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第2章 第1节
植物细胞工程
指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法,通过细胞器、细胞或组织水平上的操作,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
{69012ECD-51FC-41F1-AA8D-1B2483CD663E}原理和方法
操作水平
目的
分类
细胞生物学、分子生物学和发育生物学
获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
概念
细胞工程
细胞器、细胞或组织
植物细胞工程和动物细胞工程
？
【科学资料】
人工栽培的植物，无论是绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多都是通过种子播种或枝条扦插实现繁殖的。其实在一定的条件下，利用它们的一片叶子、一瓣花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，同样可以繁殖出新的植株。
植物细胞具有全能性
叶子
花瓣
花粉
细胞
植物体
1.概念：
细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
细胞全能性的原因：
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。
2．生长发育过程中细胞没有表现全能性的原因
3、体现细胞全能性的标志：
细胞→完整个体或其他各种细胞
实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株
实例:芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。
01
细胞的全能性
在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会　　 　　　。
选择性地表达
植物细胞工程的理论基础
细胞全能性大小的比较：
①受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞>体细胞
②植物细胞>动物细胞
③体细胞：分化程度低>分化程度高
随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。
1.概念：
指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
3.过程：
移栽成活
2.原理：
植物细胞的全能性
外植体
02
植物组织培养技术
在__________________等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为______________，进而形成__________的过程。
一定的激素和营养
未分化的细胞
愈伤组织
相关概念
脱分化：
不定形的薄壁组织团块
愈伤组织：
再分化：
愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
1.实验原理
①植物细胞一般具有全能性；
②在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化形成愈伤组织，将愈伤组织接种到含有特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株。
③植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。
{69012ECD-51FC-41F1-AA8D-1B2483CD663E}生长素/细胞分裂素
结果
高(＞1)
低(＜1)
适中(=1)
有利于根的分化，抑制芽的形成
有利于芽的分化，抑制根的形成
促进愈伤组织的形成
菊花的组织培养
探究?实践
将流水充分冲洗后的外植体（幼嫩的茎段）
酒精消毒30s
无菌水清洗2～3次
次氯酸钠溶液处理30min
无菌水清洗2～3次
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
外植体的消毒
外植体的切段
将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。
菊花的组织培养
探究?实践
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！
接种外植体
菊花的组织培养
探究?实践
培养基成分及培养条件：
激素比例1：1、提供有机碳源（蔗糖）、置于黑暗
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
诱导愈伤组织
菊花的组织培养
探究?实践
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
诱导生芽生根
注意：先诱导生芽，再诱导生根！
生芽培养基：
生根培养基：
细胞分裂素比例多、营养、需光照
生长素比例多、营养、需光照
移栽
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。
菊花的组织培养
探究?实践
1.概念：
3.过程：
指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
2.原理：
植物细胞的全能性
02
植物组织培养技术
芽、根
植物体
脱分化
再分化
遮光
一定的光照
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
愈伤组织
离体的植物器官、
组织或细胞（外植体）
4.培养条件：
①无菌
外植体
②营养物质
③适宜环境条件（温度、PH、光等）
④植物激素：细胞分裂素 生长素
进一步探究
若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
① 空白对照：不加任何激素
② 实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1
③ 实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1
④ 实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1
探究?实践
菊花的组织培养
使用比例
实验结果
生长素
细胞分裂素
>
生长素
细胞分裂素
<
生长素
细胞分裂素
＝
有利于根的分化
有利于芽的分化
促进愈伤组织生长
(1)棉花根尖细胞经诱导形成幼苗体现了细胞的全能性( )
(2)植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出全能性。( )
(3)愈伤组织是外植体经脱分化和再分化后形成的( )
(4)在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化( )
√
×
×
【基础过关】
×
1.下图表示植物组织培养的一般过程。下列相关说法错误的是(　 　)
A.过程a指的是脱分化，过程c指的是再分化
B.此技术依据的原理是植物细胞的全能性
C.b d的过程不需要光照
D.生长素含量高时，有利于根的形成
C
【课堂检测】
离体的植物器官、组织或细胞
a
b
c
d
完整的植物体
2、植物组织培养依据的原理、方法步骤及常用的植物激素分别是(　 　)
①细胞的全能性②离体的植物器官、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植株
A.①，②⑦⑥⑧③⑨，④
B.①，②⑧⑥⑦③⑨，④
C.①，⑥②⑨⑧③⑦，⑤
D.①，②⑨⑧⑥⑦③，⑤
?
B
【课堂检测】
利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离
思考：欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？
植物体细杂交的过程：
A细胞
B细胞
纤维素酶果胶酶
1.去壁：
酶解法
正在融合的原生质体
再生出细胞壁
2.融合
物理法：
化学法：
电融合法、离心法
聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+ —高PH融合法等
脱分化
再分化
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
杂种植株
愈伤组织
A原生质体
B原生质体
移栽后的植株
03
植物体细胞杂交技术
1. 概念：
指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
4.两个标志
（1）植物细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁
（2）植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
5.意义：
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
03
植物体细胞杂交技术
2.融合实例:
3.原理：
细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
主要原因是∶生物体内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"番茄—马铃薯"杂种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相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。
"番茄—马铃薯"杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么?
拓展应用
【典例】科学家利用植物体细胞杂交技术将番茄与马铃薯的体细胞原生质体融合，最终得到番茄—马铃薯杂种植株。下列有关叙述错误的是(　 　)
A.番茄—马铃薯杂种植株能在地上结番茄、地下长马铃薯
B.可用物理法使番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合
C.该项生物工程技术可克服生物远缘杂交不亲和的障碍
D.该项生物工程技术需经历脱分化和再分化
A
【检测】图为植物体细胞杂交过程示意图。
据图回答：
(1)步骤①常用 酶处理植物细胞以去除细胞壁。
(2)步骤②一般常用的化学试剂是 ，目的是 ，依据的生物学原理是　　 　　　 。　　
(3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技术运用的原理是 ，其中步骤④相当于 ，步骤⑤相当于 。
(4)若远缘杂交亲本A的基因型为AaBb，B的基因型为YYEe，则融合后形成的杂种植株基因型是 。
纤维素酶和果胶
聚乙二醇
（PEG）
诱导原生质体融合
脱分化
再分化
植物细胞的全能性
AaBbYYEe
细胞膜具有一定的流动性

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