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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，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。
细胞工程的概念
原理和方法
操作水平
目的
分类
细胞生物学、分子生物学和发育生物学
细胞器、细胞或组织
获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
植物细胞工程和动物细胞工程
哈伯兰特提出细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。
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
细胞工程发展历程
聚焦
学习目标：
1.植物细胞的全能性
2.植物组织培养技术
3.植物体细胞杂交技术
第1 节 植物细胞工程
第1课时 植物细胞工程的基本技术
细胞全能性实例：
——多肉进行叶插繁殖
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
一.植物组织培养技术
韧皮部细胞
细胞团块
根或芽
幼苗
胡萝卜植株
1.什么是细胞全能性？原因是什么？
2.不同细胞全能性大小比较？
1)受精卵 生殖细胞 体细胞
2)受精卵 胚胎干细胞 体细胞
3)动物细胞 植物细胞
4)分化程度低的细胞 分化程度高的细胞
5)分裂能力强的细胞 分裂能力弱的细胞
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？
4.植物细胞表现出全能性的条件？
复习旧知
1.理论基础
1)定义
植物细胞具有全能性
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，即细胞具有全能性。
2)原因
高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。
叶子
花粉
花瓣
植物体
细胞
3)全能性大小的比较
4)为什么植物体中细胞没有表现出全能性？
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？
a.离体
b.一定的营养物质、植物激素
c.适宜的温度、pH、光照、无菌等外界条件
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。
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
2.概念
外植体
1)实验原理
①植物细胞一般具有 ；
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，长出芽和根，进而发育成完整的植株；
探究 · 实践：菊花的组织培养
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
植株
细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁组织细胞团块。
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
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
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
用酒精擦拭双手和超净工作台面
流水冲洗外植体（幼嫩的茎段）
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
①外植体消毒
②外植体切段
消毒过的外植体置于无菌培养皿
用无菌滤纸吸去表面水分
用解剖刀将外植体切成0.5~1cm的小段
注意：
实验使用的培养基和所有机械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的机械都要灭菌。
防止杂菌生长。一方面与培养物竞争营养；
另一方面产生有害物质危害培养物。
4)方法步骤
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，并在培养瓶上做好标记
注意：
③接种外植体
接种时，注意外植体的方向，不要倒插
将接种了外植体的锥形瓶置于18~22℃的培养箱中培养
培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况
④诱导愈伤组织
注意：
诱导愈伤组织期间一般不需要光照。
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
⑤诱导芽和根
注意：
诱导芽和根期间需要给予适当时间和强度的光照（叶绿素合成）。
愈伤组织
再分化
芽
根
外植体
脱分化
适中
高
低
生长素
细胞分裂素
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
将幼苗移植到消毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土
每天观察并记录生长情况
适时浇水、施肥，直至开花
⑥移植
脱分化
外植体
黑暗
愈伤组织
再分化
试管苗
植株
光照
移栽成活
离体
无菌
适宜培养基
适宜的外界条件(温度、光照、pH、气体等)
水
琼脂
碳源
无机盐
植物激素
蔗糖：
作为碳源，提供能量、调节渗透压
植物激素：
主要是生长素和细胞分裂素
氮源
5)过程归纳
探究 · 实践：菊花的组织培养
高手种菜，
一树两果，
上番茄下土豆，
一次收获一箩筐，
漂亮好养活！
“超级作物”
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
诱导融合
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）
纤维素酶果胶酶
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
植物细胞融合完成的标志
植物体细胞杂交技术完成的标志
二.植物体细胞杂交技术
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方法。
2.优势
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
3.成功的实例
a.培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种。
b.在木本植物的体细胞杂交方面，培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。
白菜
甘蓝
白菜—甘蓝
×
项目 体细胞杂交 P1：2n(AaBb) 与 P2：2m(CcDd)
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
拓展：植物体细胞杂交后代的遗传变化
若亲本植株可育，则杂种植株可育。杂种植株是不同于亲本的新物种。
项目 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
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
①去除细胞壁
②融合形成杂种细胞
③组织培养（脱分化、再分化）
细胞全能性
细胞膜具有一定的流动性
植物细胞的全能性
无性繁殖、染色体变异
无性繁殖
①脱分化
②再分化
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种
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
1.判断
(1)高度分化的细胞，只有发育成一个完整的生物个体，才能体现出细胞的全能性。
(2)植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。( )
(3)植物激素中的生长素和赤霉素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。( )
(4)植物体细胞杂交就是利用一定的方法将去除细胞壁的不同来源的植物细胞融合为杂种细胞的过程。( )
(5)若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有3种类型。( )
2.玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家在玉米育种和栽培中作了大量的研究。如图是关于玉米培养的过程，据图判断下列说法中错误的是
A.从繁殖原理上分析，A→D属于无性生殖
B.植株D和G中的染色体组数不同
C.E→G不能体现细胞的全能性
D.E→F过程中获得的植株一般不用于大田生产
随堂练习
3.下图表示利用植物体细胞杂交技术获得植物白菜—甘蓝的过程，以下说法错误的是( )
A.①过程表示利用酶解法去除细胞壁获得原生质体的过程
B.④过程可用聚乙二醇诱导原生质体融合
C.③过程中高尔基体活动旺盛
D.最终获得的杂种植物体细胞内含19条染色体

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