植物细胞工程-克隆的技术
植物克隆
细胞培养
指以单个游离细胞为外植体的离体 无菌培养。
原生质体培养
为什么要加较高 渗透压的甘露醇?
愈伤 组织 胚状体
植物 细胞
0.5~0.6mol/L的甘露醇 (较高渗透压) 球型的 纤维素酶、果胶酶 原生质体
植 株
原生质体：植 防止原生质体吸水胀破 物细胞除去壁 后的部分
植物细胞工程
是指借助基因工程的方法，将外DNA导入受 体细胞中，或通过细胞融合等方法将不同来源的 遗传物质重新组合，再将这些转基因细胞或重组 细胞通过细胞培养获得具有特定性状的新植株。 植物细胞工程意义在于克服了植物远缘杂交不亲 和的障碍，为植物育种开辟了新的前景。
长期培养中细胞全能性下降的原因
• • • • • • 染色体畸变 遗传物质的改变 细胞核变异 非整倍体的产生 激素平衡被打破 生长 对外源生长物质的敏感性发生改变 发育 条件 的改 其他原因
变
要获得植物克隆的成功，需要怎么办？
1、探讨特定植物细胞全能性表达的条件
2、选择性状优良、细胞全能性表达充分的基因型
PH值：5.0－6.0
促生根 促生芽
蔗糖比葡萄糖便宜 植物体内有蔗糖转化酶，可以吸收和利用蔗糖；
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。 植物细胞工程和基因工程相结合：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。
• 36．回答下列有关植物组织培养的问题。
• （1）用于植物组织培养的植物材料称为＿＿＿＿。 （2）组织培养中的细胞，从分化状态转变为未分化状态的过程称为＿ ＿＿＿。 • （3）在再分化阶段所用培养基中，含有植物激素X和植物激素Y。逐 渐改变培养基中这两种植物激素的浓度比，未分化细胞群的变化情况 如下图所示。据图指出两种激素的不同浓度比与形成芽、根、愈伤组 织的关系：
植物细胞工程课件第三章细胞克隆与种子细胞筛选
克隆筛选
通过特定的筛选方法，从培养 基中筛选出具有优良性状的克 隆细胞。
选取植物组织
从健康的植物中选择适当的组 织或器官，如根、茎、叶等。
细胞培养
将分离出的细胞放置在适宜的 培养基中进行培养，促进细胞 分裂和增殖。
克隆扩增
对筛选出的克隆细胞进行扩增 ，获得大量具有相同遗传背景 的细胞系。
植物细胞工程课件第 三章细胞克隆与种子 细胞筛选
• 细胞克隆技术概述 • 植物细胞克隆技术 • 种子细胞筛选技术 • 植物细胞工程的前景与展望
目录
01
细胞克隆技术概述
细胞克隆的定义
细胞克隆是指从一个单一的细胞经过分裂、生长和发育，形成与原细胞遗传物质 完全相同的细胞或生物体的过程。
细胞克隆技术是通过人工操作，将一个单一的细胞分离出来，在适当的培养条件 下使其分裂、生长和发育，最终形成与原细胞遗传物质完全相同的细胞或生物体 的技术。
细胞克隆技术的发展历程
1970年代
科学家首次成功将动物细胞克隆 出来，标志着动物细胞克隆技术
的诞生。
1990年代
科学家成功克隆出哺乳动物，如多 莉羊、恒河猴等，标志着哺乳动物 克隆技术的突破。
2000年代
科学家开始尝试将植物细胞克隆技 术应用于农业生产，如转基因植物 的培育、植物种质资源的保存等。
分离等。
植物的细胞系，有利于进行遗传 分析和品种改良；可以通过基因工程技术，对克隆细胞进行 遗传改造，提高其优良性状；可以用于保护濒危植物物种和 繁殖难以通过常规方法繁殖的植物。
缺点
技术难度较高，需要专业人员操作；培养基和试剂成本较高 ；培养过程中可能存在污染和变异等问题。
生物能源开发
植物细胞工程技术原理
植物细胞工程技术原理首先，基因克隆是指通过从植物或其他生物中提取目标基因，并将其插入到载体中进行复制和扩大。
这一步骤常用的技术包括PCR、限制性酶切、连接和转化等。
首先，PCR技术通过特定引物扩增所需的基因序列。
然后，采用限制性酶切将PCR产物和目标载体切割成互补的粘性末端，以便后续的连接。
连接反应通常通过DNA连接酶将目标基因和载体DNA连接在一起。
最后，转化是将连接好的反应转化到细胞中进行繁殖。
然后，基因转化是将前一步中克隆好的基因导入到植物细胞中，使其取得其中一个细胞的遗传特征。
基因转化的方法主要有物理法、化学法和生物法。
物理法通常采用基于微弱电脉冲、金粒轰击或激光微束等原理来推动基因进入植物细胞，使其在被击中细胞的细胞壁和细胞膜上产生小孔，使目标基因能够进入细胞。
化学法主要利用高浓度的盐溶液、液氮或高温酶法等物质，通过改变细胞壁和膜的特性，使目标基因能够进入细胞。
生物法则通过植物病毒、细菌或其他生物载体将目标基因传递给宿主植物细胞。
最后，基因表达是指将成功转化的细胞，在适当的条件下使融入的基因表达出来，并产生特定的功能。
这一步骤通常需要通过转录因子、启动子和RNA干扰等遗传调控技术来调控基因的表达。
转录因子是DNA结合蛋白，能够与DNA特定序列结合并激活或抑制基因的转录。
启动子是调控基因表达的DNA序列，可使基因在特定条件下开始转录。
RNA干扰是一种通过在细胞中导入双链RNA分子的方法来选择性地抑制基因表达的技术。
总结起来，植物细胞工程技术是通过基因克隆、基因转化和基因表达等步骤，将目标基因导入到植物细胞中，并使其在适当的条件下表达出特定功能。
这一技术的成功应用可以帮助改良农作物的抗逆性、增加产量、提高品质等，对于现代农业的发展具有重要意义。
高二生物 植物细胞工程(植物克隆技术)
植物细胞工程（植物克隆技术）【学习目标】1、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。
2、体验植物组织培养技术。
3、列举植物细胞工程的实际应用。
【要点梳理】要点一：克隆——无性繁殖系 【高清课堂：植物细胞工程（植物克隆技术）369167 克隆 】1.分子水平的克隆: DNA 复制 很多碱基序列相同的DNA2.细胞水平的克隆细胞 细胞分裂 很多遗传物质相同的细胞3.个体水平的克隆组织、器官 细胞分裂 遗传背景相同的新个体要点二：植物细胞工程的基本技术1.细胞的全能性（1）遗传基础生物体细胞一般都是由受精卵经有丝分裂形成的，因而都含有生物体的一整套遗传物质，都具有发育成完整个体的潜能。
（2）不能表现的原因在生物体上不能表现出其全能性，只能通过细胞分化形成不同的组织、器官，这是因为在特定的环境、激素等的影响下基因选择性表达的结果。
2.植物细胞表现其全能性的条件（1）脱离母体。
（2）植物组织培养时，培养基中除含有一定的水分、无机盐外，还要添加一定的植物激素（如生长素、细胞分裂素），这有助于愈伤组织分化为不同组织和器官。
（3）在植物组织培养的前期对光照无需求，在后期需要光照条件，这有利于细胞生长、分化。
3．植物组织培养（1）过程：在无菌条件下，将植物体的器官或组织片段（如芽、根尖或花药）切下来，放在适当的人工培养基上进行离体培养，这些器官或组织就会进行细胞分裂，形成新的组织。
这种组织的细胞排列疏松而无规则，是一团无定形的薄壁细胞——愈伤组织。
原来已经分化，并且具有一定功能的体细胞（或性细胞），丧失了原有的结构和功能，又重新恢复了分裂功能，叫做细胞的脱分化。
将处于脱分化状态的愈伤组织，移植到合适的培养基上继续培养（在适当的光照、温度等条件下）愈伤组织就会重新进行分化，产生出植物的各种组织和器官（如根、茎、叶等），进而发育成一棵完整的植株，这个过程叫做植物细胞的再分化。
植物组织培养的过程可概括如下：外植体（离体的植物器官、组织或细胞）−−−−→脱分化愈伤组织−−−−→再分化根、芽—→植物体。
植物体细胞克隆技术
体细胞克隆技术细胞核移植：就是将供体细胞核移入除去核的卵母细胞中，使后者不经过精子穿透等有性过程即无性繁殖即可被激活、分裂并发育成新个体，使得核供体的基因得到完全复制。
以供体核的来源不同可分为胚细胞核移植与体细胞核移植两种。
（核移植全属于无性生殖）体细胞核移植(somatic cell nuclear transplantation)技术又称体细胞克隆，它是把分化程度较高的体细胞移入去核卵母细胞中，构建重构卵或重构胚并使之发育为成体的生物技术。
它与胚胎克隆技术相比，有两大优点:第一，同一遗传性状供体核的数量可无限获得；第二，第二，可通过对供体细胞的遗传改造加速新性状和优良性状的筛选且胚胎移植为有性生殖，而体细胞核移植（即克隆技术）为无性生殖细胞核移植细胞核移植，就是将一个细胞核用显微注射的方法放进另一个细胞里去。
机理：供体细胞移入卵母细胞后，在卵母细胞相关因子的作用下，发生了核重编程使其恢复到发育的起点状态。
（即在卵母细胞的某些因子诱导下使高度分化的体细胞能够能够再次具有分化的潜能，其状态就像是卵子受精后的细胞核一样，可以让这个“重组细胞“像受精卵一样发育成一个完成个体。
）核重编程的过程是使在体细胞中被关闭而在正常胚胎发育中表达的基因重新被激活的过程（因为体细胞虽然有全能型，但是已经高度分化了，有的基因已经表达，而有的没有，于是在卵母细胞中能使其全能性得到充分表达。
）总体程序（解说图示，如此图与课件上的不同，在核供体细胞准备后还应该有一个细胞周期的调控阶段）————————将此表与下列课件上的图比较下解释。
克隆羊多利（世界上第一个无性生殖产生的动物）的诞生：步骤一从一只6岁芬兰多塞特白面母绵羊（姑且称为A）的乳腺中乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止分裂，此细胞称之为“供体细胞”；步骤二从一头苏格兰黑面母绵羊（B）的卵巢中取出未受精的卵细胞，并立即将细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为“受体细胞”；步骤三（重点与上图区分，是将体细胞注入受体细胞而不是把体细胞核注入受体细胞，其原因是？理论上来说把细胞核注入到去核卵母细胞中才叫细胞核移植，但实际操作起来比较难。
克隆技术在植物繁殖中的应用
克隆技术在植物繁殖中的应用克隆技术作为一种现代生物技术手段，已经广泛应用于植物繁殖领域。
它的应用不仅可以提高植物繁殖效率，还能够保留优良品种，加快新品种培育进程，并在植物遗传改良、遗传纯化和资源保护等方面发挥重要作用。
一、克隆技术的基本原理克隆技术是指通过利用植物体内的一部分细胞，经过体细胞核移植或细胞分裂等方法，产生与亲本相同的后代植株。
其基本原理是将亲本的染色体组合信息保留下来传递给后代，实现植物繁殖的无性方式。
这种无性繁殖方式可以使新植株和亲本完全一样，具有与亲本相同的遗传特性。
二、克隆技术在植物遗传改良中的应用1. 优良品种的保留：通过克隆技术可以将某个优良的植株进行繁殖，以保留它们的优良性状。
例如，在苹果栽培中，利用克隆技术可以快速繁殖出某个具有抗病性的优良种质，保持其优良特性，提高品种的传承率和产量。
2. 遗传纯化：有些植物品种在繁殖过程中会出现杂种化的问题，利用克隆技术可以解决这个问题。
通过克隆手段，可以保留品种的纯种性，避免杂种繁殖导致的遗传变异，提高新品种的稳定性和遗传纯度。
三、克隆技术在新品种培育中的应用1. 快速育种：利用克隆技术可以加快新品种培育的进程。
传统育种方法需要经过多年的世代交替和选择，耗时较长。
而通过克隆技术，可以直接复制出具有优良性状的植株，并大规模繁殖，从而缩短新品种培育的时间。
2. 高效利用杂交优势：克隆技术可以帮助利用杂交优势。
通过克隆繁殖，可以复制保留跨越亲本优势的杂交后代，从而提高杂交育种的效果。
例如，在米栽培中，利用克隆技术可以复制保留混合种的表型优势，提高产量和抗性。
四、克隆技术在资源保护中的应用1. 稀有濒危植物的保护：克隆技术可以帮助保护稀有濒危植物。
一些珍稀植物由于生长环境恶劣或数量稀少，难以通过传统种植方法进行保护。
利用克隆技术，可以对这些植物进行繁殖和保存，从而保护它们的基因资源。
2. 遗传资源的长期保存：克隆技术可以延长遗传资源的保存期限。
选修3专题2细胞工程克隆技术ppt课件
是能分泌所需抗体的细胞(很多种杂交瘤细胞)，需经克隆化培养和抗
体检测，经筛选后才可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。
菜 单 隐藏
高考总复习 生物
固考基
双基
优化
析考点
2．(2014年辽宁五校摸底)回答下列有关动物细胞培养的问题：
核心
探究
(1) 在 动 物 细 胞 培 养 过 程 中 ， 当 贴 壁 细 胞 分 裂 生 长 到 细 胞 表 面
提素能
高效 训练
(2)细胞融合后需经两次筛选
①第一次：在特定的选择性培养基上，未融合的亲本细胞(B淋巴
细胞和骨髓瘤细胞)和融合的具有同种核的细胞(B淋巴－B淋巴融合细
胞、骨髓瘤－骨髓瘤融合细胞)都会死亡，只有融合的杂种细胞(杂交
瘤细胞)才能生长。这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖，又能产
生单一的特异性抗体。②第二次：经选择性培养的杂交瘤细胞并非都
的技术手段。 (2)原理：细胞增殖 。
(3)过程
菜 单 隐藏
高考总复习 生物
固考基 双基 优化
析考点 核心 探究
(4)培养条件
研考向
解题
①无菌、无毒：通常在培养液中添加一定量的 抗生素 ，以防培
悟法
提素能 高效
养过程中的污染。此外，定期
更换培养液 ，以便清除代谢产物，
训练
防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
农药、抗生素、有益菌等。
⑤用人工种子播种可以节约粮食。
⑥人工种子可以进行工业化生产，提高农业的自动化程度。
菜 单 隐藏
高考总复习 生物
固考基
双基
优化
1．(2014年临沂模拟)据下面植物体细胞杂交技术流程图回答相
克隆生物学技术在植物工程中的应用研究
克隆生物学技术在植物工程中的应用研究随着科学技术的进步，克隆生物学技术也逐渐成为研究生命科学领域的重要手段之一。
在植物工程中，克隆生物学技术的应用也得到了广泛关注和研究。
本文将从三个方面讨论克隆生物学技术在植物工程中的应用研究。
一、基因克隆技术的应用基因克隆技术是指利用克隆向量将外源基因导入细胞，并使其在细胞内进行自复制与表达。
在植物工程中，基因克隆技术被广泛应用于导入抗病、抗虫、抗逆等优异基因，以及改良作物的品质与营养价值。
例如，广泛种植的转基因植物往往利用基因克隆技术将抗虫、抗草害等基因导入植物细胞。
这种方法可使植物具有更强的抗虫、抗草害能力，从而增加其产量和抗病能力，而不必增加化学药品的投入量。
此外，基因克隆技术在农业中也有广泛的应用。
例如，利用克隆技术解析产量、品质优异的作物基因，以此向作物中导入这些优异基因，从而优化作物品质和提高产量。
二、基因编辑技术的应用基因编辑技术是指利用RNA导向的CRISPR-Cas系统等，精确地编辑目标基因的序列，实现对基因信息的精准调控。
基因编辑技术可以使植物产生更好的表型和适应环境的特征，同时避免传统育种较慢的缺陷，可以较大提高作物的生长速度和适应性。
例如，基因编辑技术可以用于植物的抗病性状调节。
目前已有多项研究表明，基因编辑技术可以帮助植物生成更强的抗病基因，以应对病原体和介入环境对植物的影响。
三、植物细胞克隆技术的应用植物细胞克隆技术是指将细胞进行体外培养、体系控制、同一株系的先后代群体的生成。
植物细胞克隆技术的应用非常广泛，不仅可以为传统繁殖系统提供众多的可能，而且可以在多数脱离父亲母亲无法繁殖的情况下重组、再生植物。
植物细胞克隆技术的应用除了基本的繁殖过程外，它还可以帮助提高植物的花香、花色、花型等和提高植物的种类、性质，从而进一步提高植物的生产效率和品质。
总之，克隆生物学技术在植物工程中的应用研究是一个具有很高的发展潜力的领域。
通过基因克隆技术、基因编辑技术以及植物细胞克隆技术的研究，我们可以采取一系列有效的方法和手段来研发高品质、高效益的植物品种，为推动农业生产、食品加工、生物医学等领域提供更加可靠的技术保障。
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植物组织培养的程序
①培养基的配制
培养基的组成：营养物质+植物生长调节剂+0.7%~1% 琼脂，在灭菌试管中凝固成半固体。
配制好的培养基在灭菌锅进行高压蒸汽灭菌。
②外植体的切取和消毒
镊子和解剖刀
外植体：离体的植物器官、组织、细胞或原生质体。
③外植体的接种和培养
愈伤组织
愈伤组织：一种由相对没有分化的活的薄壁细胞团组 成的新生组织。
例题：（2010·金华模拟）下列有关植物体细胞杂交的 叙述，不正确的是（ ）
A. 用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 B. 诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞 C. 植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物 D. 植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不 亲和的障碍
例题：（2011·上海）下列关于植物组织培养的表述，错 误的是（ ） A. 外植体可以来自于植物的任何细胞 B. 培养应在无菌条件下进行 C. 以花粉作为外植体可得到单倍体植株 D. 不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同
脱分化
植物细胞 B 原生质体 B
再分化
得到杂种植株
产生愈伤组织
原生质体融合
植物组织培养
①酶解法去除细胞壁，获得原生质体。 ②人工诱导原生质体融合，得到杂种细胞。 ③杂种细胞经组织培养，得到杂种植株。
去壁
杂 种 植 株
原生质 体融合
再生出 细胞壁
杂种细胞
再分化
脱分化
什么是植物细胞工程
植物细胞工程：培养植物细胞（包括原生质体），借 助基因工程的方法，将外源遗传物质（DNA）导入受 体细胞（包括原生质体受体）中，或通过细胞融合， 显微注射等将不同来源的遗传物质重新组合，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 定性状的新植株。
特点：①失去特有的结构和功能。②细胞排列疏松而 无规则。③高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。
脱分化 VS 再分化
避 光
需要光照 脱分化：由外植体进行培养形成愈伤组织的过程。 再分化：由愈伤组织进行培养形成根和芽的过程。
超净台
怎样无菌操作
①外植体消毒。②超净台灭菌。 ③双手消毒。④接种器械灼烧灭菌。
特别注意：①适量的生长素和细胞分裂素配比可以诱 导芽的分化。②适量的吲哚乙酸及适当减除其他某些 激素可以诱导生根。
例题：下列有关植物组织培养过程中细胞脱分化的说法， 不正确的是（ ） A. 已经分化的细胞失去特有的结构和功能而转变成未分化 的细胞的过程 B. 已经分化的细胞转变为具有分生能力的薄壁细胞，进而 形成植物愈伤组织的过程 C. 离体的植物组织在一定的条件下分化出根和芽的过程 D. 离体的植物组织在脱分化形成愈伤组织的过程中必须经 过有关激素的诱导
细胞膜的流动性
人工诱导原生质体融合：①物理法：离心、振动、电 刺激。②化学法：聚乙二醇（PEG）。
植物体细胞杂交
植物体细胞杂交：①将两种不同植物的体细胞融合成一个 杂种细胞。②通过组织培养将杂种细胞培育成新的植物体。
植物细胞 A 原生质体 A
杂种细胞
去 掉
原生质 体融合
再生出 细胞壁
细
胞 壁
AA或BB或AB
灭菌室
配培养基室
洗涤室
走廊
接种室
药品室
培养室
愈伤组织
完整植株
诱导芽和根的分化
④移栽锻炼（炼苗）
草炭土
日光温室或塑料大棚
在培养室里大规模培养
炼苗
途径1：外植体→愈伤组织→丛芽
脱分化 MS 培养基
（外植体）
再分化 发芽培养基
生根培养基
调节营养物质和生长调节剂的适当配比。
途径2：外植体→愈伤组织→胚状体
例题：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（ ） 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
植物细胞表现全能性的条件：①离体。②适当的营养 物质。 ③ 适当配比的植物生长调节剂。 ④ 适宜的外 界条件：无菌、温度、pH、光照。
再分化
脱分化
胚状体
胚状体：愈伤组织通过液体悬浮培养可以分散成单细 胞（胚性细胞），再分化而发育成胚状体。
完整植株
胚状体
愈伤组织
外植体
胚性细胞：细胞质丰富，液泡小而细胞核大。
原生质体培养
球形的原生质体
获得原生质体：在0.5~0.6 mol/L的甘露醇溶液（较高渗透压） 下用纤维素酶和果胶酶处理，将细胞壁去除。
第二章 克隆技术
第二节：植物的克隆
什么是克隆
克隆：从一个共同的祖先，通过无性繁殖的方法产生出 来的一群遗传特性相同的 DNA 分子、细胞或个体。
载体
基 因 克 隆
目的基因 DNA 重组
重组 DNA
转化
宿主细胞
筛选、扩增 克隆
草履虫的分裂生殖
个体克隆 马铃薯
营养生殖
自然界的许多生物都具有先天的无性繁殖的能力。
外植体
完整 植物组织培养
植株 生根发芽
原因：每个细胞含有全套基因
植物细胞全能性：植物体的每个生活细胞都具有遗传 上的全能性，因而具有发育成完整植株的潜能。
植物细胞全能性的体现
回归教材，重在理解：
①不同种类植物或同种植物的不同基因型个体之间遗传性 的差异，细胞全能性的表达程度大不相同。 ②在长期培养中，培养物的胚胎发生和器官形成能力下降 的可能原因有：染色体畸变、细胞核变异、非整倍体产生、 细胞或组织中激素平衡被打破、对外源生长物质的敏感性 发生改变、产生了缺乏成胚性的细胞系。
例题：植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导 的植物激素分别是（ ） ①细胞的全能性 ②离体植物器官、组织或细胞 ③根、芽 ④生长素和细胞分裂素 ⑤生长素和乙烯 ⑥愈伤组织⑦再分 化 ⑧脱分化 ⑨植物体 A．①、②⑧⑥⑦③⑨、④ B．①、②⑦⑥⑧③⑨、⑤ C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤ D．①、②⑨⑧⑥⑦③、④
ห้องสมุดไป่ตู้
①试管苗的快速繁殖
优点：可保持亲本的优良性状，不受自然季节、气候 等条件的限制，可以实现工厂化生产。
②培育无病毒植株
取茎尖或根尖细胞（含病毒极少，甚至无病毒）。
③单倍体育种、转基因植物的培育
④细胞产物的工厂化生产
⑤制备人工种子
优点：人工种子解决农作物繁殖能力差、结子困难、发芽 率低等问题。