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(共28张PPT)
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生物工程。分为植物细胞工程和动物细胞工程。
细胞工程
原理
目的
操作水平
第2章 细胞工程
2.1 植物细胞工程 第1课时
——植物细胞工程的基本技术
胡萝卜植物组织培养
番茄-马铃薯（想象图）
1
2
概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程
尝试进行植物组织培养
学习目标
从社会中来
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？
利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。
一、植物组织培养技术
是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。
植物细胞具有全能性
（1）什么是细胞的全能性？
（2）细胞具有全能性的原因是什么？
（3）为什么生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官？
1.植物组织培养技术概念
2. 理论基础
一、植物组织培养技术
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。
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.细胞具有全能性的原因：
1.全能性的定义：
分裂
分化
分裂
分化
共同
组成
生物个体
受精卵
干细胞
体细胞
用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株
这是植物组织培养的基本原理
一、植物组织培养技术
3.体内细胞不能表现出全能性的原因：
在特定时间和空间条件下，细胞中基因的选择性表达。
思考：从一粒种子长成一棵植株是否体现了细胞的全能性？
否
拓展：不同细胞全能性的比较
（1）体细胞全能性：分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞；
分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞；
幼嫩的细胞＞衰老的细胞
（2）不同细胞的全能性：受精卵＞体细胞；部分生殖细胞＞体细胞。
（3）不同生物的细胞全能性：植物细胞＞动物细胞
总结：一般分裂能力强的细胞，分化程度低，全能性高
一、植物组织培养技术
一、植物组织培养技术
1.植物组织培养的基本流程
根、芽
脱分化
再分化
愈伤组织
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…
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
已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程
愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程
完整植株
生长发育
一、植物组织培养技术
2. 植物激素的作用
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。
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，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
简记：“高”根，“低”芽，“中”愈伤
探究 实践：菊花的组织培养
目的
（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
材料
(1)外植体：
幼嫩的菊花茎段（细胞分裂旺盛，容易脱分化表达全能性）
(2)体积分数为70%的酒精：
对手、超净工作台、外植体进行消毒
(3)质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液:
(4)无菌水:
清洗外植体
MS培养基
有机营养如蔗糖（提供碳源和能源，调节渗透压）、植物激素（生长素、细胞分裂素等）、天然附加物、水、无机营养（大量元素、微量元素）、
利用其强氧化性消毒
探究 实践：菊花的组织培养
流水冲洗
→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
炼苗、移栽
材料：
幼嫩的菊花茎段
（细胞分裂旺盛，容易脱分化表达全能性）
无菌操作目的
避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。
探究 实践：菊花的组织培养
流水冲洗
→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
炼苗、移栽
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。
探究 实践：菊花的组织培养
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
炼苗、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。
接种外植体时，不要倒插！
（将“形态学下端”插入培养基）
探究 实践：菊花的组织培养
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
炼苗、移栽
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。
置于黑暗
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
愈伤组织不含叶绿素，不能进行光合作用。
外植体被污染的原因是：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。
探究 实践：菊花的组织培养
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
炼苗、移栽
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。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。
置于光照！
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
诱导愈伤组织、芽、根所用的培养基成分不同
探究 实践：菊花的组织培养
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
炼苗、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。
炼苗！
移栽！
观察！
探究 实践：菊花的组织培养
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？
不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。
于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。
——植物体细胞杂交技术
(打破生殖隔离，实现远缘杂交育种)
二、植物体细胞杂交技术
1．你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？应该怎么处理？
2．有没有一种温和的去壁方法呢？
3．两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？
4.实现原生质体融合可以采用哪些技术手段？
5．如何将杂种细胞培育成杂种植株？
自主探究
去细胞壁
酶解法（纤维素酶和果胶酶）
流动性
物理法和化学法
植物组织培养技术
二、植物体细胞杂交技术
马铃薯细胞
番茄细胞
正在融合的原生质体
番茄原生质体
马铃薯原生质体
酶解法去壁
细胞壁
纤维素酶、果胶酶
原生质体
物理法：
化学法：
电融合法、离心法
聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+_高pH融合法等
人工诱导融合
1.番茄原生质体与马铃薯原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？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？
3种类型：番茄-番茄融合细胞、马铃薯-马铃薯融合细胞、番茄-马铃薯杂交细胞。
我们需要的是番茄-马铃薯杂种细胞。
因此要对融合后的原生质体进行筛选。
思考
二、植物体细胞杂交技术
2.若番茄细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。马铃薯细胞含有4y条染色体，4个染色体组，基因型为ccccDDdd。
马铃薯细胞
番茄细胞
正在融合的原生质体
番茄原生质体
马铃薯原生质体
筛选
杂种细胞
原生质体融合成功的标志
再生出细胞壁
酶解法去壁
人工诱融
植物细胞融合
原理：细胞膜的流动性
思考
6（异源六倍体）
从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
染色体数目变异
2x＋4y
杂种细胞染色体数为？
杂种细胞染色体组数为？
AabbccccDDdd
杂种细胞基因型为？
二、植物体细胞杂交技术
马铃薯细胞
番茄细胞
正在融合的原生质体
马铃薯原生质体
番茄原生质体
植物体细胞杂交完成的标志
原理：植物细胞的全能性
再分化
杂种植株
移栽
移栽后的植株
脱分化
愈伤组织
植物组织培养
杂种细胞
原生质体融合成功的标志
再生出细胞壁
植物细胞融合
原理：细胞膜的流动性
筛选
人工诱融
酶解法去壁
二、植物体细胞杂交技术
主要原因：
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。
3. “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，地下结马铃薯，这是为什么？
思考
二、植物体细胞杂交技术
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。
+
白菜
甘蓝
=
白菜-甘蓝
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
仍有许多理论与技术问题没有解决，还不能让杂种植株表现出人们所需要的所有性状
1. 概念：
2. 实例：
3.意义：
4.研究现状：
白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。
植物细胞工程的基本技术
比较
植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术
繁殖 方式
原理
主要步骤
意义
联系
无性繁殖
植物细胞全能性
①脱分化
②再分化
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
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
①去除细胞壁
②融合形成杂种细胞
③植物组织培养
细胞膜流动性、植物细胞全能性
无性繁殖
课堂小结
练一练 P38【练习与应用】

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