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Root of carrot plant
Cell cluster on nutrient agar
Cells in suspension
Young plants grow on agar
Young plants developing
Mature carrot
plant
第二章第一节 一植物细胞工程的基本技术
Cells divide and grow
Embryo
01 植物细胞工程的理论基础是什么
02 什么是植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术
03 怎样进行菊花的组织培养
本节聚焦
从社会中来
“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕，迨夫花
开，凝晴濂露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎!岂 非有国香乎!”
■ 如何让名贵的兰花大量、快速地繁殖
细胞工程：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
动物细胞工程
植物组织培养技术
植物细胞工程
植物体细胞杂交技术
“中中”和“华华”,2017年诞生于 中国，世界首例体细胞克隆猴。
操作水平
细胞工程
原理
目的
物工程。
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。
■ 植物组织培养的理论基础是 植物细胞的全能性
①体细胞具有全能性的根本原因是什么
每个体细胞都含有该物种全部的遗传信息。
②生物体所有细胞全能性大小都一致吗
受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞>体细胞；植物细胞>动物细胞
③全能性与细胞分化的关系
一般情况下，随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。
外植体
植物组织培养技术
植物组织培养技术
■ 如何才能让细胞表现出全能性
①离体；②一定的营养物质、植物激素；
③适宜的温度、 pH 、无菌等外界条件；④无菌环境
■ 阅读教材35页—36页，思考以下问题：
①概述植物组织培养的基本过程
②决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么
③在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭 菌和实验人员的无菌操作
植物组织培养技术 植物组织培养的基本过程
脱分化 再分化
接种外植体 诱导愈伤组织 诱导生芽 诱导生根 移栽成活
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。
只有细胞增殖 (有丝分裂),没有细胞分化。 一般不需要光照
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。
既有细胞增殖，又有细胞分化。适当光 照，诱导叶绿素的合成，试管苗光合作用。
一、MS培养基的配方(1L的用量)
1650 mg KNO (硝酸钾) 1900mg
KH PO (磷酸二氢钾) 170mg MgSO 7H O(七水合硫酸镁)370 mg
CaCl · 2H O(二水合氯化钙)440 mg MnSO 4H O(四水合硫酸锰)22.3 mg
ZnSO 4H O(四水合硫酸锌)8.6 mg H BO (硼酸) 6.2 mg
KI(碘化钾) 0.83 mg Na MoO 2H O(二水合钼酸钠)0.25mg
CuSO 5H O(五水合硫酸铜)0.025mg CoCl 6H O(六水合氯化钴) 0.025 mg
甘氨酸 2mg 盐酸硫胺素(维生素B ) 0.1 mg
盐酸吡哆醇(维生素B ) 0.5 mg 烟酸 0.5 mg
肌醇 100 mg 30g
琼脂 10g
螯合铁盐*
①培养基名称：
MS培养基
②物理性质：
固体培养基
③主要成分：
无机营养成分
有机营养成分
特定浓度和比例的激素
植物组织培养技术
◆ 植物组织培养培养基
结果
促进愈伤组织的形成
有利于根的分化，抑制芽的形成
有利于芽的分化， 抑制根的形成
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
植物激素的作用
生长素/细胞分裂素
比值适中(=1)
比值高(>1)
比值低(<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。
◆ 材料用具：
材料：幼嫩的菊花茎段、培养基、体积分布式70%的酒精，质量分数为5%左右的次氯
酸钠溶液和无菌水和培养基等。
用具：50mL锥形瓶、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。
菊花的组织培养
探究 · 实践
探究 · 实践 菊花的组织培养
◆ 方法步骤： 外植体消毒 外植体处理
双手和超净工作台 → 酒精擦拭
外植体(菊花幼嫩的茎段)
■无菌操作目的：避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物生长。
将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 长的小段
次氯酸钠 30min
酒精消毒 30s
无菌水 2~3次
无菌水 2~3次
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。
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18一22 ℃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。
探究 · 实践
◆ 方法步骤：
菊花的组织培养
接种外植体
诱导愈伤组织
培养15-20d后，将生长良好的愈
伤组织转接到诱导生芽培养基上 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。
外植体 愈伤组织 生芽 生根
生长素/细胞分裂素 适中 低 高
探究 · 实践
方法步骤：
菊花的组织培养
脱分化 再分化
诱导芽和根
◆
①打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日
②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
③长壮后移栽入土，观察记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花
探究 · 实践
方法步骤：
菊花的组织培养
练苗与移栽
◆
◆ 注意事项：
①接种时注意外植体的方向，不能倒插。
②培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再 进行生根培养。若顺序颠倒，先生根，则不易生芽。
③愈伤组织的形成一般不需要光照，而在后续的培养
过程中，需要给予适当时间和强度的光照。
④试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长， 出瓶后一定要注意保温、保湿。
⑤试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光 照闭瓶炼苗，以促进幼苗向自养苗转化。
外植体消毒
外植体处理
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导芽和根
练苗与移栽
探究 · 实践
◆ 方法步骤：
菊花的组织培养
■ 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。
用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物 的生长，如真菌、 细菌。
导致外植体被污染的原因可能有：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。
■ 杂菌和植物之间关系
种间竞争或寄生。
菊花的组织培养
探究 · 实践
植物体细胞杂交技术
1978年，梅尔彻斯 (G.Melchers) 等人首次获得了马铃薯与番茄的体细胞
杂种植株。虽然成功地培育出植株，但这种植株并不像科学家预料的那样，地 上结番茄，地下结马铃薯，可仍具有划时代的意义，为植物体细胞杂交在生活 生产实践中的应用拉开了帷幕。
Solanum lycopersicumL. Solanum tuberosum L.
植物体细胞杂交：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。
■参考动物细胞融合，植物细胞之间的杂交，应先做什么 得到杂种细胞后，如何培 育成植株
人细胞
人鼠杂交细胞
37° 细胞
培养40min 融合
细胞融合 细胞融合初期
鼠细胞
植物体细胞杂交技术
红色荧光素 标记的抗体
绿色荧光素 标记的抗体
B细胞 B原生质体 正在融合的原生质体 杂种细胞AB
原生质体：是细胞壁以内各种
结构的总称，也是组成细胞的
一个形态结构单位，活细胞中
各种代谢活动均在此进行。
A细胞 A原生质体 化学法：聚乙二醇(PEG) 融合法、高Ca +-高pH 融合法等
植物体细胞杂交技术
人工诱融
物理法：电融合法、离心法
再生出细胞壁
植物细胞融合 完成的标志
酶解法去壁 纤维素酶、果胶酶
植物体细胞杂交技术
■番茄原生质体与马铃薯原生质体混合融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)
番茄-番茄融合细胞、马铃薯-马铃薯融合细胞、番茄-马铃薯杂交细胞
■若番茄细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。 马铃薯细胞含 有4y条染色体，4个染色体组，基因型为ccccDDdd。
①杂种细胞染色体数： 2x+4y
②杂种细胞染色体组数为： 6(异源六倍体)
③杂种细胞基因型为： AabbccccDDdd
④从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异： 染色体数目变异
人工诱融
正在融合的原生质体 移栽
再分化
再生出 脱分化
细胞壁 杂种植株
杂种细胞AB 愈伤组织
融合完成的标志 杂交完成的标志
A细胞 A原生质体
酶解法去壁
B细胞 B原生质体
植物细胞融合(细胞膜的流动性) 植物组织培养(植物细胞的全能性)
植物体细胞杂交技术
植物体细胞杂交技术
■ “番茄一马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下 结马铃薯，这是为什么
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。
白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。
打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的
障碍，培育植物新品种。
■ 植物体细胞杂交技术有成功案例吗 该技术有什么意义
白菜 甘蓝
项目 植物组织培养 植物体细胞杂交技术 所属范畴 无性繁殖 染色体变异、基因重组 原理 细胞全能性
细胞膜一定的流动性、细胞全能性
步骤 ①脱分化 ②再分化
①去除细胞壁
2②融合形成杂种细胞
③组织培养
意义 保持优良性状，繁殖速度快、大 规模生产提高经济效益
克服不同种生物远缘杂交的障碍
联系 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
植物细胞工程的基本技术

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