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细胞工程
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。
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
细胞器、细胞或组织
获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
动物细胞工程和植物细胞工程
第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
一 植物细胞工程的基本技术
1
植物组织培养技术
2
植物体细胞杂交技术
一、植物组织培养技术
2.原理：
1.概念：
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。
植物细胞的全能性
外植体
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。
(1)体现全能性的标志：
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
判断：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；
一颗种子萌发成植株；
用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株。
植物细胞的全能性
植物细胞的全能性
(2)具有全能性的原因：
一般生物体的每一个细胞都包含有该物种的全套遗传信息。
≠全部基因
(3)生物体内细胞不体现全能性的原因：
基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。
①植物细胞 ＞ 动物细胞；
(4)全能性大小比较：
③分化程度低的 ＞ 分化程度高的；
②细胞分裂能力强的 ＞ 细胞分裂能力弱的；
④受精卵 ＞ 胚胎干细胞 ＞ 生殖细胞 ＞ 体细胞。
植物细胞的全能性
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
脱分化
再分化
再分化
一、植物组织培养技术
3.一般过程
外植体
愈伤组织
试管苗
完整植株
脱分化
芽、根等
再分化
生长 发育
一、植物组织培养技术
3.一般过程
(1)脱分化：
在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。
①结果：形成愈伤组织；
不定形态的薄壁组织团块，具有较强的分裂和分化能力
②光照条件：
一般不需要光照；
③该过程中只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。
一、植物组织培养技术
3.一般过程
(2)再分化：
脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出芽或根等器官的过程。
①实质：
基因的选择性表达；
②光照条件：
需要给予适当强度的光照；
原因：诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用
③该过程中有细胞增殖和细胞分化。
注意：
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，其浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。
生长素/细胞分裂素 结果
比值高(＞1)
比值低(＜1)
比值适中(=1)
有利于根的分化
有利于芽的分化
促进愈伤组织的形成
1
2
3
4
5
6
菊花的组织培养
探究 实践
1.实验原理
植物细胞一般具有全能性
2.方法步骤
外植体消毒
外植体切割
接种外植体
培养外植体
转移培养
移栽试管苗
方法步骤
②消毒：
30s
2-3次
30min
①材料：
幼嫩的菊花茎段
2-3次
酒精
无菌水
次氯酸钠溶液
无菌水洗
(1)外植体消毒
细胞分裂旺盛，容易诱导其脱分化和再分化
防止培养物被杂菌污染
方法步骤
(3)接种外植体
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：不要倒插
(形态学上端→下端)
方法步骤
(4)培养外植体
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。
注意：避光培养
方法步骤
(5)转移培养
培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
注意：①给予适当时间和强度的光照；
②需要转移培养基进行培养。
菊花组织培养
1.A、B过程分别为 。C是 。
A过程细胞分裂方式是 ，
B过程细胞分裂方式是 ，同时也进行 。
A过程一般 光照；B过程需要光照，原因是
。
2.影响A、B过程的关键因素是 ，主要是____________和 ，二者添加的 会影响脱分化和再分化过程。
3.植物组织培养是一个 过程。(填“无性繁殖”、“有性繁殖”)
有丝分裂
细胞分化
植物激素
细胞分裂素
生长素
无性繁殖
有丝分裂
浓度及比例
下列是植物组织培养流程图，请回答：
植物体
根、芽或胚状体
外植体
A B
C
脱分化、再分化
愈伤组织
不需要
诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用
一 植物细胞工程的基本技术
1
植物组织培养技术
2
植物体细胞杂交技术
二、植物体细胞的杂交技术
参考人鼠细胞融合实验，若植物细胞之间融合，则应先做什么？
得到杂种细胞后，如何培育成植株？
去除细胞壁
进行植物组织培养
去除
细胞壁
去除
细胞壁
诱导
融合
再生
新壁
脱分化
再分化
移栽
A细胞
A原生质体
B细胞
B原生质体
正在融合的原生质体
再生出细胞壁
愈伤组织
杂种植株
植物细胞融合技术
植物组织培养技术
1.基本过程
1.基本过程
(1)去除细胞壁
酶解法
纤维素酶和果胶酶溶液
上述酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，原因？
使溶液有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破
①原因：
细胞壁阻碍着细胞间的杂交(阻碍了原生质体间的融合)
②方法：
③相关酶溶液：
1.基本过程
(2)诱导原生质体融合
①原生质体：
植物细胞去除细胞壁后剩余部分
注意：原生质体≠原生质层
1.基本过程
(2)诱导原生质体融合
②原理：
生物膜的流动性
③方法
物理方法：
化学方法：
电融合法、离心法等
聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法等
④结果：
有多种细胞
egA、B、AA、BB、AB
⑤细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁
1.基本过程
(3)植物组织培养
①原理：
植物细胞的全能性
②植物体细胞杂交技术成功的标志：
形成新的植株
去除
细胞壁
去除
细胞壁
诱导
融合
再生
新壁
脱分化
再分化
移栽
A细胞
A原生质体
B细胞
B原生质体
正在融合的原生质体
再生出细胞壁
愈伤组织
杂种植株
植物组织培养技术
2.概念
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。
不同种
异源多倍体
二、植物体细胞的杂交技术
3.实例
+
=
白菜
甘蓝
白菜-甘蓝
2n
2n
4n
异源
四倍体
4.变异类型
染色体数目变异
二、植物体细胞的杂交技术
5.优点
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。
生殖类型
变异类型
染色体数
染色体组数
基因组成
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
归纳拓展
AaBb
CcDd
2n
2m
融合
1.植物体细胞杂交形成的杂种植株中基因和染色体情况分析
《导》P84
归纳拓展
植物体细胞杂交育种
杂交育种诱导多倍体
同源
四倍体
二倍体
①若亲本植株可育，
则杂种植株可育。
②杂种植株是不同
于亲本的新物种。
3.获得四倍体的2种方法
注意：
亲本
配子
异源
四倍体
亲本
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 。
去除细胞壁，分离原生质体
酶解法
聚乙二醇
诱导植物原生质体融合
脱分化
再分化
细胞的全能性
4.若远缘杂交亲本A的基因型为AaBb，B的基因型为YYEe，则融合后形成的植株基因型是 。
5.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 。
AaBbYYEe
可育
不能
不同种生物之间存在生殖隔离
克服了远缘杂交不亲和的障碍
图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：
二 植物细胞工程的应用
01
03
02
内容
植物繁殖的新途径
作物新品种的培育
细胞产物的工厂化生产
作物脱毒
(1)培育脱毒苗的原因：
无性繁殖方式
感染的病毒容易传染给后代
产量降低，品质下降
(2)部位：
顶端分生区附近
原因：分生区附近病毒极少，甚至无病毒
(3)优点：
脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物
突变体的利用
外植体
愈伤
组织
试管苗
完整植株
脱
分化
芽、根等
再
分化
生长
发育
多种突变体植株
诱变处理
有用的突变体
筛选
新品种
培育
原理：
基因突变和植物细胞的全能性
细胞产物的工厂化生产
1.次生代谢物：
不是生物生长所必须的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才产生的一类小分子有机物。
2.植物细胞培养：
是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。
(eg酚类、萜类和含氮化合物等)
细胞产物的工厂化生产
3.细胞产物的工厂化生产：
利用植物细胞培养来获得目标产物的过程
4.原理：
细胞增殖
5.优点：
它不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
6.实例：
红豆杉→紫杉醇;
紫草→紫草宁;
人参→人参皂苷。
工厂化生产人参皂苷干粉的基本流程
脱分化
培养
选择
破碎细胞
放入
发酵罐
人参根
愈伤组织
增长速度快人参皂苷干粉含量高的细胞
愈伤组织
人参皂苷粉
谢 谢!

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