纯合体 花药离 愈伤组织 单倍体 体培养
离体 器官 组织 细胞
1.
判断：同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培 养获得的愈伤组织基因相同。生殖细胞、体细胞
为什么植物用种子进行繁殖不能体 现细胞的全能性？
• 全能性要求的是已分化的细胞变成完整个 体，种子中有多个细胞，所以不能体现全 能性，而且种子本身就能发育成一个个体， 所以更不能体现全能性。
第一节 什么是克隆 --即无性繁殖系 克隆---由原型发展或制作成与原型完 全一样的产物的过程 运
生 DNA(基因)克隆 物 学 细胞克隆 单克隆抗体制备 的 克 个体克隆 Baidu Nhomakorabea由母体直接产生子代个体 隆
植物体细胞杂交
两两融合的细 胞有几种情况？
杂种细胞需要
筛选
利用电激法将野生马 铃薯与栽培马铃薯进 行细胞融合的显微照 片
筛选杂种细胞
杂种细胞的筛选方法有：①细胞系互补的选择
方法，包括叶绿素缺失互补、营养缺陷互补和抗
性互补等；②利用物理特异性差异的选择方法： 包括原生质体的大小、颜色、浮密度等的不同来 选择；③利用生长特异性差异的选择方法。对再 生植株的杂种性状进行鉴定。
:动物的细胞(组织)培养
植物克隆 克隆技术
动物克隆
第二节 植物的克隆 植物细胞工程
植物组织培养 植物体细胞杂交
1、植物细胞工程常用手段
2、理论基础：植物细胞的全能性
植物组织培养
植物体细胞杂交
植物组织培养 组培的条件：无菌、离体
概念:在无菌及人工控制条件下,将离体的
植物器官、组织或细胞在人工控制的培养 基上培养成完 整的植物体的过程
（3）对植株进行 ，才能使其结实产生后代 （乙），否则植株甲只有通过 方式才能产生后代 （丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是 植 株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数 为 种，该群体植株产生可育花粉的基因组成 种类数为 种。花药培养在育种上的特殊意义 是 ，从而开辟育种新途径。 答案：（1）脱分化 再分化 胚状体 分化（或发育） 生根 （2）激素 单倍体 细胞的全能性 （3）染色体加倍（其他合理答案也给分） 无性生殖 乙 （或经过染色体加倍） 一 多 缩短育种周期
× × × × ×
植株
植物组织培养的过程与应用
名词：外植体
离体的植物器官、组织或细胞
脱分化
植物次生代谢产物的生产
愈伤组织
植物激素 的作用 其细胞特点 给出名词： 胚状体
再分化
人工种子的生产 微型繁殖、作物脱毒、 单倍体育种、突变体的 利用、植物基因工程
根、芽 植物体
板书设计
注意
• 组培技术操作中的一些具体技术细节，例如灭 菌，激素的应用等等。
离体 组织 细胞
愈伤组织
试管苗
植株
植物组织培养
接 种 组 培
视频（无菌操作)
室
室
灭菌：甲醛溶液、高锰酸钾熏蒸；喷洒来苏水；紫外
灯照射
接种用具
无菌水
植物组织培养
1、过程：
脱分化
外植体： 离体器官、 组织、细 愈伤组织 胞
再分化
分化/发育
胚状体 【或诱导生芽/根 后再诱导生根/芽】 植株
植物组织培养
问题指向组培的应用（人工种子）
59
4:理清概念之间的关系
4:理清概念之间的关系
4:理清概念之间的关系
典型例题5：
某二倍体植物是杂合体，图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养 基上培养产生完整植株的过程。据图回答： （1）图中①表示的是该花粉培养过程中的▁▁▁过程，②表示 的是 ▁▁过程，X代表的是▁▁，③表示的是▁▁过程，④表 示的是诱导▁▁过程。 （2）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过那 一条途径主要取决于培养基成分中 ▁▁的种类及其浓度配比， 最后获得的来源于为成熟花粉的完整植株都称为 植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明为成熟 花粉具有▁▁。
黑麦体细胞 原生质体B
原生质体A
细胞 融合 新原生质体 细胞壁 再生 杂种细胞
四倍体杂种
诱导染色 体加倍 杂种植株 (八倍体小黑麦) 注： 四倍体杂种不育的机制
组织 培养
杂种植株 (小黑麦)
问题探讨(一):
1.植物组织培养的基本原理是什么? 2.激素在脱分化和再分化中的作用有何不同? 3.在实验操作过程中为什么要换瓶操作? 4.组培过程中的每一步都需要光照吗? 5.灭菌和消毒的区别及在组培中的应用? 6.组培中用的蔗糖作为能源和原料物质，用葡萄糖行不行？ 培养条件 光 暗 加蔗糖 正常生长，分化 只生长，不分化 不加蔗糖 不生长，死亡 不生长，死亡
• 注意细胞分化知识的复习。 • 注意组培技术在育种中的应用。
例：植物组织培养技术
离体的植物器官、组织或细胞 （外植体）
脱分化（又叫去分化）
愈伤组织（排列疏松而无规则，薄壁细胞）
再分化
芽、根等器官 或胚状体
分化
植物体
例：植物体细胞杂交技术
再分化
脱分化
普通小麦
配子 受精 作用
黑麦 配子
普通小麦体细胞
教材
第二节 植物的克隆 植物细胞工程
植物组织培养 1、植物细胞工程常用手段 植物体细胞杂交
2、理论基础：植物细胞的全能性
植物克隆技术基础---植物组织培养
讨论
实例1：植物组织培养技术
• 3:“分析操作流程”理解细胞工程
一、植物组织培养
根 根 未分化 组织 茎 叶 花 果实 种子 1、与细胞分化(基因的选择性表达)的知识相联系； 2、根无法直接分化出茎、叶、花、果实和种子等器 官，需要“以退为进”获得愈伤组织。
诱导原生质
体融合的方法
植物体细胞杂交
利用电激法将野生马铃薯与栽培马 铃薯进行细胞融合的显微照片
诱导原生质体融合的方法
物理法：离心、振动、 电刺激
化学法：聚乙二醇,结合高Ca2+
高pH (加拿大高国 楠首创)
化学融合的机制： 高pH—高Ca2+法诱导原生质体融合的基本原理是中和原生质体表 面所带的电荷，使原生质体的质膜紧密接触，从而有利于质膜 的接触融合。 物理融合的机制：常用方法为电融合法。此法是先将两种原生 质体以适当的比例混合成悬浮液，将其滴入电融合小室中，给 小室两极以交变电流，使原生质体沿电场方向排列成串珠状， 接着给以瞬间高强度的电脉冲，使原生质体膜产生局部破损而 导致融合。
植物体细胞杂交
1、过程： ⑴酶解法去除细胞壁，获得
有活力的原生质体。
⑵诱导原生质体融合 ⑶筛选杂种细胞 脱分化 ⑷利用植物组织培养技术
再分化
获得杂种植株。
植物体细胞杂交
2、意义:
克服远缘杂交不亲和的障碍
杂种植株可育， 利用此方法培育新作物的过程不遵循孟德尔的遗传定律，因为不属于有性生殖。
植物克隆的发展
代谢产物
生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等。
如从紫草愈伤组织中提取紫草素
生产紫衫醇-----植物组织培养
人参细胞生产
人参皂甙
植物组织培养
2、应用小结： (1)快速繁殖、培育无病毒植株、转基因植物培育 (2)制作人工种子 (3)单倍体育种 (4)利用突变体育种 (5)用愈伤组织生产细胞代谢产物
1、过程：
离体 器官 组织 细胞 脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
植株
（1） 用于离体培养的植物器官或组织片断 选择：大小合适；植物的幼嫩组织和器官 消毒：次氯酸钠溶液浸泡 操作者消毒：肥皂洗手、75%酒精擦拭
（2）脱分化：由已分化的细胞,经过诱导,失去其特
植物组织培养
有的结构和功能而转变为未分化的细胞,重新具有分
裂能力而产生愈伤组织的过程。又叫去分化。
菠萝愈伤组织
薄壁细胞
（3）愈伤组织：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具有分生能力的薄壁细胞。
植物组织培养
植物组织培养
再分化：愈伤组织继续培养，又可以重新分化成根
或芽等器官，这个过程叫做再分化。 （5）激素的作用： ①细胞分裂素和生长素同时使用可促进脱分化。 ②细胞分裂素和生长素的比例影响再分化过程中芽 和根的发生: 细胞分裂素含量 生长素含量 高：利于芽的发生 接近1时---愈伤组织不分化
4:理清概念之间的关系
细胞的全能性
• 单个细胞的全能性 • 如果单个细胞不能发育成一个完整的个体， 需要N个细胞共同作用才能发育成一个完整 的个体，那么每个细胞的功能就是一个个 体发育过程中的一部分，不能称之为细胞 的全能性。 • 种子是有性生殖，是两个单倍体细胞（它 的染色体是完整细胞的一半）的共同作用， 所以不能体现细胞的全能性。
（1） 离体器 官组织 细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
植物体
植物组织培养过程中,细胞一直处于分生状态,容易受环境
(如射线 化学物质等)的影响而产生突变(如抗病毒 抗盐碱 等), 人们可以筛选有用的突变体得到所需新品种
植物组织培养
2、应用： 用愈伤组织生产细胞代谢产物
（5）离体器 脱分化
愈伤组织
官组织细胞 提取
第二章
克隆技术
微生物克隆（微生物的培养）
什么是克隆
植物克隆 动物克隆
1： 克隆技术包含的三个层次及原理
种类 分子克隆 基因工程
现代生物技术 PCR技术 动物细胞和微生物的培养 植物组织培养； 动物核移植技术
理论基础 DNA分子复制 细胞增殖 植物细胞的全能性； 动物细胞核的全能性
细胞工程
个体克隆
细胞克隆
植物体细胞杂交
• 20世纪60年代，一 些科学家提出一个 设想：让番茄与马 铃薯杂交，培育出 地上结番茄，地下 结马铃薯块茎的植 物。 • 如果要实现这一设 想，你认为可以采 用哪些方法？
植物体细胞杂交 就是将不同种的植物 体细胞,在一定条件下融 合成杂种细胞,并把杂种 细胞培养成新的植物体 的技术.