2.1植物细胞工程(理科)

原理
细胞全能性
植物体细胞杂交技术
染色体变异、基因重组
细胞的膜流动性 细胞繁殖速度快、大规模生产 提高经济效益
①去除细胞壁 ②融合形成杂种细胞 ③组织培养
克服不同种生物远源杂交的 障碍
联系 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
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小结
下一步该做何处理？
❖ 4．如何将杂种细胞培育成杂种植株？
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二、植物体细胞杂交技术
1、过程 植物细胞的融合
植物组织培养
植物细胞A
去壁
原生质体A
原生质体B
去壁
植物细胞B
方法？
融合的 原生质 人 体AB
工
诱
导
促进融合 的方法？
融合 完成
的 标志
杂种
愈
杂
细胞
伤
再 AB
生
脱组 分织
出
化
再 分 化
能够在新的植物体上有所表现，
其根本原因: 杂种植株获得了双亲的遗传物质
5）从理论上讲，杂种植株的育性
_____。若运用传统有性杂交方法 可能育否实现？_____。并说明理由：
不能
因为不同种生物之间存在生殖隔离
因此，这项研究对于培养作物新品 种方面的重大意义在于：
克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了 .
的形成
再分化
试管苗的形成
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植物组织培养简图：
离体的器官、组织或细胞
脱分化 激素、营养
愈伤组织
再分化 根和芽 发育
激素、光
完整植株
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根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培 养的概念。
2、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。
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。
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？
其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。
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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。
3、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 生物间的生殖隔离障碍，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。
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1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原 生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。
1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄
种 植 株
细
胞
壁 细胞融合的基础：
细胞膜的流动性
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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 化学法：聚乙二醇（PEG）
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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。
再分化 根和芽 发育 完整植株
2、什么是脱分化？
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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3、什么叫愈伤组织？
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、无定形状态薄壁细胞组 成的排列疏松无规则的组织。
4、什么叫再分化？
专题2 细胞工程
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什么叫细胞工程？
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。
按操作对 象分类
植物细胞工程 动物细胞工程
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2.1植物细胞工程
§2.1.1植物细胞工程的基本技术
植物组织培养技术
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植物组织培养的理论基础： 植物细胞的全能性
（一） 细胞的全能性
1、定义： 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的
潜能的特性。
2、原理： 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，都有发育成为完整个体所必需 的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活
细胞都应该具有全能性。
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再强调几个概念：
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 疏松无规则的组织。
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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？
可用于杂交的亲本组合范围
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以下待用
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7.基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无 菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：
（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规 则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基 中获得_水_、__无_机__盐_、__维_生__素_和__小_分__子_有__机_物____ 等营养物质。 （2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_
4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？ 5、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？ 6、请同学们概括出植物组织培养技术的流程图。
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想一想
1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？
细胞离体、一定的营养物质、 激素和其他外界条件
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？
（5）培育成的试管苗可能出现的基因型有 _____________。
AB、aB、Ab、ab
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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。
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反馈练习
1.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（ ）
A.消毒灭菌
C
B.适宜的温度
C.充足的光照
D.适宜的养料和激素
和马铃薯的属间体细胞杂种——“Potamato”。
目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大 豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小 麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值 的新品系或育种上有用的新材料。
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白菜 甘蓝
白菜－甘蓝
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比较
植物组织培养
所属 范畴
无性繁殖
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2.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
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3、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 C、再分化
B、去分化 D、脱分化或去分化
脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等 器官的过程。
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一、植物组织培养技术
1、植物组织培养的过程
阅读P34的实验，回答问题：
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？
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？
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6、右图为植物体细胞杂交过程
示意图。据图回答：
1）步骤①是___去__掉_细__胞_壁__分_离__出__有
__活__力_的__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
______________目的是______
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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。
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反馈练习
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
_细__胞_分__裂_素___和____植__物_生__长__素_____两类激素。
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（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育 成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是 _____叶__绿__体____能利用光能制造有机物，供试管苗生长发 育。
（4）试管苗的细胞核中含_____条2脱4 氧核糖核苷酸链。
于是，这些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。
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植物体细胞杂交过
程示意图
(1)
(2)
(3)
(1)
(4)
(5)
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请同学们阅读P36，思考以下几个问题：
❖ 1．有没有一种温和的去壁方法呢？ ❖ 2．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？ ❖ 3．如果两个来源不同的原生质体发生了融合，
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
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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
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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
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4、下列不能作为植物组织培养的 材料是
A、秋海棠的叶
D
B、马铃薯的块茎
C、成熟的花粉
D、木质部中的导管细胞
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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。
聚乙二醇（PEG）
_____________. 3诱）导在原利生用质杂体融种合细胞培育成为杂种 植株的过程中，运用的技术手段
是___________ ，其中步骤④相 当于植_物_组__织_培，养步骤⑤相当于_____
脱分化
再分化
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6、右图为植物体细胞杂交过程
示意图。据图回答：
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_传性状
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3、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。
4、生物体所有细胞全能性大小都一致吗？
受精卵>生殖细胞>体细胞; 植物细胞>动物细胞
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回忆、思考
1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？
离体的器官、组织或细胞
脱分化 愈伤组织
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
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P38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，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。
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4、植物体细胞融合完成的标志是
A．产生新的细胞壁 B．细胞膜发生融合
A
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．不同植物的原生质体的融合
B
C．完整的两个体细胞的融合
D．植物花粉细胞的两两融合
5、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？ （P43) 植物激素。
一般，当生长素含量高于细胞分裂素时，有利于根的形成。
当生长素含量低于细胞分裂素时，有利于芽的形成。
6、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养 技术的流程图，并与同学交流。
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切取 形成层
移栽
无菌接 脱分化
种
培养室
诱导愈伤组织
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植物组织培养的培养基
❖ 定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的 基质
❖ 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