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专题二 细胞工程
应用的原理和方法
细胞生物学
分子生物学
细胞水平
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
1.概念
研究的目的
研究的水平
2.分类
动物细胞工程
植物细胞工程
植物细胞工程
植物细胞工程的基本技术
植物细胞工程的应用
植物组织培养技术
植物体细胞杂交技术
2.1.1植物细胞工程的基本技术
1.简述植物组织培养技术的原理和过程
2.知道细胞的全能性
3.区分脱分化、再分化等相关概念
【学习目标】
【科学资料】
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，甚至一粒花粉，同样可以得到大量的幼小植株。
图2-1是科学家利用菊花的花瓣培养出的菊花
怎样把植物的一个花瓣培育成完整的植株？ ？
高度分化的花瓣
完整植株
花瓣
愈伤组织
幼根和芽
小植株
脱分化
再分化
脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的
结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
一、实例
高度分化的花瓣
完整植株
花瓣
愈伤组织
幼根和芽
小植株
脱分化
再分化
愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞。
一、实例
高度分化的花瓣
完整植株
花瓣
愈伤组织
幼根和芽
小植株
脱分化
再分化
再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。
为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？
一、实例
具有某种生物的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，也就是说，每个细胞都具有全能性的特点。
二、细胞的全能性
1、定义
分裂
分化
分裂
分化
共同
组成
生物个体
受精卵
干细胞
体细胞
二、细胞的全能性
2、植物细胞全能性的原因
生物体的每个细胞都含有本物种所特有的全套遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全部基因。
分裂
分化
分裂
分化
共同
组成
生物个体
受精卵
干细胞
体细胞
二、细胞的全能性
4、细胞在生物体内没有表现全能性的原因
基因的选择性表达
3、体现细胞全能性的标志
由细胞发育成完整的个体
分化程度低的 分化程度高的
分裂能力强的 分裂能力弱的
不同类型细胞的全能性
受精卵＞生殖细胞＞体细胞
受精卵＞干细胞＞体细胞
不同生物细胞的全能性
植物细胞＞动物细胞
>
二、细胞的全能性
5、细胞全能性大小的分析
>
1、实验：胡萝卜的组织培养
根、茎、叶
愈伤组织
丛芽
胚状体
小植株
脱分化
再分化
（外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞）
三、植物组织培养技术
原理
三、植物组织培养技术
步骤：
制备外植体
a 洗净，削皮，切段，手消毒
b 材料消毒
c 取材：有形成层部位
（具有分裂能力，容易诱导形成愈伤组织）
接种
人工配制的
固体培养基上
营养物质：无机物
有机物（蔗糖：提供能量，调节渗透压）
植物激素：生长素和细胞分裂素
琼脂
三、植物组织培养技术
步骤：
培养
脱分化
培养基：诱导培养基
（生长素和细胞分裂素的比例适中）
结果：形成愈伤组织
条件：避光
再分化
培养基：分化培养基
生长素<细胞分裂素→利于芽的分化
生长素>细胞分裂素→利于根的分化
结果：形成小植株
条件：有光照（叶绿素的形成需要光照）
移栽
2、植物组织培养
（1）概念：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。
三、植物组织培养技术
（2）原理：
植物细胞的全能性
（3）流程简图：
离体
无菌
适宜物质诱导和调节（植物激素）
适宜的营养物质
三、植物组织培养技术
适宜的外界条件
（温度、pH、光照等）
诱导培养基
避光
分化培养基
光照
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
完整植株
胚状体或丛芽
（4）条件：
（5）植物组织培养的优点
保持优良性状，繁殖快，可大规模生产
如何生产该植物？
地上长番茄，地下长马铃薯
三、植物体细胞杂交技术
1. 定义 p37
植物体细胞杂交（plant somatice hybridization）就是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植物体的技术。
2、过程
植物体细胞杂交
植物组织培养
三、植物体细胞杂交技术
①
方法：酶解法。
【1】原生质体的获得。
用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁。利用酶的专一性。
2、过程
三、植物体细胞杂交技术
原生质体与原生质层的区别
原生质体：
脱去细胞壁的细胞叫原生质体。动物细胞也可算做原生质体。
原生质层：
成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。包括细胞膜，细胞质，液泡膜。
原生质层
2、过程
植物细胞融合+植物组织培养
三、植物体细胞杂交技术
原理：
【2】原生质体的融合
细胞膜具有流动性
方法：
物理方法
(离心、振动、电激等)
化学方法
(聚乙二醇(PEG)诱导)
2、过程
三、植物体细胞杂交技术
【2】原生质体的融合
2、过程
三、植物体细胞杂交技术
原理：
【2】原生质体的融合
细胞膜具有流动性
方法：
物理方法
(离心、振动、电激等)
化学方法
(聚乙二醇(PEG)诱导)
思考：融合后，培养基中有几种类型的细胞？
A、B、AA、BB、AB
2、过程
三、植物体细胞杂交技术
【3】再生细胞壁，形成杂种细胞。
思考：
参与此过程中的主要细胞器是？
高尔基体
——细胞融合成功的标志。
2、过程
三、植物体细胞杂交技术
【4】植物组织培养技术，获得杂种植株。
2、过程
——杂交成功的标志。
三、植物体细胞杂交技术
技术：
植物组织培养技术
过程：
脱分化、再分化
原理：
植物细胞全能性
项目 体细胞杂交 P1：2n(Aabb) 与 P2：2m(ccDd)
生殖类型
变异类型
染色体数
染色体组数
基因组成
植物体细胞杂交后代的遗传变化
无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律
染色体数目变异
两亲本染色体数之和。2n+2m
两亲本染色体组数之和。2+2
两亲本基因型之和。AabbccDd
三、植物体细胞杂交技术
3、原理
细胞膜的流动性、植物细胞的全能性。
三、植物体细胞杂交技术
4、优点：克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍
5、局限性
原因：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。所以杂交植株的细胞中虽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。
三、植物体细胞杂交技术
目前仍有许多理论和技术问题未解决，还不能让杂种植物按人们需求表现出亲代的优良性状。
思考与讨论 p38
1.为什么“番茄-马铃薯”超级杂种植株没有如科 学家所想象的那样，地上长番茄、地下长马铃薯？
6、成功实例
烟草-海岛烟草、胡萝卜-羊角芹、白菜-甘蓝等。
我国科学家培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。
三、植物体细胞杂交技术

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