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第二章 细胞工程
第1节　植物细胞工程
生物（苏教版）
高中生物 选择性必修3
1.概念：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，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
2.类型：植物细胞工程和动物细胞工程
3.主要技术：植物组织培养、植物体细胞杂交；
动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合和单克隆抗体等。
细胞工程
植物组织培养技术是利用细胞全能性，在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、细胞或原生质体等，在培养基上培养，使其发育成部分或完整的植株的技术。
细胞全能性
离体
无菌
完整植株
去除细胞壁的植物细胞
一、植物组织培养技术
①定义：
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。
细胞的全能性
②原因：
生物体的任何一个细胞都具有该物种所特有的全套遗传物质（具有发育成为完整个体所必需的全部基因）。
⑤细胞全能性表达的前提：
④生物体内全能性不表达的原因：
离体
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
⑥全能性表达的条件：
离体；无菌；一定的营养物质、激素和适宜的环境条件等
③体现全能性的标志：
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
⑥表达的容易程度（即全能性大小）：
受精卵 ＞ 生殖细胞 ＞ 体细胞；
植物细胞 ＞ 动物细胞；
幼嫩的细胞＞衰老的细胞
分化程度低的细胞 ＞ 分化程度高的细胞；
细胞分裂能力强的细胞 ＞ 细胞分裂能力弱的细胞
细胞的全能性
随着细胞分化程度的不断提高,细胞的全能性逐渐降低。
植物组织培养
外植体 愈伤组织 根、芽等 试管苗 完整植株
脱分化
再分化
驯化
移栽
植物组织培养的一般过程
外植体——离体的植物器官、组织、细胞或原生质体。
植物组织培养的一般过程
选材：
植物的茎尖、根尖、幼嫩的叶片、花药是常用的外植体。
消毒：除去外植体表面的微生物。消毒后的外植体需要用无菌水 充分冲洗。
接种：在无菌条件下，将外植体置于适宜的培养基上的操作。
接种用的培养基一般都要含有适量的水、无机盐、碳源、氮源、维生素以及植物激素等
植物组织培养的一般过程
诱导脱分化：将已有特定结构和功能的植物组织，在一定的条件下，诱导其细胞改变 ，逐步失去原有的 状态，转变为具有 能力的细胞的过程。
分生
发育途径
分化
注意：要进行遮光
植物组织培养的一般过程
愈伤组织：一团没有特定形态、结构和功能的 细胞团，一般处于 状态；细胞排列疏松且无规则、高度液泡化
注意：无叶绿体，可进行有丝分裂
薄壁
旺盛分裂
特点：排列疏松而无规则、高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞
见光后愈伤组织变为绿色
诱导再分化：脱分化产生的愈伤组织生长一段时间后，将移植到新的培养基上继续培养,经 ，形成芽和根等器官，或进一步发育成完整植株的过程。
诱导分化
注意：需要光照，因为芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照;植物光合作用合成有机物
愈伤组织再分化后可发育为植株，也可诱导形成 。
胚状体
植物组织培养的一般过程
胚状体：类似胚的结构，具有胚芽和胚根，在适合的条件下可发育成为新植株。
炼苗移植：使幼苗逐渐适应自然环境，以保证幼苗移植到大田能顺利 。
成活
生长素用量与细胞分裂素用量的比值 结果
比值高
比值低
比值适中
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
其他影响因素：如：培养基的 等
pH
植物组织培养的一般过程
探究点一：以下是植物组织培养的过程，试回答相关问题：
(1)为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？
胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。
(2)①②分别是什么过程？为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？
在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
(3)胡萝卜根部不含叶绿体，植物组织培养长出的叶片含有叶绿体吗？
含有
因为根部的细胞含有全套遗传物质可以指导叶绿体的形成
创新设计P29、30探究点一
(4)若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位， 愈伤组织中是否会含有叶绿体？为什么？
愈伤组织中不含有叶绿体；
培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，因此，愈伤组织中不含有叶绿体
（5）为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？
原因是避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。
（6）杂菌和植物细胞之间有哪些关系？种间竞争或寄生。
创新设计P29、30探究点一
提示　诱导愈伤组织、诱导生芽和诱导生根的培养基不同，它们之间最大的差别是生长素和细胞分裂素的相对浓度的不同。
2、在植物组织培养过程中，需要两次“转接”，一是将愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上，二是长出芽后再转接到诱导生根的培养基上，请问“转接”的原因是什么？
植物组织培养一般流程
母液
瓶口
或瓶壁上
高压蒸汽灭菌锅
彻底灭菌
实例：天竺葵的组织培养
幼嫩
70%
氯化汞
叶脉
外植体
6~8
灼烧
交叉污染
生芽
生根
蛭石或珍
珠岩
二、植物体细胞杂交技术
1.概念：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的植物体的技术。
欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”，利用有性杂交能实现吗？
①
①
②
③
杂种细胞
去除细胞壁
原生质体融合
细胞壁再生
原理：（细胞膜的流动性）
纤维素酶+果胶酶
植物细胞融合完成的标志
A原生质体
B原生质体
物理法：
化学法：
电融合法、离心法等
聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—高pH融合法等
二、植物体细胞杂交技术
①
①
②
③
④
⑤
⑥
植物体细胞杂交技术
杂种细胞
去除细胞壁
原生质体融合
细胞壁再生
脱分化
再分化
移栽
杂种植株
植物组织培养
原生质体融合
（植物细胞的全能性）
（细胞膜的流动性）
植物体细胞杂交技术完成的标志
二、植物体细胞杂交技术
具备两个亲本的遗传物质
原理：
细胞膜的流动性（原生质体融合）
植物细胞具有全能性（杂种细胞培养成杂种植株）
实例：
意义：
克服了不同种生物远缘杂交不亲和的障碍；打破了物种之间的生殖隔离；扩大了遗传重组范围。
可遗传变异类型：
染色体数目变异
二、植物体细胞杂交技术
融合完成的标志是重新产生细胞壁，形成杂种细胞。
高尔基体
A为2a=20
B为2b=30
50
4
杂种细胞染色体数为？
此过程中起主要作用的细胞器是？
杂种细胞染色体组数为？
形成的杂种植株从染色体组角度看是几倍体？
染色体数目变异
知识梳理
原生质体融合
从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
异源四倍体

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