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(共36张PPT)
2.1.1 植物细胞工程的基本技术
照片中两只可爱的小孩，分别叫“中中”和“华华”，它们于2017年诞生于中国，是世界首例体细胞克隆猴，轰动全世界！
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
细胞工程的概述
植物细胞工程发展历程
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
动物细胞工程的发展历程
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。
1951年，张明觉等发现了哺乳动物精子获能现象。
1959年，试管家兔诞生。之后，多种试管动物相继出生。
1958年，格登用非洲爪蟾进行体细胞核实验，同期，我国科学家童第周开展了鱼类细胞核移植工作。
1975年，米尔斯坦和科勒等创立了单克隆抗体技术。
1978年，小鼠的桑椹胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊
1981年，埃文斯等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞
2006年，山中伸弥等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用这种细胞培育了小鼠。
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了体细胞克隆猴。
《植物细胞工程的基本技术》
咏怀
兰为王者香，芬馥清风里。
从来岩穴姿，不竞繁华美。
植物组织培养技术
思考：高洁、典雅的兰花颇受人喜欢。但其繁殖率低，价格不菲，如何让它大量、快速地繁殖呢？
1.植物组织培养
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。
外植体
植物细胞的全能性
原理
生殖方式
无性生殖
分裂方式
有丝分裂
植物组织培养技术
2.细胞全能性
定义——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。
体现全能性的标志
分裂
分化
分裂
分化
共同
组成
生物个体
受精卵
干细胞
体细胞
原因——
生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。
植物组织培养技术
全能性大小的比较：
①受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞＞体细胞；
②植物细胞＞动物细胞。
分化程度低的＞分化程度高的
分裂能力强的＞分裂能力弱的
在生物的生长发育过程中，是不是所有的细胞都表现出全能性？
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。
芽原基
叶原基
植物组织培养技术
1958年Steward利用胡萝卜韧皮部诱导分化产生了胚状体，这是人类第一次获得了人工胚状体，并获得个体植株。
植物细胞表现出全能性的条件：
1
细胞处于离体状态
2
给予一定的营养和激素
（必修一 P118-121）
植物组织培养技术
3.植物组织培养的流程
脱分化
再分化
脱分化：
已分化细胞，失去其特有结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。
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。
再分化：
愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
注意：过程中涉及的生命活动只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。
该培养过程一般不需要光照。
注意：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。
需要给予适当光照，诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
植物组织培养技术
*植物激素的作用
思考：决定植物脱分化、再分化的关键因素？
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
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、比例都会影响植物细胞的发育方向。
植物组织培养技术
1.目的：
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：
离体的茎尖、根尖、叶片、花药等（外植体）。
3.培养基：
探究·实践
菊花的组织培养
植物组织培养技术
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。
4.方法步骤
探究·实践
菊花的组织培养
植物组织培养技术
2.取材
将消毒过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。
4.方法步骤
探究·实践
菊花的组织培养
植物组织培养技术
3.接种到诱导愈伤组织培养基（脱分化）
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：接种时注意外植体的方向，不要倒插。
4.方法步骤
探究·实践
菊花的组织培养
植物组织培养技术
3.接种到诱导愈伤组织培养基（脱分化）
将接种了外植体的锥形瓶置于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。
外植体
愈伤组织
脱分化（避光）
愈伤组织
4.方法步骤
探究·实践
菊花的组织培养
植物组织培养技术
3.接种到诱导生芽培养基（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。
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。（光照）
外植体
愈伤组织
脱分化
芽
再分化
生长素/细胞分裂素
适中
根
高
低
诱导出芽
诱导生根
4.方法步骤
探究·实践
菊花的组织培养
若先生根后面就不易生芽
3.接种到诱导生根培养基（再分化）
植物组织培养技术
4.方法步骤
探究·实践
菊花的组织培养
培养室
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.移栽
植物组织培养技术
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
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，试分析它们被污染的可能原因。
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。
被污染的培养基
为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？
原因是避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物生长。
5.结果分析与评价
植物组织培养技术
5.结果分析与评价
植物组织培养技术
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、培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？
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。
一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为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。
A.离体
B.适宜浓度和比例的激素
C.一定的营养条件
严格的无菌条件
适宜的培养条件
对操作环境、双手、外植体进行消毒；
对培养基和器械进行灭菌；
接种操作必须在酒精灯火焰旁进行。
温度（例如菊花植物组织培养应为18-22℃）；
光照（例如脱分化需避光，再分化需照光）。
*植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。
*配制合适的培养基，包括有机营养成分、无机营养成分、适宜浓度和比例的激素。
*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——植物组织培养的条件
细胞表现全能性的条件
因为不同种生物之间存在着生殖隔离
利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。
思考： 欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？
A细胞
B细胞
酶解法
果胶酶
去壁
纤维素酶
B原生质体
A原生质体
正在融合的原生质体
原生质体融合
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）、高Ca2＋ 高pH融合法
脱分化
杂种细胞AB
愈伤组织
再生壁
再分化
再生出小植株
杂种植株AB
植物细胞融合技术
植物组织培养技术
2.1植物体细胞杂交技术流程图
去壁
体现了细胞膜的流动性
体现了植物细胞的全能性
融合完成的标志
思考1：
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
思考2：
两个原生质体如何融合在一起呢？
体现了细胞膜的流动性
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）、高Ca2＋ 高pH融合法等
原生质体两两融合，培养基中可能会出现的细胞类型：
重组细胞类型
培养基的细胞类型
AA AB BB A B
2.3植物体细胞杂交技术的概念
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。
打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍
①技术复杂、操作繁琐、工作量大
②不一定按人们需要表达优良性状
优点：
局限性：
2.4植物体细胞杂交的成果：
在此基础上，科学家们利用植物体细胞杂交技术，又相继培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种。我国科学家还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
本节小结
项目 植物组织培养 植物体细胞杂交技术
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
①脱分化
②再分化
克服不同种生物远缘杂交的障碍
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
练习与应用
A
课后练习
练习与应用
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。
练习与应用
二、拓展应用
“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？
主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，马铃薯—番茄杂交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受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。

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