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第二章
细胞工程
指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。
细胞工程：
克隆羊“多莉”
“中中”
“华华”
科技探索之路——细胞工程发展历程
1907年哈里森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
1958年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。
1998年汤姆森和吉尔哈特获得可体外培养的人胚胎干细胞
2006年山中伸弥获得诱导多能干细胞
1975年米尔斯坦和科勒获得能稳定遗传的单克隆抗体的杂交瘤细胞株。
1971年卡森诱导烟草原生质体融合，培育出第一株体细胞杂交植物
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。
1996年世界上第一只体细胞克隆羊多莉诞生，随后多种克隆动物相继问世。
2017年我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。
细胞工程
植物细胞工程
动物细胞工程
按操作对象分：
2.1 植物细胞工程
植物细胞工程的基本技术
植物细胞工程的应用
一、植物组织培养技术
“其芽茸茸，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！”
这是我国历史上第一部兰谱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；传统分株繁殖的方式，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。
细胞全能性
1. 什么是细胞全能性？
2. 植物体细胞具有全能性的根本原因是什么？
3. 在生物的生长发育过程中，为什么不是所有的细胞都表现出全能性？
阅读P34，思考：
植物细胞的全能性
1、全能性定义：
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
2、植物体细胞具有全能性的根本原因：
每个细胞都含有该物种的全部遗传信息。
3、在生物的生长发育过程中，为什么不是所有的细胞都表现出全能性？
特定时间、空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。
4、体现全能性的标志：
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
5、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
6、全能性大小比较：
（1）分化程度低的 分化程度高的
（2）细胞分裂能力强的 细胞分裂能力弱
（3）受精卵＿胚胎干细胞 生殖细胞＿体细胞;
植物细胞＿动物细胞
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植物细胞全能性的实例：
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
思考
种子萌发成幼苗，能否体现细胞的全能性？
不能，因为种子中的胚不止一种细胞，含有胚轴、胚根、胚芽等，这些细胞将分别发育成不同的植物器官。
1、植物组织培养技术
指离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工控制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其分化为完整植株的技术。
(1)概念：
自主阅读教材35页，思考并讨论以下问题：
1）概述植物组织培养的一般过程？
2）决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
试管苗
移栽
完整植株
诱导生芽
诱导生根
1）一般过程：
离体的植物器官、组织或细胞
已经分化的细胞，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。
细胞排列疏松无规则，高度液泡化，呈不定形的薄壁组织团块。
愈伤组织重新分化为芽、根等器官
胚状体
长出芽和根
再分化
1、植物组织培养技术
有性生殖还是无性生殖？
2）决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？
植物激素中生长素和细胞分裂素的浓度和比例，会影响植物细胞的发育方向。
1、植物组织培养技术
生长素/细胞分裂素 作用效果
高 有利于根的分化、抑制芽的形成
低 有利于芽的分化、抑制根的形成
适中 促进愈伤组织的生长
简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤 1、目的要求：
（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、材料用具：
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。
菊花的组织培养
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。
1）培养基名称： ； 2）物理性质： ；
3）碳源： 。
拓展1：植物组织培养常用的培养基配方
P116
方法：
酒精
30S
无菌水
2-3次
次氯酸钠溶液
30min
2-3次
无菌水
（1）用酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体进行消毒。
（2）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。
3、方法步骤：
愈伤组织培养
（4）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。
（3）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。
接种室
(5)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。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。
试管苗
移栽
培养室
(6)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虹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。
注意：
1.实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。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。
2.接种时注意外植体的方向，不要倒插。
3.诱导愈伤组织期间一般不需要光照。在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。
（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， 并分析它们被污染的原因。
4.结果分析与评价
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。
1
离体
2
一定的激素和营养等条件
3
无菌操作
4
适宜的温度、pH、光照等外界条件
归纳---植物组织培养技术的要求
植物细胞表现出全能性需要的条件
1.细胞具有全能性的原因是（ ）
A. 体细胞具有发育成完整个体的潜能
B. 生物体的每个细胞都具有全能性
C. 生物体的每个细胞都含有个体发育的全部基因
D. 生物体的每个细胞都是由受精卵发育成的
C
2.下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是（ ）

A. ②阶段会发生减数分裂过程
B. ①阶段需生长素而③阶段需细胞分裂素
C. 此过程体现植物细胞具有全能性　　　
D. 此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
四倍体兰花叶片
愈伤组织
胚状体
植株
③
①
②
C

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