资源简介

(共30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，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
动物细胞工程
植物细胞工程
植物组织培养
植物体细胞杂交
细胞工程
细胞工程
1902年，哈伯兰特，提出细胞全能性的理论。
1958年，斯图尔德，发现胡萝卜的体细胞可分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。
1960年，科金，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，在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。
1971年，卡尔森，诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。
1974年，土壤农杆菌的Ti质粒发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。
【科技探索之路 · 植物细胞工程的发展历程】
1975年，米尔斯坦和科勒，创立单克隆抗体技术
1890年，希普，世界上首例胚胎移植成功
1907年，哈里森，
首创了动物组织体外培养法
1951年，张明觉，
发现哺乳动物精子获能现象
1958年，格登，体细胞核移植成功
1959年，试管家兔诞生
1978年，胚胎分割移植工程
1981年，埃文斯，
分离和培养小鼠胚胎干细胞
1996年，克隆羊诞生
2006年，山中伸弥，
获得诱导多能干细胞
2014年，单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生
2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴
【科技探索之路·动物细胞工程的发展历程】
第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
第1课时 植物细胞工程的基本技术
1.定义：
2.具有全能性的原因：
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
细胞内含有本物种全部（全套）遗传信息。都有发育成为完整个体所需的全部基因。
一、植物细胞的全能性
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
分化程度低的＞分化程度高的
分裂能力强的＞分裂能力弱的
受精卵＞生殖细胞＞体细胞
受精卵＞干细胞＞体细胞
植物细胞＞动物细胞
3.细胞全能性大小比较：
④不同生物细胞的全能性：
①体细胞全能性与细胞分化程度：
②体细胞全能性与细胞分裂能力：
③不同类型细胞的全能性:
生长点
叶原基
芽轴
芽原基
枝芽结构示意图
叶原基的细胞只能发育为叶
芽原基的细胞只能发育为芽
在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达
5.植物细胞表现出全能性的条件
①离体
②一定的营养物质、植物激素
③适宜的温度、pH、光照、无菌等外界条件
4.生物体生长发育过程中并不是所有细胞都表现出全能性
二、植物组织培养技术
1.概念：
3.一般过程：
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。
2.理论基础：
植物细胞的全能性
外植体
生殖方式：无性生殖
分裂方式：有丝分裂
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
在一定的激素和营养条件的诱导下，使已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞。
细胞排列疏松而无规则，高度液泡化的呈不定型状态的薄壁细胞
愈伤组织在培养过程中重新分化为芽、根等器官
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
（1）实验原理
①植物细胞一般具有 ；
全能性
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；
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽等
试管苗
完整植株
移栽
胚状体
胚状体（体细胞胚）：离体培养条件下，体细胞培养或生殖细胞培养，没有经过受精过程，但是形成与经过受精后胚胎发育过程所形成的胚胎类似的胚状类似物结构。
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
细胞分裂素
生长素
芽分化
愈伤组织
根分化
生长分裂定方向
高根低芽中愈伤
（1）实验原理
③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，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。
适中：利于愈伤组织的形成
低：利于芽的分化
高：利于根的分化
生长素
细胞分裂素
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、用量的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
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
（3）材料用具
①外植体：
幼嫩的菊花茎段
（容易诱导形成愈伤组织）
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：
对外植体进行消毒
④无菌水：
清洗外植体
⑤培养基（参见本书116页附录1）
包括无机营养成分（水和无机盐）、有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的激素（主要是生长素和细胞分裂素）
蔗糖的作用：
提供能量，调节渗透压
灭菌方法为：
湿热灭菌法
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
消毒：
切割：（无菌操作）无菌滤纸吸去表面水分，切成0.5~1cm长的小段
酒精
30S
无菌水
2-3次
次氯酸钠溶液
30min
材料：
幼嫩的菊花茎段
2-3次
无菌水洗
消毒与无菌水冲洗
切割与接种
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
（4）方法步骤
防止杂菌生长：
①杂菌与培养物竞争（种间竞争）营养；
②产生有害物质危害培养物。
制备外植体
接种培养
试管苗移栽
制备外植体
接种培养
试管苗移栽
①在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2接种到诱导愈伤组织培养基形成愈伤组织
培养温度：18-220C、避光 （脱分化）
愈伤组织
愈伤组织
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
（4）方法步骤
接种时注意外植体的方向，不要倒插。
（形态学上端朝上，下端朝下）
制备外植体
接种培养
试管苗移栽
②培养15~20d后，将生长良好的愈伤组织接种到诱导生芽培养基
诱导生芽
③长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基
诱导生根
若先生根后面就不易生芽
（4）方法步骤
（再分化）
每日需要给予适当时间和强度的光照。（光照培养，促进叶绿素合成）
制备外植体
接种培养
试管苗移栽
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。
试管苗
移栽
培养室
（4）方法步骤
根、芽
胚状体
脱分化
再分化
培养条件：
①无菌
②营养物质
③适宜环境条件（温度、PH、光等）
④植物激素：
细胞分裂素 生长素
遮光
一定的光照
愈伤组织
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
试管苗
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
注：实验中使用的培养基和所有器械都要灭菌，接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。
5.过程归纳：
1. A、B过程分别为 。A过程一般 光照，该过程细胞分裂方式是 ，B过程细胞分裂方式是 ，同时也进行 ，该过程 光照，因为 。C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A过程和B过程。
3. 植物组织培养是一个 （无性繁殖或有性繁殖）过程。
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
浓度和比例
【即时练习】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
叶绿素的合成需要光照
需要
欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么妙招？
【思考·讨论】
1. 通过有性杂交能实现吗？为什么？
不能，不同物种之间存在生殖隔离。
植物体细胞杂交技术。
2. 有没有方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？
1. 概念：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。
三、植物体细胞杂交技术
2. 技术流程
去除细胞壁
去除细胞壁
脱分化
再分化
原生质体：脱去细胞壁的细胞
植物细胞 = 细胞壁 + 原生质体
去壁
①
去壁
①
融
合 ②
再生
新壁
③
脱分化
④
再分化
⑤
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
植物体细胞杂交
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）
酶解法：纤维素酶和果胶酶（等渗或略大于）
酶解法原理：植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成；酶具有专一性
3.过程
（完成标志：形成杂种植株）
（完成标志：形成新的细胞壁）
诱导融合方法：
物理法：电融合法、离心法等
化学法：聚乙二醇、高Ca2+ —高PH融合法
体细胞融合成功后培养基中共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。
高尔基体参与、线粒体供能
4、技术及原理
植物细胞融合技术
植物组织培养技术
原理：细胞膜的流动性
原理：植物细胞的全能性
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
概念辨析：原生质体和原生质层
原生质体：脱去细胞壁的细胞，
包括细胞膜、细胞质、细胞核。
原生质层：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。
【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。
原生质层
5.变异类型：
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
6.意义：
打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍，培育植物新品种。
三、植物体细胞杂交技术
对点训练：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： ；基因型： 。
2X＋2Y
4个
AabbccDd
7.优缺点：
①优点
打破远缘亲本杂交生殖隔离，扩展杂交亲本组合范围。
②缺点
有可能杂交不成功，即使杂交成功也可能不产生人们想要的性状。
三、植物体细胞杂交技术
植物组织培养 植物体细胞杂交技术
原理
过程
意义
联系
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
植物细胞的全能性
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
脱分化
再分化
根、芽或胚状体
植物体
生长发育
植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较
植物细胞A
植物细胞B
原生质体A
去壁
原生质体B
去壁
人工诱导
融合的原生质体AB
杂种细胞AB
愈伤组织
脱分化
再生细胞壁
杂种植株
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技术
克服不同种生物远缘杂交的障碍
为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？（拓展应用P38）
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。
未解决的问题：
有些杂种植株未按照人们的意愿表现出亲代的优良性状
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
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
课堂小结
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　　　　　　　 。
（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 。
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
细胞的全能性
AaBbYYEe
练习与应用
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
A
一、概念检测

展开更多......

收起↑