1、.植物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术,兰花组织培养,一、细胞工程概念,植物细胞工程和动物细胞工程,细胞整体水平或细胞器水平,细胞生物学和分子生物学,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,理论基础,植物细胞工程,植物组织培养 植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,通常采用的技术手段,一、细胞的全能性,1.定义：高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。 2.原因：P33第三段,理论上每个活细胞都应该具有全能性。,3、大小：,受精卵生殖细胞体细胞 植物细胞动物细胞,1.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
2、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,练习,2.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、细胞的基因丧失了全能性 B、基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果 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,体细胞未表现全能性的原因？,基因的选择性表达,3、有关全能性的叙述，不正确的是 A、受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高 B、生物体内细胞由于分化，全能性不能表达 C、卵细胞
3、与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高 D、植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性,C,要把一块组织通过培养得到一株完整植株, 应该如何操作呢?,请同学们阅读P34实验完成P35讨论题。,切取 形成层,无菌接种,诱导形成愈伤组织,试管苗的形成,培养室,移栽,脱分化,再分化,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？,细胞离体、一定的营养物质、激素和其他条件,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。,胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶
4、、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。,讨论,二、植物组织培养技术（全能性的体现）,1、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。,2、植物组织培养的原理：,植物细胞的全能性,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,芽、根（试管苗）,完整植株,脱分化,再分化,外植体,幼芽或幼根？,3、组织培养过程,4、植物组织培养（实现全能性必要条件）：,离体状态 有合适的营养物质、激素 外界条件（无菌操作、温度、pH、光照等）,5.优点：,繁殖速度快 不受季节限制 幼苗无毒 保持优良性
5、状,若用“ ”表示植物组织培养的过程。请回答： （1表示 ，能被培养成为的根本原因是（2） 表示 ，其细胞特点是 薄壁细胞。,脱分化,再分化,离体的植物组织器官、组织或细胞,植物细胞具有全能性,具有分生能力的,愈伤组织,反馈练习,1.下列属于组织培养的是：（ ） A.花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条 C.根尖分生区发育成成熟区 D.未受精的卵发育成动物,A,2.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 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素,C,3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（ ） A.具有完整细胞
6、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,C,C,4、下列有关全能性的表述中，不正确的是( ).理论上，生物体的每个细胞都含有该生物的全套基因，具有全能性.植物细胞虽然具有全能性，但并不是所有的细胞都能表达全能性.植物细胞只有生长点细胞具有全能性，而其他部位细胞没有全能性.植物细胞的全能性较高，而动物细胞的全能性较低,5、组织培养过程中，愈伤组织能形成幼苗的过程属于A.分化 B.脱分化 C.再分化 D.分裂,C,6、在植物组织培养过程中，愈伤组织的形成和形态发生是十分关键的一步。而这除需要必备的营养和一些刺激因素外，还需要有起诱导作用的物质，它们是( )A.铜、锌等微
7、量元素 B.细胞分裂素和生长素C.蔗糖和葡萄糖 D.维生素和氨基酸,B,7、甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的A.有丝分裂 B.分化 C.减数分裂 D.全能性,C,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
8、代，获得了有价值的 新品系或育种上有用的新材料。,背景资料,1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？ 2有没有一种温和的去壁方法呢？ 3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？ 4如何将杂种细胞培育成杂种植株？,请思考：,杂种植株,融合的原生质体AB,再生壁,脱分化,愈伤组织,再分化,1、植物体细胞杂交的过程,植物细胞的融合,植物组织培养,植物细胞A,植物细胞B,原生质体B,原生质体A,杂种细胞AB,去掉细胞壁,去掉细胞壁,人 工 诱 导,融合完成的标志,去壁的常用方法：,原生质体融合方法：,1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是
9、什么？ 2有没有一种温和的去壁方法呢？ 3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？ 4如何将杂种细胞培育成杂种植株？,请思考：,酶解法,流动性,在实际操作中，细胞A、B融合后的 一定是杂种细胞吗？,AA、BB、AB ,须筛选出AB,三、植物体细胞杂交,定义：,用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。（无性繁殖）,筛选和组织培养,植物细胞A和植物细胞B杂交时，产生了AB和AA、BB型3种类型的融合细胞,物理法（离心、振动、电激等）、化学法（聚乙二醇）,用纤维素酶、果胶酶分解细胞壁（酶解法）,1、植物体细胞杂交的过程,制备原生质体,诱导原生
10、质体的融合,三、植物体细胞杂交技术,植物体细胞杂交技术包括两大过程：植物细胞融合、植物组织培养,2、植物体细胞杂交技术的概念,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、植物体细胞杂交技术的原理,细胞膜的流动性、细胞的全能性,4、细胞融合成功的标志：,杂种细胞产生新的细胞壁,5、植物体细胞杂交技术完成的标志：,获得杂种植株,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,6、意义,克服不同生物远缘杂交的障碍，培育出自然界没有的新品种。,7、成果,成功培育出白菜甘蓝等新品种，并在生产上有较高应用价值。,1、若番茄体细胞中染色体组成为AA，马铃薯体细胞中染色体组成为BB，则杂
11、种细胞中染色体组成是怎样的？2.将若干番茄和马铃薯的原生质体混合，用聚乙二醇处理后，转移到培养基上培养，使原生质体再生出细胞壁。这时在培养基上的细胞类型有（ ） 番茄细胞 马铃薯细胞 番茄马铃薯细胞 番茄番茄细胞 马铃薯马铃薯细胞 A. B. C. D.,（AABB）,D,3.如图植物体细胞杂交过程示意图。 1）步骤是 ，最常用的方法是 处理。 2）步骤常用化学试剂是 ，其作用是 。 3）在杂种细胞培育成杂种植株过程中，运用的技术手段是 ，步骤是 ，步骤是 。 4）若亲本A和亲本B都是二倍体，则杂种植株为 倍体。,除去细胞壁,聚乙二醇,纤维素酶和果胶酶,诱导原生质体融合,植物组织培养,脱分化,
12、再分化,四,选择：,1、植物体细胞杂交的过程实质是（ ） A、细胞质融合的过程 B、细胞核融合的过程 C、细胞膜融合的过程 D、细胞原生质体融合的过程,D,2、在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器（ ） A、叶绿体、高尔基体 B、线粒体、高尔基体 C、叶绿体、线粒体 D、线粒体、内质网,B,3.基因型为AaBb的水稻（24条染色体）的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下培养形成试管苗。 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中，必须从培养基中获得 和小分子有机物等营养物质。 要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有和_两
13、类激素。,水、无机盐,细胞分裂素,生长素,组织培养技术不能直接用于（ ） A、快速繁殖 B、培育无病毒植株 C、植物产品的工厂化生产 D、培养抗病菌植株 用组织培养技术繁殖植物体时，不可能发生的是（ ） A、基因重组 B、基因突变 C、染色体变异 D、染色体分离,D,A,无性生殖,有性生殖,问题,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
14、植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。,植物细胞工程的实际应用,一、繁殖植物的新途径 微型育种 作物脱毒 人工种子 二、育种新方法 单倍体育种 诱导突变体 三、细胞产物的工厂化生产,概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术（也叫快速繁殖技术） 原理：植物细胞的全能性 优点：,（一）.微型繁殖,1）保持优良品种的遗传特性 2）高效快速地实现种苗的大量繁殖,产业化育苗,（二）.作物脱毒,脱毒原因： 病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差 分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极少,作物脱毒的材料:作物脱毒的方法:作物脱毒的结果:,分生区（如茎尖）的细胞,茎尖组织培养技术,脱毒苗,脱
15、毒原因：,（二）.作物脱毒,甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（ ）A.有丝分裂 B.分化 C.减数分裂 D.全能性,自然种子,1、天然种子的局限,（三）.人工种子,通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。,2、人工种子定义,3.技术：,植物组织培养,优点：,4、人工种子结构组成,胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮,人工种皮的有效成分？,教材P40讨论：针对植物种类和土
16、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。,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,胚状体（或不定芽、顶芽等）,人工种子,脱分化,再分化,包裹人工种皮,原理：细胞全能性,优点：,培植周期短 后代无性状分离 不受气候,季节和地域限制 可以很方便地贮藏和运输,下图为一人工种子。下列与人工种子培育过程的有关叙述中不正确的是 （ ） A人工种子一般是用离体的植物细胞通过组织培养技术获得 B胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性 C同一批次人工种子可以保证
17、具有相同的基因型 D胚状体是由未分化的，具有分裂能力细胞构成,二、作物新品种的培育,复习: 1、传统育种方法,原理:基因重组,杂交育种,结果: 通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中 缺点:要不断进行(多年)纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种,1.单倍体定义：2.单倍体例子：,二 作物新品种的培育,（一）单倍体育种,体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体,蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单倍体 多数植物都可通过花药或花粉来获得单倍体,花药离体培养,亲本植株花药,单倍体植株,秋水仙素处理,纯合子植株,4.单倍体育种的原理:,染色体（数目）变异,3.单倍体育种的过程：,染色体加
18、倍,花药,接种,脱分化,愈伤 组织,分化出 小植物,再分化,单倍体 植株,移栽,正常 植株,染色体加倍,花粉细胞培养,秋水仙素处理,5.优点 后代都是纯合子，能稳定遗传 明显缩短育种年限，加速育种进程,（二）突变体的利用,1.产生:植物组织培养过程中产生突变 2.利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种,突变,优点：育种原理：,能够产生新性状,3.细胞产物的工厂化生产,(1)种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等. (2)技术:植物的组织培养.,红豆杉,愈伤组织的形成,愈伤组织：在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列疏松、无规则、高度液泡化的无定形的薄壁细胞）
19、。,脱分化：已分化的细胞，经诱导后，失去其特有的结构和功能，转化成未分化细胞状态。又称去分化。,脱分化的实质和结果分别是什么？,实质是恢复细胞的全能性过程。 结果是形成愈伤组织。,再分化：脱分化产生的愈伤组织，重新分化根 或芽等器官的过程。,1、植物的微型繁殖技术是指 （ ）A植物体细胞杂交技术 B嫁接C营养繁殖 D植物组织培养,课堂演练,2、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是 A彼此性状相似 B变异频率较高C单倍体 D都是纯合子,3用植物组织培养技术，可以培养或生产A食品添加剂 B无病毒植物 C. 人工种子 D前三项都是
20、,4下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是 （ ）A花药离体培养得到单倍体植株B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株 C人工种子的培育 D“番茄马铃薯”杂种植株的培育过程,5、人参皂苷干粉可以通过下列何种技术获得A杂交育种 B植物细胞培养 C多倍体育种 D单倍体育种 6、对人工种子正确的解释是 A通过科学手段人工合成的种子 B利用植物组织培养技术获得的种子 C种皮能自我生成的种子 D人工种子发芽率低,下列有关植物体细胞杂交的叙述，正确的是 用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞 植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物 植物体细胞杂交技术可以
21、克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍 A、 B、 C、 D、,5.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的A.有丝分裂 B.分化 C.减数分裂 D.全能性,1、要促进细胞分裂、生长，培养基中应有 _和_ 2、此过程依据的原理是_ A、B阶段主要进行的分裂方式是_ B 阶段除了细胞分裂外，还进行细胞_等 3、此过程要无菌操作，主要是指对_ _进行灭菌、消毒。B过程需要光照，原因是_,韧皮部细胞,A,B,营养物质,激素,植物细胞的全能性,有丝分裂,分化,培养基,器
22、械,细胞中叶绿素的合成需要光照条件,4、试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞有叶绿素，这是基因_的结果,选择性表达,A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如右图所示（仅 显示细胞核），将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过 组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是（ ） A二倍体；基因型是DdYyRr B三倍体；基因型是DdYyRr C四倍体；基因型是DdYyRr D四倍体；基因型是DDddYY yyRRrr,（一） 思考与探究,1.通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。,提示：a. 拯救濒危植物；b. 提供食品制作
23、的原料；c. 利用愈伤组织进行转基因操作。,2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。,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,3.请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。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,接种,脱分化,再分化,移栽,染色体加倍,思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？,基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。,
