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第二章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
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？
植物通常是通过播种或扦插实现繁殖的。
落地生根
玉米种子萌发
黄豆种子发芽
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，即细胞的全能性。
植物组织培养的基本原理
为什么植物组织或细胞能培养成完整植物体？
1958年美国科学家将胡萝卜韧皮部一些细胞培养获得了完整的新植株。
已分化细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
胚状体
再分化
试管苗
完整个体
这就是植物组织培养技术
※细胞全能性表现的必要条件：
（3）适宜的外界条件（适宜的温度、pH、无菌无毒的环境等）；
(2)一定的营养物质（无机盐、维生素、氨基酸等）和植物激素；
(1)离体
生物体内的细胞在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性的表达，即发生细胞分化。如芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。
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。
1. 植物组织培养的概念
统称外植体
原理：植物细胞的全能性
叶子
花瓣
花粉
细胞
植物体
分化程度越低，全能性越高：
受精卵>胚胎干细胞>
生殖细胞>体细胞）
2、基本过程：
脱分化
再分化
愈伤组织
或胚状体
幼根和芽
外植体
完整植株
（离体的植物器官、组织或细胞）
发育
移栽成活
脱分化
再分化
脱分化
让已经分化的细胞，经过激素诱导后，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
排列疏松无规则，无定形状态，高度液泡化的薄壁细胞。
注意：无叶绿体，可进行有丝分裂
适温、避光
见光后愈伤组织形成维管组织，变为绿色
再分化
脱分化产生的愈伤组织在一定培养条件下再分化成幼根和芽，或胚状体，进而形成小植株的过程。
①实质 ______________
②结果_____________________________________
______________
③光照条件：_________________________
为什么？_____________________________________
④过程中涉及的生命活动
__________________________________________
基因的选择性表达
再分化芽、根等器官，或再分化成胚状体后长出芽和根，进而发育成完整的植株
需要给予适当时间和强度的光照
诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用
既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化
P35【探究˙实践】第1段
决定植物脱分化、再分化的关键因素？
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。。
巧记：高根低芽中愈伤
生长素和细胞分裂素的比例和浓度都会影响植物细胞的发育方向。
低→利于芽的分化
高→利于根的分化
适中→利于愈伤组织的形成
适宜的激素比例
细胞分裂素
生长素
菊花的组织培养
方法步骤：
1.消毒
双手和超净工作台
酒精擦拭
外植体（幼嫩的茎段）：
酒精消毒
30s
无菌水
2~3次
次氯酸钠
30min
无菌水
2~3次
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。
用解剖刀将外植体切
成0.5～1cm长的小段
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
超净工作台无菌操作
2.外植体的切段
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
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）
3.接种外植体
用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记
无菌操作
培养基及培养条件：
激素比例1：1
置于黑暗环境
提供有机碳源（蔗糖）
有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。
4.诱导愈伤组织
将接种了外植体的锥形瓶置于18-22℃的培养箱培养
脱分化
定期观察愈伤组
织的生长情况
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
注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；需要给予适当时间和强度的光照！
5.诱导生芽生根
长出芽后，将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
再分化
再分化
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
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。
外植体 愈伤组织 根、芽等 试管苗 完整植株
脱分化
再分化
移栽
植物组织培养技术
离体组织、器官或细胞
植物体
脱分化
细胞分裂素≈生长素
愈伤组织
芽
根
细胞分裂素 > 生长素
细胞分裂素 < 生长素
再分化
不需要光
需要光
植物组织培养技术
若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性；
【归纳】植物组织培养中细胞表现出全能性的条件
（1）离体（最关键）:
（2）严格的无菌条件:
① 对操作环境、双手、外植体进行消毒；
② 对培养基和器械进行灭菌；
③ 接种操作必须在酒精灯火焰旁进行；
（3）适宜的培养条件:
（4）适宜浓度和比例的激素:
（5）一定的营养条件:
温度,光照
包括有机营养成分、无机营养成分
主要是生长素和细胞分裂素
紫杉醇是一种生物碱类化合物，是目前已发现的最优秀的天然抗癌药物。下图是通过植物细胞工程技术获得紫杉醇的途径，据图回答下列问题：
(1)该途径___________(填“体现”或“不体现”)植物细胞的全能性，原因是___________________________________________。过程①中生长素与细胞分裂素的用量比值应________(填“高”“低”或“适中”)。
(2)过程③需使用液体培养基，其优点在于____________________________
______________________________。
(3)根据紫杉醇的化学本质，可以判断有关基因控制紫杉醇合成的方式是________________________________________________________________。
(4)若通过诱变育种技术选育紫杉醇含量高的细胞，可对图中的________________进行诱变处理，然后进行筛选。
不体现
没有形成完整植物体或分化成其他各种细胞
适中
使培养细胞与培养液充分
接触，有利于营养物质的充分利用
有关基因通过控制酶的合成控制代谢，进而控制紫杉醇的合成
愈伤组织
番茄与马铃薯同是茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。
不同植物的体细胞发生融合，遇到的第一个障碍是什么？
如何去掉细胞壁呢？
酶解法
果胶酶
纤维素酶
原生质体
两个原生质体如何融合在一起呢？
原理：细胞膜的流动性
人工诱导方法
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
A细胞
B细胞
纤维素酶果胶酶
①去壁：
酶解法
正在融合的原生质体
再生出细胞壁
②诱融
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
脱分化
再分化
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
杂种植株
愈伤组织
A原生质体
B原生质体
移栽后的植株
融合成功标志
过程
原理：植物细胞的全能性
原理：细胞膜的流动性
⑤优点
⑥缺点
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
目前有许多理论和技术未解决，还不能让杂种植物按照人们的需要表现出双亲的性状。
不同物种
生殖隔离
异源四倍体
③生殖方式：________ 分裂方式：________ 可遗传变异类型：________________
④实例：白菜-甘蓝、普通小麦-长穗偃麦草
无性生殖
有丝分裂
染色体（数目）变异
二倍体
二倍体
本节小结
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
细胞全能性
细胞膜一定的流动性、细胞全能性
染色体变异、基因重组
无性繁殖
①脱分化
②再分化
克服不同种生物远缘杂交的障碍
甜叶菊的繁育问题
思考: 假如你是某甜叶菊生产公司的项目负责人，为了提高公司的甜叶菊繁育效率，你应该如何作出决策？
情境素材来源：教材P42 拓展应用
提示：利用植物组织培养技术进行繁育甜叶菊。
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，而热量却只有三百分之一。可作为成年人及老年人糖尿病群体理想的天然甜味剂，市场前景广阔。
栽培的困境
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。
1.下图表示植物组织培养的一般过程。下列相关说法错误的是(　 　)
A.过程a指的是脱分化，过程c指的是再分化
B.此技术依据的原理是植物细胞的全能性
C.b d的过程不需要光照
D.生长素含量高时，有利于根的形成
C
离体的植物器官、组织或细胞
a
b
c
d
完整的植物体
小试牛刀
2.如图为植物组织培养过程，下列有关说法正确的是
A.实验中②试管中细胞的全能性最高
B.④试管中培育出的个体都是纯合子
C.①→②过程需要光照
D.①→④过程培养基保持不变
√
小试牛刀
若植株A和植株B细胞结构如图所思，A有X条染色体，B有Y条染色体，通过植物细胞融合技术获得杂种细胞AB，则：
①杂种细胞的染色体数为______
②杂种细胞的基因型为__________
③杂种细胞中染色体组数为________
④得到的杂种植株为____倍体
⑤理论上该植株可育吗？___________________________
X+Y
DdYyRr
4
四
可育，有同源染色体，同源染色体能联会，可形成配子
*异源四倍体
小试牛刀

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