植物细胞工程的基本技术

研究的目的
按操作 对象分
植物细胞工程
动物细胞工程
植 物 细 胞 工 程
理论基础
植物细胞的全能性
基本技术
植物组织培养 （最基本）
植物体细胞杂交
大多数植物都是由受精卵（有 性生殖）发育而来的，那么由植物 的体细胞如叶子、花瓣，甚至一粒 花粉能发育成一棵完整的植株吗？ 为什么？应该如何操作？
ຫໍສະໝຸດ Baidu 一、细胞的全能性
AB
植物 组织 培养
脱分化
再分化
三、植物体细胞杂交技术——无性繁殖
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、原理： 细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性
4、意义： （1）克服远缘杂交不亲和的障碍 （2）扩大基因重组的范围 5、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， 如蕃茄——马铃薯。
（5）两个阶段：脱分化和再分化
比较 内容 过程 脱分化
外植体 愈伤组织
再分化
愈伤组织 有根、芽 幼苗
形成 排列疏松、高度液泡 体特 化的簿壁细胞 点 需要 a.离体、无菌操作； 条件 b.适宜的营养；c.生 长素/细胞分裂素比例 适中 d.避光
a.离体、无菌操作； b.适宜的营养 c.生长素/细胞分裂素 比例或主或低诱导生根 或生芽 d.光照
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。
概念：
应用的原理和方法
研究的水平
细胞生物学和 分子生物学 细胞水平或细 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。 2.原理：植物体细胞具有全能性
二、植物组织培养技术——（无性繁殖）
3、过程：
脱分化 再分化
离体的植物 脱分化 组织、器官 或细胞（外 无菌接种、诱导 植体，消毒）（一定的营养、
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？
不能
存在生殖隔离
尝试用这两种植物的体细胞进行杂交
三、植物体细胞杂交技术：
蕃茄
马铃薯
番茄------马铃薯植株
三、植物体细胞杂交技术（无性繁殖）
1.过程：如图所示
（1）去壁方法： 纤维素酶和果胶酶（酶解法） （2）诱导原生质体融合的方法：
物理法：离心、振动、电刺激 化学法：PEG
AB
植物 组织 培养
脱分化
（3）原生质体融合的基础： 细胞膜具有一定的流动性 产生新的细胞壁
（4）原生质体融合完成的标志：
再分化
三、植物体细胞杂交技术（无性繁殖）
1.过程：如图所示
(5)在诱导剂的作用下形成的 杂种细胞有3种（AA型、BB型、 AB型），可用选择培养基筛 选出AB型杂种细胞。 （6）植物体细胞杂交技术完成 的标志：获得杂种植物 (7)杂种植物的特征：具备 两种植物的遗传性状。原因 是杂种植物中含有两种植物 的遗传物质。
植 物 组 织 培 养 的 过 程
分化程度低 幼芽或幼根？ 去分化较易 （离体的,
①适宜温度、 pH、 外植体 已分化组织 避光、无菌环境。 或细胞） ②适宜的营养和植 脱分化 条件？物激素
特点？ 高度液泡化、 排列疏松、无 规则的薄壁细 胞。无叶绿体。
愈伤组织
再分化
植物激素： 生长素、细胞分裂素
胚状体 或丛芽 试管苗
嫁接获得的番茄－马铃薯
下图是植物组织培养的简略表示。据此回答： 脱分化 再分化 ①——→②——→③——→④ （1）①表示 离体的植物器官、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①是花药，则④是 单倍体植株 ，继续对 其使用 秋水仙素 处理可获得 纯合正常植株，该过程称 为 单倍体育种 。 （4）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 含有与叶绿体形成相关的基因 。 （5）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫 草素，培养将进行到（填编号） ② 。
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,即每个细胞都具有全能性。 2、细胞全能性大小:
A、植物细胞>动物细胞 B、受精卵>生殖细胞>体细胞; C、幼嫩组织细胞＞成熟组织细胞 规律：发育时间越早，细胞全能性越高，分裂 能力越强，分化程度越低。
3、细胞具有全能性的原因:
课本38页 思考与讨论
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：细胞中基因选择性表达的结果。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，所以马铃薯—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，杂交植株不能地上长番茄、 地下结马铃薯就是很自然的了。
4、植物细胞表现出全能性的条件：
离体（前提）
一定的营养物质（蔗糖、水和无机 机盐等）、植物激素（细胞分裂素、 生长素）。
适宜的温度、pH、无菌、光照的控 制等外界条件
试 管苗大 规模培 养
(P35)
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？
无菌技术是植物组织培养能否获 得成功的关键。原因是防止杂菌污染， 杂菌繁殖快，会和培养物争夺营养和 空间，并产生代谢废物毒害培养物。
植物激素、避光）
愈 再分化 胚状体或 伤 丛芽（具 组 （含有不同激 生根芽能 织 素的分化培养 力）
基，需光）
试管苗
移栽大田
（1）愈伤组织：
排列疏松、高度 液泡化而无定形状的 薄壁细胞。无叶绿体， 蔗糖供能，代谢类型 为异养需氧型，进行 有丝分裂。
（避光） （2）植物细胞的脱分化： 就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其 特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程， 又称去分化。实质是提高细胞的全能性过程，结 果是形成愈伤组织
生物体的每一个细胞都含有该物种 个体生长发育所需要的全套基因。.
4、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成 为不同的组织器官的原因：
细胞中的基因在特定的时间和空间条 件下选择性表达的结果。
科学家利用 菊花花瓣培 养的菊花
怎样才能由一块组织通 过培养得到一株完整植株, 应该如何操作?
二、植物组织培养技术——（无性繁殖） 1.概念：
理论基础：细胞的全能性
繁殖速度快 不受季节限制 工厂化生产 . 优点？ . .
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”。
具体内容详见P42拓展视野
生 长 素
根
芽
细胞分裂素
三、植物体细胞杂交技术：重点 理解
（3）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 分化形成胚状体或丛芽的过程。
（需光，自养需氧型）
（4）决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？
植物激素的种类和比例。
①适中：诱导愈伤组织 生长素用量 细胞分裂素用量 ②高：利于根的分化、抑制芽的形成 （胚状体） ③低：利于芽的分化、抑制根的形成 （丛芽）
2、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部 分（如茎、叶、花）也能培养成小植株吗？
因为这部分容易诱导形成愈伤组织；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。 外植体的选取：生长旺盛的幼嫩组织（全能性高、 分裂能力强、分化程度低），易诱导脱分化和再分 化。
小结：