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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
细胞工程的概念
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
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
细胞工程的发展历程
哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。
斯图尔德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。
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
古哈等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。
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。
土壤农杆菌的Ti质粒被发现。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。
1902年
1958年
1960年
1964年
1971年
1974年
植物细胞工程
细胞工程的发展历程
动物细胞工程
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。
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
从社会中来
“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（dài）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（xūn）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（zhānɡ）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？
叶子
花瓣
花粉
细胞
植物体
植物组织培养技术
播种
扦插
一般情况下（人工栽培）
一定条件下：
细胞的全能性
一、植物组织培养技术
（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。
（3）体现细胞全能性的标志：
细胞 → 完整个体或其他各种细胞
（4）全能性大小比较：
分化程度越高，全能性越低
1.植物细胞工程的理论基础
——植物细胞的全能性
植物细胞的全能性>动物细胞全能性
受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞(精细胞、卵细胞)>体细胞
（2）细胞具有全能性的根本原因：
生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全部遗传物质。
一、植物组织培养技术
分裂能力强的＞分裂能力弱的。
一、植物组织培养技术
在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性的原因？
在特定时间、空间条件下，基因的选择性表达。
（1）不体现全能性的实例：
芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶
（2）不体现全能性的原因：
（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适宜的条件（温度、氧气、PH、光照、无菌等）
2.植物组织培养技术
一、植物组织培养技术
（1）概念：
（3）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）原理：
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
生殖方式：无性生殖分裂方式：有丝分裂
离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体
——植物细胞工程的基本技术
脱分化
再分化
再分化
离体、无菌条件、种类和比例适宜的营养物质、植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）的诱导和调节、适宜的外界条件（温度、pH、光照等）。
脱分化：
在___________________条件的诱导下，已经分化的细胞_______________________，转变为_____________，进而形成_________的过程。
一定的激素和营养等
失去其特有的结构和功能
未分化的细胞
愈伤组织
愈伤组织：
脱分化形成的不定形的薄壁组织团块。
再分化：
愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。
适宜的培养条件：
脱分化过程一般不需要光照、再分化过程需要光照。
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
幼苗
完整植株
移栽成活
一、植物组织培养技术
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）
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
幼苗
完整植株
移栽成活
一、植物组织培养技术
②愈伤组织：脱分化形成的不定形的薄壁组织团块。
一、植物组织培养技术
特点：细胞排列疏松无规则、高度液泡化、色浅，具有较强的分裂能力
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。
一、植物组织培养技术
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽
幼苗
完整植株
移栽成活
注意事项
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.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。
一、植物组织培养技术
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
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，
细胞分裂素
生长素
芽分化
愈伤组织
根分化
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
一、植物组织培养技术
（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：
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（P116--参见本书附录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：
提供营养
灭菌方法为：
湿热灭菌法
维持培养基的渗透压
固体培养基
一、植物组织培养技术
一、植物组织培养技术
4.实验步骤：
① 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
流水冲洗→酒精消毒30s→立即用无菌水清洗2～3次→次氯酸钠溶液处理30min→立即用无菌水清洗2～3次。
②外植体的切段
将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中→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。
目的：防止杂菌生长。杂菌会与培养物竞争营养；杂菌产生有害物质危害培养物。
一、植物组织培养技术
4.实验步骤：
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】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
④诱导愈伤组织（脱分化）
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。
培养条件：
①激素比例1：1；
②一般不需要光照；
③温度18---22℃ 。
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
一、植物组织培养技术
4.实验步骤：
⑤诱导生芽生根（再分化）
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培养。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】诱导顺序：先诱导生芽，再诱导生根！
该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！
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.实验结果分析与评价
（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，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。
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。
（2）从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？
2周左右
（3）你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？
生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培的办法。
培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷酒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h。掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。可以在课后统计移栽的成活率，看看移栽是否合格。
一、植物组织培养技术
脱分化与再分化的比较
名称 脱分化 再分化
过程 外植体→愈伤组织 愈伤组织→胚状体(长出芽和根)
形成体特点 排列疏松、无规则、高度液泡化的薄壁细胞团块 有根和芽
涉及的细胞活动 细胞增殖 细胞增殖、细胞分化
条 件 离体、适宜的营养 生长素/ 细胞分裂素 比例适中 比例高时,诱导根的形成;比例低时,诱导芽的形成
光照 不需要 需要
归纳总结
例1 [2022·浙江6月选考] 下列关于菊花组织培养的叙述,正确的是 ( 　)
A.用自然生长的茎进行组培须用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混合液消毒
B.培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换
C.组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富
D.不带叶片的菊花茎切段可以通过器官发生的途径形成完整的菊花植株
D
练习题
[解析] 对外植体进行消毒时,先用乙醇消毒,然后用无菌水清洗,再用次氯酸钠溶液处理,最后用无菌水多次清洗,A错误;
培养瓶用专用封口膜封口的目的是防止外界杂菌污染,并不影响气体交换,B错误;
组培苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石比较松软,保水性也较好,有利于幼苗根系的发育,C错误;
不带叶片的菊花茎切段可通过脱分化和再分化形成芽和根的途径形成完整的菊花植株,D正确。
二、植物体细胞杂交技术
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
植物体细胞杂交技术
20世纪60年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种地上结番茄、地下长马铃薯的超级作物。你有什么好妙招？
于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现设想。
马铃薯
番茄
二、植物体细胞杂交技术
1.理论
（1）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？
去细胞壁
①去壁原因： 。
②方法： 。
原因
原理
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
植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成
酶的专一性
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常。
等渗溶液
原生质体
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？
二、植物体细胞杂交技术
1.理论
实现原生质体融合可以采用哪些技术手段？
方法：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
理论基础：细胞膜具有流动性
融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞。
验证再生出新壁的实验：
质壁分离和质壁分离复原实验
（3）细胞融合完成的标志：
去壁
融合
原生质体
融合的原生质体
杂种细胞
再生壁
可能出现的融合结果：
（只考虑两两融合时）
A番茄
B马铃薯
因此要对融合后的原生质体进行筛选。
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。
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
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
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
二、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
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
概念
植物细胞融合
去细胞壁
过程
变异类型
植物组织培养
再生成细胞壁
原理
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
归纳总结
诱导原生质体融合
细胞全能性和细胞膜的流动性
染色体数目变异
第2章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
二、植物细胞工程的应用
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。
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、植物繁殖的新途径
(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
注意说明
①快速繁殖实际上是一种无性繁殖。其细胞分裂方式是有丝分裂，亲、子代细胞DNA相同，所以可以保持亲代优良的遗传特性。
②快速繁殖的培养基中需加入细胞生命活动所需的水、矿质元素、小分子有机物以及植物激素等，培养基必须进行灭菌处理，操作过程必须在无菌条件下进行。
一、植物繁殖的新途径
1. 快速繁殖
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。
(4）实例：
铁皮石斛
一、植物繁殖的新途径
1. 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
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。
一、植物繁殖的新途径
（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
2.作物脱毒
一、植物繁殖的新途径
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。
2.作物脱毒
一、植物繁殖的新途径
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
（1）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。
由配子（如卵细胞、花粉等）直接发育而成的个体。
（2）单倍体育种原理：
植物细胞的全能性、染色体（数目）变异。
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
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
单倍体育种
aa BB
×
AA bb
第一年
Aa Bb
第二年
A B
A b
a B
a b
减数分裂
花药（花粉）离体培养
A B
A b
a B
a b
人工诱导染色体加倍
AA BB
AA bb
aa BB
aa bb
杂交育种
aa BB
AA bb
×
Aa Bb
第一年
第二年
自交
A_B_
淘汰
第三-六年
连续自交多代
稳定
遗传
性状分离
AA BB
淘汰
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
（3）单倍体育种与杂交育种的比较
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
(4)优点:
①极大地缩短育种年限，节约大量人力和无力；
②后代大是纯合子，能稳定遗传;
③可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
为什么？
大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。
(4)实例：
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。
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
1.单倍体育种
二、作物新品种的培育
2.突变体的利用
（2）过程
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，因此它们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
突变 包括 基因突变 和 染色体变异
外植体
愈伤组织
试管苗
脱分化
再分化
植株
诱变
突变体
筛选
有用的突变体
（1）原理
（3）原理
基因突变和植物细胞的全能性。
二、作物新品种的培育
2.突变体的利用
（5）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）优点：
提高变异的频率，加速育种进程；大幅度地改良某些性状。
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。
白三叶草
抗除草剂的白三叶草
抗花叶病毒的甘蔗
抗盐碱的野生烟草
三、细胞产物的工厂化生产
1.植物代谢产物
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
①初生代谢物：
②次生代谢物：
本质：一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）
用途：
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。
应用多、产量低、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
相关信息
出生代谢：生物生长生存所必需的代谢活动，一直进行着。如糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
次生代谢：在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。
三、细胞产物的工厂化生产
2、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，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。
①概念
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
②方法
植物细胞培养
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）
④结果：
只培养到愈伤组织阶段
该过程不能体现植物细胞的全能性
三、细胞产物的工厂化生产
2、细胞产物的工厂化生产
⑤优点：
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：
紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品。
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
人参→人参皂苷
紫草→紫草宁
红豆杉→紫杉醇
当 堂 小 结
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。
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。
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
归纳总结
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。
二、拓展应用
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。
【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。
概念
植物细胞融合
去细胞壁
过程
变异类型
植物组织培养
再生成细胞壁
原理
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
归纳总结
诱导原生质体融合
细胞全能性和细胞膜的流动性
染色体数目变异
归纳总结
(1)微型繁殖技术利用了植物细胞的全能性。 (　 )
(2)以茎尖为材料利用植物组织培养技术可获得具有抗病毒特性的新品种。( 　)
(3)体细胞诱变育种获得的都是具有优良性状的新品种。 ( 　)
(4)单倍体育种是通过花药离体培养直接形成新品种的过程。 ( 　)
(5)单倍体育种获得的个体都是纯合子。 ( 　)
(6)植物细胞内的蛋白质是次生代谢物。 ( 　)
√
×
×
[解析] 以茎尖为材料利用植物组织培养技术可获得脱毒植株
[解析] 体细胞诱变育种的原理是基因突变,获得的不都是具有优良性状的新品种。
[解析] 单倍体育种是通过花药离体培养形成单倍体植株,再诱导其染色体数目加倍形成新品种的过程。
×
1.正误辨析
×
如亲本基因型为AAaa的个体,经单倍体育种获得的个体可能出现基因型为AAaa的杂合子。
×
[解析] 植物细胞内的蛋白质是初生代谢物,而不是次生代谢物。
2. [2023·安徽怀宁中学检测] 某课外活动小组获得了一株性状优良的结球生菜,并利用植物组织培养技术对其进行快速繁殖。
下列有关叙述正确的是 (　 )
A.通常选用成熟的叶肉细胞进行植物组织培养
B.为保持结球生菜的优良遗传性状,应选用花粉进行培养
C.在诱导生根时,培养基中应提高细胞分裂素的比例和用量
D.使用酒精和次氯酸钠溶液对外植体进行消毒处理
D
[解析] 植物组织培养通常选用分生区细胞,A错误;
产生花粉的过程中会发生基因分离,不能保持结球生菜的优良遗传性状,应该选用体细胞进行培养来保持结球生菜的优良遗传性状,B错误;
在诱导生根时,应提高培养基中生长素的比例和用量,C错误;
植物组织培养时需使用酒精和次氯酸钠溶液对外植体进行消毒处理,D正确。
3. [2023·吉林东北师大附中期中] 某科研小组拟培育一种名贵菊花的脱毒苗,下列相关叙述错误的是 (　 )
A.植物顶端分生区附近分裂旺盛且病毒少,适合作为外植体
B.应将外植体全部插入培养基中,但要注意插入方向
C.外植体培养成试管苗过程中需要更换培养基
D.试管苗移植前需要用流水清洗掉根部的培养基
B
[解析] 植物的分生区细胞的全能性相对较高,病毒极少或不含病毒,故适合作为外植体,A正确;
应将外植体部分插入培养基中,且需考虑茎段或根段的插入方向,B错误;
在植物组织培养过程中,需要在不同时期,根据培养对象的需求添加或减少一些物质,尤其是植物激素的比例,故植物组织培养得到试管苗的过程中要更换培养基,C正确;
幼苗在培养箱培养一段时间后,需要用流水清洗掉根部培养基,再移入消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中,D正确。
4. [2023·山西大同期中] 下列哪些过程不是只(或完整)经过脱分化、再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤 (　 )
①甜叶菊的快速繁殖②细胞工程拯救濒危植物③脱毒马铃薯的培育 ④单倍体育种⑤抗花叶病毒甘蔗的培育 ⑥次生代谢物的工厂化生产
A.①②③ B.②③⑥ C.①④⑤ D.④⑤⑥
D
[解析] ①快速繁殖需要利用植物组织培养技术直接得到完整的植物个体,需要经过脱分化、再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤,①错误;②细胞工程拯救濒危植物需要利用植物组织培养技术直接得到完整的植物个体,需要经过脱分化、再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤,②错误;③作物脱毒需要利用植物组织培养技术直接得到完整的植物个体,需要经过脱分化、再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤,③错误;
④单倍体育种是通过植物组织培养技术得到单倍体幼苗后,人工诱导染色体加倍,待植株长到适宜阶段再继续选择符合要求的个体,不是只需要经过脱分化、再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤,④正确; ⑤抗花叶病毒甘蔗的培育过程中还需要对愈伤组织进行诱变、筛选等步骤,⑤正确;⑥次生代谢物的工厂化生产的原理是细胞增殖,通过植物细胞培养获得,无须再分化、炼苗、壮苗、移栽等步骤,⑥正确。
5. 花粉植株是体细胞遗传研究和突变育种的理想材料。图是培育四季柑橘(2n=18)花粉植株的过程示意图,有关叙述错误的是 (　 )
A.花粉植株培育的原理是花粉细胞具有全能性,其技术是植物组织培养
B.过程③是细胞再分化,其根本原因是基因的选择性表达
C.四种培养基中所含植物激素比例不完全相同
D.观察处于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖细胞,可观察到18条染色体
D
[解析] 将花粉细胞培育成单倍体植株,培育的原理是花粉细胞具有全能性,其技术是植物组织培养,A正确;
过程③是由愈伤组织到出芽的过程,是再分化,其根本原因是基因选择性表达,B正确;
图中四种培养基均为固体培养基,其中所含的植物激素比例有差异,C正确;
观察处于分裂中期的四季柑橘花粉植株根尖细胞,因为花粉细胞是经过减数分裂产生的,其染色体数目是正常体细胞染色体数目的一半,故可观察到9条染色体,18条染色单体,D错误。
6. [2023·山东德州期中] 长春花是一种药用植物,其次生代谢物长春胺可用于癌症的临床治疗。研究人员用诱变剂——甲基磺酸乙酯(EMS)处理长春花的愈伤组织,筛选后进行扩大培养,得到了生长快且长春胺含量高的长春花突变细胞系。下列说法正确的是 (　 )
A.长春胺是长春花进行基本生命活动所必需的产物
B.选用愈伤组织进行处理是因为其细胞处于不断增殖的状态
C.EMS处理后愈伤组织中大多数细胞发生了突变
D.诱变后的愈伤组织在固体培养基上扩大培养可获得大量长春胺
B
[解析] 根据题意可知,长春胺是长春花的次生代谢物,而次生代谢物不是生物进行基本生命活动所必需的,A错误;
愈伤组织是脱分化后形成的薄壁组织团块,处于不断增殖的状态,易受到培养条件和诱变因素的影响而产生突变,B正确;
由于突变具有低频性,因此EMS处理后愈伤组织中少数细胞发生了突变,C错误;
扩大培养需要用液体培养基,有利于营养物质的吸收和利用,因此诱变后的愈伤组织在液体培养基中扩大培养可获得大量长春胺,D错误。

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