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第34讲　细胞工程和胚胎工程
1.细胞工程的概念
1.细胞工程的概念
与基因工程相比，细胞工程是 水平上的生物技术，后者是 水平上的生物技术
细胞或细胞器
分子
一.植物细胞工程
愈伤组织
全能性
流动性
原生质体
杂种细胞
杂种植株
一.植物细胞工程
1.植物组织培养
离体的植物器官、组织或细胞
适宜的
培养条件
完整植株
恢复细胞的全能性过程
芽
根
原因？
操作与目的？
营养条件？
外界条件？
1、无菌操作：
外植体一般要进行 处理，而培养基及其他的操作器具一般要进行 处理。
2、无菌操作的目的可能有：
消毒
灭菌
①防止污染的微生物与培养物竞争营养物质。
②微生物生长过程中会产生有害的物质，导致培养物死亡。
3、营养条件
碳源（ ）、氨基酸、维生素和植物激素（ ）等
蔗糖
生长素和细胞分裂素
植物组织培养中培养基中需添加适宜浓度的蔗糖溶液，目的是：
提供营养物质
维持细胞渗透压
4、外界条件
取材、 消 毒 ①用　　充分冲洗外植体(幼嫩的茎段)；酒精擦拭双手和超净工作台；②外植体的消毒：用酒精消毒30 s，然后立即用无菌水清洗2～3次；再用　　　　溶液处理30 min后，立即用无菌水清洗2～3次；③用解剖刀将外植体切成0.5～1 cm长的小段
接种 将外植体的1/3～1/2插入诱导　　　　的培养基中，诱导脱分化，长出愈伤组织
转接 ①将生长良好的愈伤组织转接到　　　　　培养基上；②长出芽后再转接到　　　　　培养基上，进一步诱导形成试管苗
移栽 将试管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
流水
次氯酸钠
愈伤组织
探究实践——菊花的组织培养
诱导生芽的
诱导生根的
源于选择性必修3 P116“附录1”：
(1)诱导菊花　　　　的培养基：在MS培养基中加入BA(苄基腺嘌呤)和NAA(萘乙酸)，质量浓度均为0.5 mg/L。
(2)诱导菊花　　的培养基：在MS培养基中加入BA和NAA，质量浓度分别为2～3 mg/L和0.02～0.3 mg/L。
(3)诱导菊花　　的培养基：将上述MS培养基中NH4NO3、KNO3、KH2PO4、MgSO4·7H2O和CaCl2·2H2O的用量减半，并添加NAA或IAA(吲哚乙酸)，质量浓度均为0.1 mg/L。
愈伤组织
生芽
生根
一.植物细胞工程
1.植物组织培养
(1)当同时使用这两类激素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向
生长素/细 胞分裂素 植物细胞的发育方向
高 有利于根的分化、抑制芽的形成
低 有利于芽的分化、抑制根的形成
适中 促进愈伤组织的生长
简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤
一.植物细胞工程
2.植物组织培养条件总结
(2)按照不同的顺序使用激素，实验结果不同
使用顺序 实验结果
先使用生长素，后使用细胞分裂素 有利于细胞分裂，但细胞不分化
先使用细胞分裂素，后使用生长素 细胞既分裂也分化
同时使用 分化频率提高
简记为：先“生”分裂不分化，后“生”分裂又分化，同“使”分化频率高
一.植物细胞工程
2.植物组织培养条件总结
（3）若外植体是取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中 （“有”“没有”）叶绿体，原因是 。
（4）植物组织培养中的培养基是 培养基（物理状态），故培养基中一般加入了凝固剂 。
（5）在脱分化时 （是/否）需要光照,在再分化时 光照的原因是 。
（6）植物生长调节剂的在培养基中的用量要考虑组织 的含量。只有准确把握 的协同作用，才能有效地操作植物组织培养中的”激素杠杆”，用好植物生长调节剂这根“魔术棒”
没有
外植体通过脱分化后失去了其特有结构和功能而转化为未分化的细胞
固体
琼脂
需要
否
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
内源激素
内源激素和外源激素
一.植物细胞工程
2.植物组织培养条件总结
例1.(2019·全国Ⅲ，38)培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。
①　　　　　②　　　　　 ③
④　　　　 ⑤　　　　　　⑥
回答下列问题：
(1)利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有_______________________
______________。
全能性(或形成完整植株所
需的全部基因)
①　　　　　②　　　　　 ③
④　　　　 ⑤　　　　　　⑥
(2)步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是____________________
_________。
形成层容易诱导形成
愈伤组织
①　　　　　②　　　　　 ③
④　　　　 ⑤　　　　　　⑥
(3)从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是________________
_____________________________________________________________。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的 过程，最终可形成试管苗。
诱导愈伤组织形成
和诱导愈伤组织分化形成试管苗所需的生长素和细胞分裂素的比例不同
分化(或再分化)
①　　　　　②　　　　　 ③
④　　　　 ⑤　　　　　　⑥
(4)步骤⑥要进行照光培养，其作用是______________________________
_______________。
诱导叶绿素的形成，使试管苗能
够进行光合作用
①　　　　　②　　　　　 ③
④　　　　 ⑤　　　　　　⑥
(5)经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的 ，这种繁殖方式属于 繁殖。
遗传特性
无性
①　　　　　②　　　　　 ③
④　　　　 ⑤　　　　　　⑥
一.植物细胞工程
3.植物体细胞杂交
3.植物体细胞杂交技术　
(1)概念：将__________的植物体细胞，在一定条件下融合成____________，并把杂种细胞培育成__________的技术。
(2)原理：体细胞杂交利用了细胞膜的_________，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的__________。
无性生殖
不同来源
杂种细胞
新植物体
流动性
全能性
(3)过程
(4)优点和局限性
①优点：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
②局限性：目前有许多理论和技术问题未解决，还不能让杂种植株按照人们的需求表现出双亲的杂合性状。
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，所以番茄—马铃薯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相互干扰，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达
例6.(2020·山东，13)两种远缘植物的细胞融合后会导致一方的染色体被排出。若其中一个细胞的染色体在融合前由于某种原因断裂，形成的染色体片段在细胞融合后可能不会被全部排出，未排出的染色体片段可以整合到另一个细胞的染色体上而留存在杂种细胞中。依据该原理，将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，过程如下图所示。下列说法错误的是（ ）
A.过程①需使用纤维素酶和果胶酶处理细胞
B.过程②的目的是使中间偃麦草的染色体断裂
C.过程③中常用灭活的病毒诱导原生质体融合
D.耐盐小麦的染色体上整合了中间偃麦草的染色体片段
C
下列说法错误的是（ ）
两两融合后的细胞一定是杂种细胞吗？诱导融合后的培养瓶中的细胞有哪几类？
若一植物细胞A含有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb，另一植物细胞B含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则：
上述所获得杂种植株遗传特性有何特点？
思考
杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。
上述所获得杂种植株应为　　　　　，其体细胞中染色体数为_______
条， 个染色体组，基因型为 。
上述所获得杂种植株的花粉经离体培养得到的植株属于　　　植株。
上述植物体细胞杂交的过程中，遗传物质的传递遵循孟德尔遗传定律吗？
植物体细胞融合形成杂种细胞 （是/不是）标志着植物体细胞杂交技术的完成？杂种植株有两种生物性状的原因： 。
异源四倍体
(2x＋2y)
AabbccDd
4
单倍体
不遵循。
不是
含有双亲的遗传物质
思考
总结你所学过的植物工程技术，尝试获得多倍体
A.同源多倍体的产生：
B.异源多倍体的产生
（1）直接利用一定浓度的秋水仙素或低温处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体
（2）植物体细胞杂交
（1）若是亲缘关系较近的生物可以杂交，再利用一定浓度的秋水仙素或低温处理幼苗，获得多倍体
（2）植物体细胞杂交
例4.右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：
　（1）步骤①是 ，最常用的方法是 。
　（2）步骤②一般常用的化学试剂是 ，目的是 。　　
(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）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使 　　　　　 能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是
　　　　　　　。
去除细胞壁，分离原生质体
酶解法
聚乙二醇（PEG）
诱导植物原生质体融合
脱分化
再分化
远缘杂交亲本的遗传特征
杂种植株获得双亲的遗传物质
①
②
③
④
⑤
细胞的全能性
二.植物体细胞杂交技术
（5）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 。
（6）从理论上讲，杂种植株的育性　　。若运用传统有性杂交方法能否实现？　　　；原因是
　　　　　 。
因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于　　　　　　　　　　　 。
（7）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递为何不遵循孟德尔的遗传规律？
　　 。
可育
不能
不同种生物之间存在生殖隔离
因为孟德尔遗传规律发生在有性生殖减数分裂产生配子时，而植物体细胞杂交育种属于无性生殖。
AaBbYYEe
克服了远缘杂交不亲和的障碍
二.植物体细胞杂交技术
一.植物细胞工程
4.植物细胞工程的应用
高效、快速地实现种苗的大量繁殖
保持优良品种的遗传特性
植物顶端分生区附近(如
茎尖)
(1)植物繁殖的新途径
一.植物细胞工程
4.植物细胞工程的应用
胚状体
人工胚乳
人工种皮
保证胚状体生长发育的必需物质
作物脱毒
【背景】马铃薯和草莓都是无性繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传播给后代。病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低，品质变差。
①作物脱毒的材料： 。选择该种细胞更易获得脱毒苗的理由是： 。
②作物脱毒所应用的技术： 。
分生区（如茎尖）的细胞
a.植物分生区细胞病毒少，甚至没有病毒
植物组织培养
b.分生物细胞分化程度低，分裂能力强，全能性更高
(2019·全国卷Ⅱ，38)植物组织培养技术在科学研究和生产实践中得到了广泛的应用。回答下列问题。
(1)植物微型繁殖是植物繁殖的一种途径。与常规的种子繁殖方法相比，这种微型繁殖技术的特点有________________________________________(答出2点即可)。
(2)通过组织培养技术，可把植物组织细胞培养成胚状体，再通过人工种皮(人工薄膜)包装得到人工种子(如图所示)，这种人工种子在适宜条件下可萌发生长。人工种皮具备透气性的作用是_________ 。人工胚乳能够为胚状体生长提供所需的物质，因此应含有植物激素、________和________等几类物质。
繁殖速度快、能保持原有遗传特性
有利于胚状体进行呼吸作用
矿质元素
糖
胚状体
人工胚乳
人工种皮
（2）作物新品种的培育：单倍体育种、　　　的利用。
突变体
一.植物细胞工程
4.植物细胞工程的应用
（3）细胞产物的工厂化生产
①次生代谢物：是一类　　　有机化合物，在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
②细胞产物的工厂化生产：人们利用　　　　　　来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
③植物细胞培养：是指在　　条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其　　的技术。
小分子
植物细胞培养
离体
增殖
一.植物细胞工程
4.植物细胞工程的应用
　　教材隐性知识：
源于选择性必修3 P41“相关信息”：初生代谢是生物生长和生存所　　的代谢活动，因此，在整个生命过程中一直进行着；次生代谢　　生物生长所必需的，一般在特定的组织和器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
必需
不是
一.植物细胞工程
1.花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株，流程如右图。下列相关叙述错误的是
A.①通常将植物细胞置于含纤维素
酶和果胶酶的30%的蔗糖溶液中
B.细胞融合成功的标志是再生出细
胞壁，此时细胞内高尔基体和线粒
体活动明显增强
C.可通过观察叶绿体的有无来初步筛选杂种细胞
D.用此方法获得新品种的育种原理是染色体变异
A
(2021·安徽黄山模拟)紫杉醇是从红豆杉树皮中提取的高效抗癌物质，细胞培养生产紫杉醇是扩大紫杉醇来源的重要途径。图甲、乙分别为三种红豆杉细胞培养过程中细胞数量与紫杉醇产量的数据图。
甲
乙
(1)以南方红豆杉叶为原料获得生产紫杉醇的愈伤组织需要通过细胞的________，愈伤组织细胞具有较强的________ 能力。这一技术的成功实现了组织培养技术在一个重要领域的应用，即________________________________________。
脱分化
分裂分化
细胞产物的工厂化生产
(2)对比分析图甲、乙可知：培养后期紫杉醇产量出现下降的原因可能是________________________________ ；在培养过程中，要不断通入无菌空气并进行搅拌，其目的是________________________________________ (答三点)；与传统方法获得紫杉醇相比，利用植物组织培养技术生产紫杉醇，具有________________________________等优点(答两点即可)。
(3)植物生长调节剂在组织培养中具有极其重要的作用，其中赤霉素类植物生长调节剂的主要作用是______________。
甲
乙
培养的细胞数量减少、某些代谢产物积累等
增加溶氧量、使细胞和培养液接触充分、防止微生物污染
产量高、节约资源、保护环境
促进培养细胞的伸长

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