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第2章 细胞工程
2.1 植物细胞工程
2.2 动物细胞工程
2.3 胚胎工程
细胞工程（cell engineering)是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等学科的原理和方法，通过细胞、细胞器或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞或组织、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
细胞工程的概念
分类：
⑴依据操作技术分：
植物组织培养技术、动物细胞培养技术、
细胞融合技术、动物细胞核移植技术等
⑵依据操作对象分：
植物细胞工程和动物细胞工程
植物组织培养
植物体细胞杂交
1890年，希普（W. Heape，1855-1929）将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。
1907年，哈里森（R. G. Harrion，1870-1959）用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。
1951年，张明觉（1908-1991）等发现哺乳动物精子的获能现象。
1958年，格登（J. Gurdon，1933-）用非洲爪蟾进行体细胞核移植，成功培育出性成熟个体。同一时期，童弟周（1902-1979）等开展了鱼类细胞核移植工作。
1959年试管兔诞生，之后多种试管动物相继出生。
1975年，米尔斯坦（C. Milstein，1927-2002）和科勒（G. K hler，1946-1995）等创立了单克隆抗体技术。
1978年，小鼠桑葚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。
1981年，埃文斯（M. J. Evans，1941-）等成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞。
1996年，世界上第一只细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。
2006年，山中伸弥（S. Yamanaka，1962-）等获得了诱导多能干细胞。我国科学家利用这种细胞培育出了 小鼠。
2014年，世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。
2017年，我国科学家首次培育出体细胞克隆猴。
1902年，哈伯兰特（G. Haberlandt，1854-1945）提出了细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。
1958年，斯图尔特（F. G. Steward，1904-1993）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（E. C. Cocking，1931-）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（S. Guha，1938-2007）等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉发育而成的胚。
植物细胞工程
动物细胞工程（含胚胎工程）
1971年，卡尔森（P. S. Carlson，1944-2017）诱导烟草种间原生质体融合，获得种间杂种。
1974年，土壤农杆菌Ti质粒被发现。
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
叶子
花瓣
花粉
细胞
植物体
01
植物细胞工程的基本技术
植物组织培养技术
播种
扦插
一般情况下：
一定条件下：
细胞的全能性
阅读教材P34，思考以下问题：
1、植物组织培养的基本原理是什么？
2、什么是细胞的全能性？
3、体细胞具有全能性的根本原因是什么？
4、在生物的生长发育过程中，为什么不是所有细胞都表现出全能性？
1.概念：
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。
细胞全能性的原因：
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。
2．生长发育过程中细胞没有表现全能性的原因
3、体现细胞全能性的标志：
细胞→完整个体或其他各种细胞
实例:芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。
一、植物细胞的全能性
在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会　　 　　　。
选择性地表达
植物细胞工程的理论基础
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
用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株
4、细胞全能性大小的比较：
①受精卵>胚胎干细胞>
生殖细胞>体细胞
②植物细胞>动物细胞
③体细胞：分化程度低>
分化程度高
随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。
④体细胞全能性与细胞分裂能力：
分裂能力强的＞分裂能力弱的。
5、植物细胞表现出全能性的条件：
①离体条件
②一定的营养条件
③有关的植物激素
④其他适宜的外界条件（温度、氧气、PH、光照、无菌等）
一、植物细胞的全能性
→复习必修一 P118--121
1958年美国科学家将胡萝卜韧皮部一些细胞培养获得了完整的新植株。
实验结论：在离体时给予细胞一定条件，高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的潜能，即植物细胞具有全能性。
已分化细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体
再分化
试管苗
完整个体
这就是植物组织培养技术
阅读教材P35，思考以下问题：
1、什么是植物组织培养？
2、植物组织培养的一般过程是怎样的？
3、什么是外植体、脱分化、再分化、愈伤组织？
1.概念：
指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
5.过程：
移栽成活
2.原理：
植物细胞的全能性
外植体
二、植物组织培养技术
有丝分裂
无性生殖
3. 生殖方式：
4. 分裂方式：
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
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
二、植物组织培养
5.过程：
①脱分化：
在一定的 和 等条件的 下， 的细胞
，转变成 的过程。
激素
营养
诱导
已经分化
失去其特有的结构和功能
未分化的细胞
①光照条件：
②过程中涉及的生命活动：
一般不需要光照
只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化
③结果：
形成愈伤组织
（细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块）
二、植物组织培养
②愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态，具有分生能力的薄壁细胞。
二、植物组织培养
注意说明
1.外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对较易，而植物的茎、叶等成熟的组织脱分化则较难。
2.该过程添加的外源激素主要是细胞分裂素和生长素（比例适中）， 因为二者能强烈地促进愈伤组织的形成。
③再分化：
愈伤组织___________成芽、根等器官的过程。
重新分化
①实质：
②光照条件：
基因的选择性表达
需要给予适当强度的光照
诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用
原因：
③过程中涉及的生命活动：
既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。
二、植物组织培养
注意说明
影响再分化的因素:
a.外植体的遗传特征和取材的位置会影响愈伤组织的再分化能力。
b.培养基的成分和物理性质对器官的形成有一定的影
响，但起决定作用的是植物激素，特别是生长素和细
胞分裂素的比例。
实验探究 菊花的组织培养
1、实验原理：
① 植物细胞一般具有___________；
③植物激素中________和____________是启动_________、_________和_________的关键激素，它们的_____、_____等都会影响植物细胞的发育方向；
生长素
细胞分裂素
细胞分裂
脱分化
再分化
浓度
比例
全能性
三、植物组织培养技术
②在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化和再分化，形成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株，
讨论：决定植物脱分化、再分化的关键因素？
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。
细胞分裂素
生长素
芽分化
愈伤组织
根分化
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
（1）了解植物组织培养的基本原理
（2）了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例对菊花愈伤组织
形成和分化的影响。
（3）尝试进行植物组织培养
2、实验目的：
实验探究 菊花的组织培养
材料:幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水等。各种培养基的配制参见本书附录1。用具:50 mL锥形瓶(或植物组织培养瓶)、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。
3、材料用具：
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
4、实验步骤：
流水充分冲洗
→酒精消毒30s
→无菌水清洗2～3次
→次氯酸钠溶液处理30min
→无菌水清洗2～3次。
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
外植体的消毒
用酒精擦拭双手和超净工作台台面。
材料：
幼嫩的菊花茎段
4、实验步骤：
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
2、外植体的切段
将消过毒的外植体置于无菌培养皿中
→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。
无菌操作目的
防止杂菌生长。①会与培养物竞争营养；②产生有害物质危害培养物。
4、实验步骤：
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
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：接种时注意外植体的方向，不要倒插！
（将“形态学上端”朝上，下端朝下）
3、接种外植体
4、实验步骤：
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
4、诱导愈伤组织（脱分化）
培养条件：
①激素比例1：1； ②一般不需要光照；
③温度18---22℃ 。
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。
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
4、实验步骤：
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
5、诱导生芽生根（再分化）
注意：先诱导生芽，再诱导生根！
生芽过程：
生根过程：
培养15-20天后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上（含细胞分裂素比例多），需光照。
长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上（含生长素比例多），进一步诱导形成试管苗，需光照。
4、实验步骤：
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
6、移栽
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼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。每天观察并记录幼苗的生长情 况，适时浇水、施肥，直至开花。
4、实验步骤：
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，试分析它们被污染的可能原因。
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。
被污染的培养基
②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生长。
5.结果分析与评价
根、芽
植物体
再分化
培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等）
④植物激素：
遮光
光照
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
脱分化
愈伤组织
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
愈伤组织重新分化为芽、根等器官
失去特有结构和功能转变成未分化的细胞
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。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。
如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…
排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞
菊花的组织培养
P35
1 选取多肉上健康、饱满的叶片。
2 用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。
3 平躺放在沙床上，叶片间隔相聚2~3厘米。
4 叶片切口不要有碰脏，摆放通风处2~3天，晾干。
5 待叶片晾干后移至半阴处养护。
6 约2~3周后生根，或从叶基处长出不定芽。
7 叶插成功
多肉进行叶插繁殖
【从社会中来】
利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离
思考：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？
怎么办？
植物体细胞杂交技术
阅读教材P36—37，思考以下问题：
1、要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？
2、怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？
3.怎样诱导两个原生质体的融合？与细胞膜的什么特性有关？
4.如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步如何将杂种细胞培育成杂种植株？
融合后得到的杂种细胞需要通过植物组织培养才能形成杂种植株。
二
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
去除细胞壁
诱导融合
脱分化
再分化
移栽
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成功的标志：
获得杂种植株
再生出细胞壁
四、植物体细胞杂交技术
（1）去除细胞壁
①去壁的原因：___________________________________
②方法：____________
③相关酶：______________________ 为什么用上述酶？
酶解法
细胞壁阻碍着细胞间的杂交
纤维素酶和果胶酶
酶的专一性
获得原生质体
四、植物体细胞杂交技术
⑤结果：__________________
通常将细胞置于含有纤维素酶和果胶酶的溶液中（为维持细胞形态，外界溶液浓度应等于或略大于细胞液浓度）
④操作：__________________
（2）原生质体间的融合
物理方法：电融合法、离心法
化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、 高Ca2+-高pH融合法
①原理：_____________________
②人工诱导原生质体融合的方法：
细胞膜的流动性
四、植物体细胞杂交技术
②新细胞壁的形成与哪些细胞器有关？
高尔基体、线粒体
①融合完成的标志：______________________________
（3）再生出细胞壁
融合的原生质体再生出细胞壁
四、植物体细胞杂交技术
思考： 若只考虑原生质体的两两融合，A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？
番茄细胞原生质体
马铃薯细胞原生质体
电激或PEG
未融合的细胞
杂种细胞
自身融合的细胞
细胞壁
因此要对融合后的原生质体进行筛选。
等量混合
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
指的是脱去细胞壁的细胞。动物细胞也可看做是原生质体。
原生质体
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。
原生质层
【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层
A为2a=20
B为2b=30
50
4
杂种细胞染色体数为？
杂种细胞染色体组数为？
从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。
染色体数目增加，属于染色体数目的变异
辨析：原生质层和原生质体
两亲本染色体数之和
两亲本染色体组数之和
若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数：　　　　；染色体组数：　　；
属于_________倍体植株;基因型：____________；属于可遗传变异类型中的________________。
2x＋2y
4个
AabbccDd
染色体数目变异
思考：
(异源)四
通过植物体细胞杂交技术得到的杂种植株，理论上—— ，原因是：
可育的
杂种植株含有两整套遗传物质，减数分裂时同源染色体能正常联会，形成正常配子。
1. 概念：
指将不同来源的植物体细胞，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。
4.两个标志
（1）植物细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁
（2）植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
5.意义：
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
2.融合实例:
3.原理：
细胞膜的流动性、植物细胞的全能性
四、植物体细胞杂交技术
1、植物组织培养技术
2、植物体细胞杂交技术
植物细胞工程的基本技术
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 无性繁殖
细胞全能性
①脱分化
②再分化
保持优良性状，繁殖速度快
植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
克服不同种生物远缘杂交的障碍
①去除细胞壁
②融合形成杂种细胞
③组织培养
细胞膜的流动性、细胞全能性
染色体变异、基因重组
植物组织培养 vs 植物体细胞杂交
“其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（dài）夫花开，凝晴滾露，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？
【提示】利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。兰花是观赏植物中最常见的一类，依靠植物组织培养繁育种苗的植物，其组培苗的数量约占观赏植物组培苗总量的40%。
从社会中来
练习与应用
一、概念检测
1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育
高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（ ）
A.进行a处理时能用胰蛋白酶
B.b是诱导融合后得到的杂种细胞
C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽
D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中
√
2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细
胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分
纤维素酶和果胶酶
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
拓展应用
第1节 植物细胞工程
二
铁皮石斛
2.1.2 植物细胞工程的应用
三 植物细胞工程的应用（第2课时）
（一）植物繁殖的新途径
（二）作物新品种的培育
（三）细胞产物的工厂化生产
根、芽
植物体
再分化
培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等）
④植物激素：
遮光
光照
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
脱分化
愈伤组织
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
愈伤组织重新分化为芽、根等器官
失去特有结构和功能转变成未分化的细胞
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。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。
如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…
排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞
温故·知新
菊花的组织培养
①
②
③
④
⑤
融合的原生质体
原生质体B
原生质体A
去壁
去壁
植物A细胞
诱导融合
再生出细胞壁
杂种细胞
脱分化 （细胞分裂）
愈伤组织
再分化
杂种植株
植物
组织
培养
植物
细胞
融合
植
物
体
细
胞
杂
交
植物B细胞
温故·知新
资料1：兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。
实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……如何解决？
1. 快速繁殖
20世纪60年代，荷兰科学家成功地利用植物组织培养技术来培育兰花。目前，荷兰的兰花生产已发展成举世闻名的兰花产业。
（1）概念: 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，称为快速繁殖技术，也叫微型繁殖技术。
一、植物繁殖的新途径——快速繁殖
我国组织培养技术也已经广泛应用于兰花种苗的规模化繁殖，使得名贵兰花的价格大幅下降，普通百姓也能购买和观赏。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
植株
移栽
（2）过程:
一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。
甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的产生已形成一定规模。
(3)优点：
①高效、快速地实现种苗的大量繁殖；
②无性繁殖，保持优良品种的遗传特性；
③可实现产业化生产
(4）实例：
铁皮石斛
一、植物繁殖的新途径——快速繁殖
2.作物脱毒
马铃薯
（1)作物脱毒的原因
草莓
香蕉
感染的病毒很容易传给后代
无性繁殖
病毒在作物体内积累
作物产量降低品质变差
一、植物繁殖的新途径—作物脱毒
马铃薯、草莓和香蕉等通常是用无性繁殖的方式进行繁殖的，它们感染的病毒很容易传给后代。病毒在作物体内逐年积累，导致作物产量降低、品质变差。
（2）脱毒方法：
取材：植物顶端分生区附近（如茎尖、芽尖、根尖）
（病毒极少，甚至无毒）
(植物组织培养)
脱毒苗
注：脱毒苗≠抗毒苗。与快速繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。
通过组织培养技术获得的脱毒苗是否具有抗病毒能力？
抗毒苗：
基因工程范畴
抗病基因
导入
植物细胞
植物组织培养
完整植株
一、植物繁殖的新途径—作物脱毒
马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。
茎尖
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
脱毒苗
移栽
（3）脱毒过程：
（4）原理：
植物组织培养（全能性）
（5）优点：
提高农作物的产量和品质；获得高产优质的脱毒植株。
（6）实例：
与微型繁殖相比，二者无本质区别，只是取材部位不同。
一、植物繁殖的新途径—作物脱毒
①树木需生长数年才能结出种子。
④优良杂交种后代会因发生性状分离而丧失优良特性。
②受季节、气候和地域的限制。
③制种时需要占用大量土地。
如何克服缺陷？
常规种子植物生产的不足：
一、植物繁殖的新途径 ——人工种子
3、人工种子
（1）概念：通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。
胚状体
人工胚乳
人工种皮
一、植物繁殖的新途径 ——人工种子
过程：
外植体
愈伤组织
脱分化
胚状体
再分化
完整植物体
制成人工种子
种下去
包裹人工种皮
无性生殖
人工种子来自有性生殖？无性生殖？
问：人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，人工种皮中应该具有的有效成分是什么
问：为了促进胚状体的生长发育。我们还可以向人工种皮中加入哪些物质
适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素等。
植物生长调节剂。
一、植物繁殖的新途径 ——人工种子
人工薄膜，透气透水
种皮
胚状体（不定芽、顶芽和腋芽）
胚
营养物质+抗生素、
农药+有益菌+植物生长调节剂
胚乳
胚状体
人工胚乳
人工种皮
单子叶植物的种子
胚
种皮
胚乳
组成：胚状体＋人工种皮＋人工胚乳
⑤后代无性状分离，保持优良品种的遗传特性
①易于储藏和运输
④解决某些作物品种繁殖能力差、结子
困难或发芽率低等问题
③避免占用大量土地制种，节约粮食
优点：
②不受季节、气候和地域的限制
一、植物繁殖的新途径 ——人工种子
AA BB
AA bb
aa BB
aa bb
A B
A b
a B
a b
减数分裂
花药（花粉）离体培养
aa BB
AA bb
×
Aa Bb
A B
A b
a B
a b
人工诱导染色体加倍
单倍体育种
体细胞诱变育种
杂交育种
第一年
第二年
aa BB
AA bb
×
Aa Bb
A_B_
淘汰
自交
AA BB
稳定
遗传
性状分离
淘汰
第一年
第二年
人工诱变
（一般两个基因同时突变概率较低，此处仅为方便示意）
每株的种子单独收获在一起
第三年
种成株系
回顾：单倍体，杂交育种，诱变育种过程
单倍体
由生殖细胞直接发育而来，无论体细胞中含有几个染色体组一律称为单倍体。
①成因：
②代表生物：
③特点：
由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成。
蜜蜂中的雄蜂
植株弱小，果实多而小，一般高度不育（不是全部）。
④应用：
单倍体育种
二、作物新品种的培育——单倍体育种
1.单倍体育种
DDtt
Dt
DdTt
DDtt
自交
选择亲本
有性杂交
F1代
花药离体培养
单倍体植株
染色体数目变异、植物细胞的全能性
(1)方法:
通过花药离体培养获得单倍体植株，经染色体加倍,选择稳定遗传优良品种。
(2)原理:
正常
植物
花药
愈伤
组织
单倍体幼苗　
脱分化
再分化
染色体加倍
秋水仙素处理
纯合
二倍体
优良品种
花药
花粉
脱分化
单倍体
纯合二倍体
秋水仙素
染色体加倍
选择
大多矮小，不育
再
分
化
二、作物新品种的培育——单倍体育种
①明显缩短育种年限;
②是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料；
③后代大多都是纯合体，能稳定遗传。
(3)优点:
我国科学家在1974年成功培育出世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。
（4）实例
我国科学家把单倍体育种与常规育种结合起来，育成水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物的新品种。
二、作物新品种的培育——单倍体育种
白三叶草（抗病、抗盐、
含高蛋白、高产）
突变体
二、作物新品种的培育——突变体的利用
（1）产生原因： 在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。
（2）过程：
外植体
新品种
筛选培育
愈伤组织
脱分化
多种突变体　
诱导分化
（3）利用：
筛选对人们有利的突变体,进而培育成新品种。
诱变处理（物化）
2.突变体的应用
二、作物新品种的培育——突变体的利用
（7）实例：
已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，
抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
（4）原理：
基因突变和植物细胞的全能性。
（5）优点：
2.突变体的应用
提高变异的频率，加速育种进程；大幅度地改良某些性状。
（6）缺点：
由于突变的不定向和低频性，有利性状比较少，需要大量处理实验材料。
四种育种方法的比较
育种方法 原理 过程 优点
快速繁殖 脱分化、再分化 保持优良品种的遗传特性
突变体 的利用 基因突变、 细胞的 ; 对愈伤组织进行诱变处理后再筛选 提高 ，获得优良性状
单倍体 育种 细胞的 、 ; 、 诱导染色体数目加倍 明显缩短？
植物体细 胞杂交 细胞膜的 、 细胞的 ; 融合、 杂种细胞组织培养 打破 ，
实现 。
细胞的全能性
全能性
突变率
全能性
染色体变异
先花药离体培养
再秋水仙素
育种年限
流动性
全能性
植物细胞
生殖隔离
远缘杂交
生物生长生存所必需的代谢活动，如糖类、脂质、蛋白质、核酸等
植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物
③本质：一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等
1.植物的代谢产物
①初生代谢物：
②次生代谢物：
三、细胞产物的工厂化生产
④作用：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。
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
含量很低，从植物组织提取会大量破坏植物资源；
有些产物不能或难以通过化学合成途径得到。
⑤缺点：
三、细胞产物的工厂化生产
红豆杉，是红豆杉属的植物的通称。该属约11种，分布于北半球。中国有4种1变种。 红豆杉属于浅根植物，其主根不明显、侧根发达，是世界上公认濒临灭绝的天然珍稀抗癌植物，是经过了第四纪冰川遗留下来的古老孑遗树种，在地球上已有250万年的历史。由于在自然条件下红豆杉生长速度缓慢，再生能力差，所以很长时间以来，世界范围内还没有形成大规摸的红豆杉原料林基地。
紫杉醇是存在于红豆杉属植物体内的一种次生代谢物，具有高抗癌活性，现在已被广泛用于乳腺癌等癌症的治疗。生产紫杉醇的传统方法是从红豆杉的树皮和树叶中提取，但野生红豆杉是濒危植物，这种方法不利于对它们的保护。我国科学家经过多年研究，筛选出了高产紫杉醇的细胞。
离体植物组织
脱分化
愈伤组织
从愈伤组织中提取紫杉醇
三、细胞产物的工厂化生产
2、技术：植物细胞培养
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
愈伤组织细胞培养
3.过程:
外植体
愈伤组织
脱分化
细胞悬液
培养、提取、破碎
分散开
去壁
细胞产物
（液体培养基）
只培养到愈伤组织阶段
4.结果:
该过程不能体现植物细胞的全能性
注意: 一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中获得细胞产物!
利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
实例
紫草宁——具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性
紫杉醇——具有高抗癌活性，已被用于乳腺癌等癌症的治疗
红豆杉→紫杉醇
紫草→紫草宁
人参→
人参皂苷
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
5.优点:
人参为我国名贵药材，现今因野生资源短缺，多用人工栽培，但人工栽培生长缓慢，6年才能生成10克左右（干重）人参根。
解决办法：利用植物组培工厂化生成细胞产物
三、细胞产物的工厂化生产
工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：
人参根 　 愈伤组织 　　 增长速度快而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞 细胞增殖　 提取人参皂甙干粉
脱分化
培养选择
破碎细胞
放入发酵罐
【归纳总结1】植物组织培养和植物细胞培养的比较
比较项目 植物组织培养 植物细胞培养
目的
原理
过程
应用
植物细胞的全能性
细胞增殖
获得植物体
获得细胞产物
快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等
细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等
到社会中去
市场上有一种叫作“手指植物“的工艺品受到很多人的欢迎这些 “手指植物”通常培育在装有彩色固体培养基的小玻璃瓶中，只要保证充足的光照和适宜的温度，不需要额外补充水分或营养物质， 它们就能在玻璃瓶中生长三四个月之久学习了本节课之后，你也可以尝试制作“手指植物”。如果有商店正在出售这种植物，你还可以做个市场调查，了解它们的销售情况和经济效益，分析它们为什么受欢迎，并写出调查报告。
【提示】手指植物的制作方法用到了植物组织培养技术。在制作过程中，一定要注意做好灭菌和消毒工作，为了防止污染可在培养基中加入一定量的抑菌剂。另外,还可以根据个人喜好，在培养基中加人适量的色素或者荧光剂，使“手指植物”更具有观赏价值。
概念
植物细胞融合
原生质体制备
过程
变异类型
植物组织培养
原生质体融合
原理
育种类型
本堂小结
原理
过程
花药离体培养
细胞全能性
操作步骤
脱分化
再分化
外植体
根、芽、胚状体
愈伤组织
外植体消毒
接种
切块
形成愈伤组织
诱导生芽生根
植物体细胞杂交
植物组织培养
植物细胞工程
优缺点
一、概念检测
1. 运用植物细胞工程技术可以培育单倍体植株和进行细胞产物的工厂化生产。判断下列相关表述是否正确。
（1）用花药培养得到单倍体植株需要用到植物组织培养技术。（ ）
（2）细胞产物的工厂化生产主要是利用促进细胞生长的培养条件，提高了单个细胞中次生代谢物的含量。（ ）
2.生产中培育香蕉脱毒苗常用的方法是 （ ）
A.人工诱导基因突变
B.选择优良品种进行杂交
C.进行远缘植物体细胞杂交
D.取茎尖分生组织进行组织培养
√
×
D
练习与应用（P42）
1.紫色非甜玉米（基因型为AASuSu ）和白色甜玉米（基因型为aasusu ）杂交（Su和su代 表一对等位基因）,得到的F1（ AaSusu ）再进行自交，F2会有紫色甜玉米的表型产生。如果运用常规育种方法，应该如何筛选出纯合的紫色甜玉米？如果利用花药培养的技术，又应该怎样做呢？请你设计相关实验的思路。
【答案】F2中的紫色甜玉米的基因型可能为 Aasusu或 Aasusu。如果运用常规育种方法，将F2中的紫色甜玉米与白色甜玉米( aasusu)进行测交，可以选择出基因型为 AASUSU的纯种紫色甜玉米。但这种方法比较烦琐，耗时也较长，需要至少三年的选种和育种时间。其实在F1产生的花粉中就可能有Asu的组合，如果利用花药培养的技术获得单倍体植株，再经过诱导染色体加倍，就可以直接得到紫色甜玉米的纯合体。这种方法可以大大缩短育种周期。
练习与应用（P42）
二、拓展应用
【提示】积极探索其他的繁育途径。例如，研究如何利用植物组织培养技术繁育甜叶菊，研究内容涉及植物组织培养材料的选择，培养基配方的优化，提高试管苗移栽成活率的方法等，最终目的是建立一套利用植物组织培养技术繁育甜叶菊的标准技术体系，实现甜叶菊种苗的产业化生产。
2. 甜叶菊是一种菊科植物，植株中所含甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍左右，而它的热量却很低，所以它逐渐成为一些用糖行业欢迎的新糖源。甜叶菊的种子小，发芽率低，种子繁殖遗传性状不稳定；而扦插植株的根系弱，且需要原始材料多，这些都会限制甜叶菊的生产。假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，该公司当前运行状况良好，但一直未能解决种子发芽率低的问题，为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策，并请说出理由。
练习与应用（P42）
二、拓展应用

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