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第一节 植物细胞工程
第2章 细胞工程
第1课时 植物细胞工程的基本技术
细胞全能性
（1）概念：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。
韧皮部细胞
细胞团块
根或芽
幼苗
胡萝卜植株
叶子
花粉
花瓣
细胞
细胞全能性
（2）体现细胞全能性的原因：生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传物质。
（3）生物体生长发育过程中并不是所有细胞都表现出全能性
①不体现全能性的实例：
②不体现全能性的原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达
芽原基的细胞只能发育为芽
叶原基的细胞只能发育为叶
（4）植物细胞表现出全能性的条件
①离体
②一定的营养物质、植物激素
③适宜的温度、pH、光照、无菌等外界条件
分化程度低的＞分化程度高的
分裂能力强的＞分裂能力弱的
受精卵＞生殖细胞＞体细胞
受精卵＞干细胞＞体细胞
植物细胞＞动物细胞
（5）细胞全能性大小比较：
④不同生物细胞的全能性：
①体细胞全能性与细胞分化程度：
②体细胞全能性与细胞分裂能力：
③不同类型细胞的全能性:
2. 细胞全能性
二、植物组织培养技术
1. 植物组织培养
（1）概念：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。
（2）生殖方式：
无性生殖
（3）分裂方式：
有丝分裂
二、植物组织培养技术
2. 原理：
植物细胞一般具有全能性
3. 过程：
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
芽、根
试管苗
移栽
完整植株
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
脱分化
再分化
移栽成活
（2）脱分化：在一定的激素和营养条件的诱导下，使已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞。
（1）外植体：离体培养的植物器官、组织或细胞。
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
再分化
再分化
3. 过程：
（3）愈伤组织：通过脱分化后的细胞，形成不定形的薄壁组织团块。细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、无叶绿体。
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
再分化
再分化
3. 过程：
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
再分化
再分化
3. 过程：
（4）再分化：愈伤组织在培养过程中重新分化成芽、根等器官的过程。
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
（1）实验原理
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，形成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株；
外植体
脱分化
愈伤组织
再分化
根、芽等
试管苗
完整植株
移栽
胚状体
离体培养条件下，没有经过受精过程，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，称为胚状体。
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
细胞分裂素
生长素
芽分化
愈伤组织
根分化
（1）实验原理
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
（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）
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
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
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
→用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。
（4）方法步骤
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
②外植体的切段
防止杂菌生长：
①杂菌与培养物竞争（种间竞争）营养；
②产生有害物质危害培养物。
注意：该过程一般不需要光照。
有光易形成维管组织，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。（脱分化）
（4）方法步骤
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
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。 （再分化）
注意：每日需要给予适当时间和强度的光照。
（光照培养，促进叶绿素合成）
（4）方法步骤
4. 探究 · 实践：菊花的组织培养
⑤诱导生芽生根
欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么妙招？
【思考·讨论】
×
土豆
西红柿
1. 通过有性杂交能实现吗？为什么？
不能，不同物种之间存在生殖隔离。
植物体细胞杂交技术。
2. 有没有方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？
【思考·讨论】
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技术。
三、植物体细胞杂交技术
2. 技术流程
去除细胞壁
去除细胞壁
脱分化
再分化
A细胞
B细胞
杂种细胞AB
脱分化
再分化
杂种植株
愈伤组织
A原生质体
B原生质体
再生细胞壁
2. 技术流程
AB原生质体
原生质体融合
去除细胞壁
三、植物体细胞杂交技术
原生质体：脱去细胞壁的细胞
植物细胞 = 细胞壁 + 原生质体
（1）去除细胞壁
①去壁原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）
②方法：酶解法
③相关酶：纤维素酶和果胶酶
2. 技术流程
细胞壁
细胞膜
细胞质
液泡
细胞核
概念辨析：原生质体和原生质层
原生质体：脱去细胞壁的细胞，
包括细胞膜、细胞质、细胞核。
原生质层：成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。
【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。
原生质层
2. 技术流程
②方法：
物理法：电融合法、离心法等
化学法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法等
①原理：细胞膜具有一定的的流动性
（2）原生质体间的融合
注意：去除细胞壁和诱导原生质体融合时，不能在低渗溶液中进行。将细胞放在等渗或略大于细胞液的溶液中，防止原生质体吸水而涨破。
2. 技术流程
②植物体细胞杂交完成的标志：
（4）两个标志
①植物细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁（在此过程中高尔基体参与、线粒体供能）
培育出杂种植株
（5）体细胞融合成功后，培养基中主要有5种类型的细胞（A、B、AA、BB、AB），其中两两融合细胞类型有3种（AA、BB、AB），而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。
A
B
2. 技术流程
A
A
A
A
番茄
B
B
B
B
马铃薯
A
B
AB
A
AA
A
BB
B
（6）杂种细胞中染色体数、染色体组数，都采用直接相加的方法。
A细胞基因型为Aabb，B细胞基因型为ccDd
2. 技术流程
①假设用于体细胞杂交的双方细胞都有2个染色体组，则杂种细胞有4个染色体组，由杂种细胞发育而来的杂种植株被称为异源四倍体。该杂种植株联会正常，表现为可育。
2. 杂种细胞AB染色体组数为？
4个染色体组（异源四倍体）
3. 杂种细胞AB基因型为？
AabbccDd
3. 变异类型：
染色体数目变异
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。
5. 意义：
三、植物体细胞杂交技术
属于无性生殖，不遵循孟德尔遗传定律
4. 生殖方式：
白菜
甘蓝
白菜—甘蓝
×
为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？（拓展应用P38）
原因是：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，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。
7. 未解决的问题：
有些杂种植株未按照人们的意愿表现出亲代的优良性状
三、植物体细胞杂交技术

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