1、克 隆 羊,克隆羊多利的产生是 属于哪一项生物工程技术？,专题2 细胞工程,细胞工程,指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞水平或细胞器水平上，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。,应用的原理和方法研究的水平研究的目的,植物细胞工程 动物细胞工程,根据操作对象的不同,可分为:,2.1.1 植物细胞工程的基本技术,植物组织培养技术,植物体细胞杂交技术,2.1 植物细胞工程,细胞的全能性,1、定义：,指已经分化的细胞，仍具有发育成完整个体的潜能。,2、原因：,生物体的任何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
2、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。,3、大小：,植物细胞的全能性,例题辨析：,下列有关细胞全能性的含义，正确的是：,A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能,B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全 部功能,C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体 的潜能,D、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、 生长、衰老、死亡的全过程,C,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,B,一、植物组织培养
3、技术,植物组织培养的概念,原理,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,根、芽,小植株,外植体,脱分化,一定的营养和激素(细胞分裂素、生长素),再分化,植物组织培养,脱分化:,再分化:,愈伤组织:,让已经分化的细胞,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.,由一团排列疏松而无规则,高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞组成.,脱分化产生的愈伤组织继续进行培养,又可以重新分化成根或芽等器官,这个过程叫做再分化.,薄壁组织细胞 具有潜在的细胞分裂能力，在一定的外界因素刺激下，它们可再生，使植物的创伤愈合或形成不定根、不定芽等。,薄壁组织细胞 具有潜在的细胞分裂能力，在一定的外界因素刺
4、激下，它们可再生，使植物的创伤愈合或形成不定根、不定芽等。,过 程,一 制备固体培养基,五 移栽,四 培养,三 接种（4）,二 胡萝卜处理与消毒（1，2，3）,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？ 植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。 造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员
5、操作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。,离体、一定的营养物质、激素、其他外界条件,必要条件：,植物组织培养,( 无菌环境、一定的温度、适合的 PH、适时光照等。),植物材料消毒,接种到诱导培养基,诱导出愈伤组织,直接诱导分化,愈伤组织接种到分化培养基上,分化出幼苗,完整植株,幼苗接种到生根培养基上,移栽到大田,愈伤组织转接到继代培养基上,得到大量的愈伤组织,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：,下列不能作为植物组织培养的材料是：,植物组织培养的培养基,定义：含有一定营养成分
6、，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 含N物质：包括维生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖 琼脂：起支持作用 生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PH值：5.06.0,1972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。,背景资料,1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄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。,二、植物体细胞杂交技术,1、定义
7、：,将不同的植物体细胞, 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。,2、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限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。,植物体细胞杂交,（1）要想让两个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？（2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？（3）如果两个来源不同的原生质体发生融合 形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做 何种处理？（4）如何将杂种细胞培育成杂种植株？,植物体细胞杂交过程示意图,融合体,杂种细胞,去壁的常用方法：,原生质体融合方法：,植物体细胞杂交过程示意图,再生细胞壁,杂种细胞,细胞分裂,愈伤组织
8、,杂种植株,返回,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,不能人工诱导原生质体融合的方法是：,A、振动 B、电刺激、 C、PEG试剂、 D、重压,3. 意义:,克服不同生物的远源杂交,所采用技术的理论基础,植物细胞工程,通常采用的技术手段,植物组织培养,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,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，所以马铃薯番茄杂交植
9、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。,2.1.2植物细胞工程的实际应用,(一) 植物繁殖的新途径 微型繁殖 作物脱毒 神奇的人工种子(二) 作物新品种的培育 单倍体育种 突变体的利用(三) 细胞产物的工厂化生产,1. 微型繁殖技术：把用于快速繁殖优良品种的植物组织培 养技术，叫做微型繁殖技术，也叫快速繁殖技术。,微型繁殖技术的特点：, 繁殖速度快； “高保真”（因为是无性繁殖）； 不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。,(一) 植物繁殖
10、的新途径,2. 作物脱毒,生产实践中遇到什么问题 ？科技人员是如何应用植物组织培养技术解决这些问题的 ？,茎尖,愈伤组织,根、芽,小植株,外植体,脱分化,植物激素：细胞分裂素、生长素,再分化,植物组织培养条件：,一定的营养物质、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。,3. 神奇的人工种子,人工种子： 以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。,诱导植物愈伤组织 体细胞胚的诱导 体细胞胚的成熟体细胞胚的机械化包裹贮藏或种植,人工种子的优点：,（1）天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变，而人工种子则可
11、以完全保持优良品种的遗传特性；天然种子生上受季节限制，一般每年只繁殖12次，有些甚至十几年才繁殖一次，而人工种子生产上不受季节的限制。（2）试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便 地贮藏和运输。,针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。,为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。,(二) 作物新品种的培育 - 单倍体育种和突变体的利用,花药,花粉细胞培养,愈伤组织,分化出小植物,单倍体植株,正常植株,(三
12、) 细胞产物的工厂化生产,工厂化生产人参皂甙的基本过程： 第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，其中一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。 第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。 第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。,发酵工程 是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括: 菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分
13、离提纯等方面 。,植物组织培养的应用：,现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。,外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或 器官 1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、 种子、花粉等） 2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上 3）切取所需的外植体 4）将外植体接种于培养容器的培养基上 整个试验在超净工作台上进行，保持 无菌！ 外植体经过一段时间在培养基上生长 后，会形成愈伤组织,1）离体的器官、组织或细胞如果不进行 脱分化处理，能否培养成完整植物体？2）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因 素是什么？,原理：病毒在植物体内通过维管束和胞间连丝传播，因此在植物体内含量不均匀，顶端分生组织带毒少，病毒含量低。 影响因素： 1、茎尖大小，茎尖越大脱毒率越低。 2、叶原基有无，有则难以脱毒。 3、病原的侵染程度越大脱毒越难。 4、培养基。,
