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细胞工程是指应用细胞生物学、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。
1902年，哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功
1958年，斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持
1960年，科金用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体
1964年，古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚
1971年，卡尔森诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株
1974年，土壤农杆菌的Ti质粒被发现，之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合
细胞工程发展历程
中中
华华
原理
目的
研究水平
2.1 植物细胞工程（第一课时）
“其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴瀼露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！”这是我国历史上第一部兰谱－《金漳兰谱》（宋·赵时庚）中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。但是，兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
“从社会中来”
利用兰花细胞进行组织培养
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，即细胞的全能性。
植物组织培养的基本原理
为什么植物组织或细胞能培养成完整植物体？
一 植物组织培养技术
一、植物细胞的全能性
细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
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。
体现全能性的实例：
胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株受精卵发育成个体（动植物）蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰
细胞全能性的比较
①受精卵＞生殖细胞（卵细胞＞精子）＞体细胞；
②植物细胞＞动物细胞；
③幼嫩的细胞＞衰老的细胞；
④分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞；
⑤分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞。
细胞表现全能性的条件有哪些？
（无菌、温度，湿度，光照等）
②适宜的外界环境条件
③培养基
（一定的营养物质、激素）
①离体细胞、组织或器官
不能，原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达
如：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
生物体内细胞 都能表现全能性吗？
一、植物细胞的全能性
一、植物组织培养技术
1.植物组织培养：
指离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其分化为完整植株的技术。
2.原理：
细胞的全能性
3.植物组织培养的流程图
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
再分化
再分化
脱分化
菊花的组织培养
3.菊花的组织培养
探究 实践1
(1)实验原理
外植体
愈伤组织
芽、根
完整植株
脱分化
再分化
生长发育
植物细胞一般具有全能性。
植物组织培养的过程
脱分化
再分化
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的细胞的过程。
排列疏松无而无规则，是一种高度液泡化的，呈无定形状的薄壁细胞。
愈伤组织
愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
一 植物组织培养技术
(2)材料用具：
材料：幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分布式70%的酒精，质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水和培养基等。
用具：50mL锥形瓶、烧杯、酒精灯、超净工作台（或接种箱）、高压蒸汽灭菌锅、培养箱、封口膜、滤纸、标签、消毒用酒精棉球、培养皿、解剖刀和镊子等。
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
(3)方法步骤：
①消毒
双手和超净工作台
酒精擦拭
外植体（幼嫩的茎段）：
酒精消毒
30s
无菌水
2~3次
次氯酸钠
30min
无菌水
2~3次
注意：实验使用的培养基和所有机械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的机械都要灭菌。
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
②取材
将消毒过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。
(3)方法步骤：
一 植物组织培养技术
3.菊花的组织培养
超净工作台无菌操作
③接种
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，并在培养瓶上做好标记。
(3)方法步骤：
3.菊花的组织培养
接种外植体时，不要倒插！
（将“形态学上端”朝上）
④脱分化
将接种了外植体的锥形瓶置于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
愈伤组织
（一般不需要光照）
愈伤组织
脱分化
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
再分化
培养15~20天后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
愈伤组织
芽
再分化
根
(3)方法步骤：
3.菊花的组织培养
诱导生根
诱导生芽
取决于植物激素的种类和比例
主要是生长素与细胞分裂素
细胞分裂素促进芽的分化
生长素促进根的分化
巧记：高根低芽中愈伤
生长素用量 / 细胞分裂素用量 结果
比值≈1
比值＞1
比值＜1
促进根的分化
促进芽的分化
促进愈伤组织的形成
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、比例都会影响植物细胞的发育方向。
一 植物组织培养技术
（1）接种3～4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。
（2）你培养出愈伤组织了吗？如果培养出来了，从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？这些愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？
4.结果分析与评价
用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，如一些细菌、真菌等的生长。培养物一旦受到微生物的污染，就会导致实验前功尽弃，因此要进行严格的无菌操作。导致外植体被污染的原因可能有：培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。
观察实验结果，看看是否培养出了愈伤组织，记录多长时间长出了愈伤组织。从刚接种的外植体到长出愈伤组织一般需要2周左右的时间。统计更换培养基后愈伤组织进一步分化成芽和根的比例和时间。
（1）组织（细胞、器官）离体状态
（2）适宜的培养条件
（3）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节
植物组织培养成功的条件
总结
种类齐全、比例适合的营养物质
适宜的外界条件（温度、pH、光照等）
无菌环境
二、植物体细胞杂交技术
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？？？
利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
不能。因为不同种生物之间存在着生殖隔离
将不同来源的植物细胞，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。
1、概念：
二、植物体细胞杂交技术
植物细胞融合
植物组织培养
1）原生质体制备：
用纤维素酶和果胶酶去除植物细胞壁，得到原生质体。
2、步骤说明:
二、植物体细胞杂交技术
原生质体
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
原生质层
原生质体：
指的是脱去细胞壁的细胞。
动物细胞也可看做是原生质体。
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。
利用酶的专一性
原生质层不包含细胞液和细胞核
2）理化法促融：
物理法：电融合法、离心法
化学法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+ —高PH融合法等
2、步骤说明:
二、植物体细胞杂交技术
A细胞
B细胞
B原生质体
A原生质体
融合
原生质体
融合
去壁
去壁
体现了细胞膜的流动性
若只考虑两两融合，
融合后，培养基中有几种类型的细胞？
A、B、AA、BB、AB。
需要进一步筛选
A
B
3）融合的原生质体再生出细胞壁成为杂种细胞。
打破生殖隔离，实现远源杂交育种，培育植物新品种。
2、步骤说明:
3、意义:
二、植物体细胞杂交技术
细胞融合完成的标志
4）植物组织培养
愈伤组织
杂种植株
杂种植株
脱分化
再分化
移栽
融合后
杂种细胞
生物基因的表达不是孤立的，而是相互影响，相互调控的。
4.植物体细胞杂交的成果：
在此基础上，科学家们利用植物体细胞杂交技术，又相继培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种。我国科学家还在木本植物的体细胞杂交方面培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。
白菜
甘蓝
白菜—甘蓝
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
小结
项目 植物组织培养 植物体细胞杂交技术
所属范畴
原理
步骤
意义
联系 保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益
植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
①去除细胞壁
②融合形成杂种细胞
③组织培养
细胞全能性
细胞膜一定的流动性、细胞全能性
染色体变异、基因重组
无性繁殖
①脱分化
②再分化
克服不同种生物远缘杂交的障碍
1.铁皮石斛是一种名贵中药，野生资源十分稀少，其繁殖主要通过植物组织培养实现。下列有关叙述错误的是（ ）
A.用植物组织培养的方法繁殖药材表明在一定条件下，细胞分化是可以逆转的
B.植物细胞的全能性得以表达需要离开母体
C.新植株的形成是细胞分裂和分化的结果
D.高度分化的植物细胞不具有全能性
2.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（ ）
A.培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B.培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C.离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D.同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因一定相同
D
课堂练习
D
3.下图是“白菜-甘蓝”杂种植株的培育过程，回答下列问题。
(1)步骤①需要用到的试剂是什么？______________________
(2)步骤②所用的方法有哪些？________________
(3)经过步骤③得到的杂种细胞和融合的原生质体的区别是什么？_________________________________________________
(4)杂种细胞能发育成“白菜-甘蓝”植株的理论基础是什么？____________________________
纤维素酶和果胶酶
电融合法、离心法、聚乙二醇（PEG）、高Ca2＋ 高pH融合法
杂种细胞具有细胞壁，融合的原生质体没有细胞壁
植物细胞的全能性

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