1、细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人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。根据操作对象的不同，可以分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。【学习目标学习目标】1.简述植物组织培养技术的原理和过程。2.描述植物体细胞杂交技术的原理和过程。【核心素养核心素养】1.科学探究：结合具体实例，尝试设计植物组织培养的流程简图。2.科学思维：了解组织培养的进展和尚待解决的问题，认同科学是一个不断发展的过程。【科学资料】无论是绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多都是通过种子播种或枝条扦插实现繁殖的。其实在一定的条件下，利用它们
2、的一片叶子、一瓣花瓣，甚至一粒花粉，同样可以得到大量的幼小植株。图2-1是科学家利用菊花的花瓣培养出的菊花为什么菊花的一个花瓣可以培育出完整的植株呢？植物细胞具有全能性细胞的全能性一、植物细胞全能性的定义 已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。必修1-P119 具有某种生物的全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个细胞都具有全能性的特点。选修3-P33 细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。新教材必修1-P121细胞的全能性二、植物细胞全能性的原因分裂 分化分裂 分化共同 组成生物个体受精卵干细胞体细胞高度分化的细胞仍
3、含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。不同细胞的全能性比较：植物细胞 动物细胞(动物细胞的 具有全能性)受精卵 生殖细胞(配子，包括精子和卵细胞)体细胞体细胞：分化程度低的 分化程度高的幼嫩的 衰老的分裂能力强的 分裂能力弱的在生物体的所有细胞中，的全能性是最高的。细胞核受精卵【科学资料】无论是绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多都是通过种子播种或枝条扦插实现繁殖的。其实在一定的条件下，利用它们的一片叶子、一瓣花瓣，甚至一粒花粉，同样可以得到大量的幼小植株。图2-1是科学家利用菊花的花瓣培养出的菊花菊花的花瓣是怎样长成一株完整植株呢？植物组织培养技术一、植物组织培养
4、的过程高度分化的花瓣完整植株？正常情况下，高度分化的花瓣细胞还能不能分裂分化成其他细胞？植物组织培养技术一、植物组织培养的过程外植体愈伤组织丛芽胚状体根再生植株脱分化再分化(分化成熟)(未分化状态)高度分化的花瓣完整植株外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。植物组织培养技术一、植物组织培养的过程外植体愈伤组织丛芽胚状体根再生植株脱分化再分化(分化成熟)(未分化状态)高度分化的花瓣完整植株脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功 能而转变成未分化细胞的过程。植物组织培养技术一、植物组织培养的过程外植体愈伤组织丛芽胚状体根再生植株脱分化再分化(分化成熟)(未分化状态)
5、高度分化的花瓣完整植株愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形 状态的薄壁细胞团。植物组织培养技术一、植物组织培养的过程外植体愈伤组织丛芽胚状体根再生植株脱分化再分化(分化成熟)(未分化状态)高度分化的花瓣完整植株再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新 分化出根或芽等器官的过程。植物组织培养技术一、植物组织培养的过程外植体愈伤组织丛芽胚状体根再生植株脱分化再分化(分化成熟)(未分化状态)高度分化的花瓣完整植株胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。植物组织培养技术二、胡萝卜的组织培养外植体愈伤组织
6、丛芽胚状体根再生植株脱分化再分化(分化成熟)(未分化状态)植物组织培养技术二、胡萝卜的组织培养外植体愈伤组织丛芽胚状体根再生植株脱分化再分化(分化成熟)(未分化状态)植物组织培养技术二、胡萝卜的组织培养【1】实验原理植物体的根、茎、叶细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素等条件下，可以脱分化形成愈伤组织。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，进而发育成完整的小植株。植物细胞具有全能性植物组织培养技术二、胡萝卜的组织培养【2】实验步骤1.将胡萝卜用自来水充分洗净，削去外皮，并切成段(约10cm)。用酒精棉擦手消毒。2.在超净工作台(或接种箱)上将胡萝卜
7、段用酒精溶液消毒30s后，立即用无菌水清洗23次，再用次氯酸钠溶液处理30min后，立即用无菌水清洗23次。为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？植物组织培养技术二、胡萝卜的组织培养【2】实验步骤3.选取根的形成层形成层部位，切取1cm左右小块，因为该部位容易诱导形成愈伤组织。4.将胡萝卜组织块接种到培养基将胡萝卜组织块接种到培养基上上，用锡箔纸封盖瓶口，并用橡皮筋扎紧。然后，在培养瓶上贴上标签，写明材料名称、接种日期和小组编号。植物组织培养技术二、胡萝卜的组织培养【2】实验步骤5.在2326恒温避光条件下避光条件下培养一段时间，诱导出愈伤组织注意定期观察和记录愈伤组织的生长情况。因
8、为植物组织培养脱分化主要是培养出愈伤组织,一旦被光照以后会促进组织分化,无法达到实验目的,所以脱分化避光。脱分化植物组织培养技术二、胡萝卜的组织培养【2】实验步骤6.培养一段时间后，将生长良好的愈伤组织转接到分化培养基上，给予适宜的光照给予适宜的光照，培养一段时间，诱导出试管苗。然后将试管苗移栽到大田，培养正常植株。再分化再分化过程是形成根和芽等营养器官。芽的形成需要光照的参与,才能形成叶绿素。植物组织培养技术二、胡萝卜的组织培养外植体愈伤组织脱分化（避光培养）胚状体再分化（光）植物组织培养的理论基础：植物组织培养的条件：植物细胞的全能性离体无菌培养基适宜的外界条件植物组织培养技术二、胡萝卜的
9、组织培养固体培养基有机物无机盐水植物激素琼脂培养基蔗糖：提供能量、调节渗透压。植物激素：主要是生长素和细胞分裂素。植物激素的比例不同，实验结果不同。生长素/细胞分裂素适中促进愈伤组织的形成。生长素细胞分裂素利于根的分化植物组织培养技术三、植物组织培养的定义植物组织培养 在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。植物细胞的全能性地上长番茄，地下长马铃薯如何生产该植物？植物体细胞杂交技术一、过程植物体细胞杂交植物细胞融合植物组织培养植物体细胞杂交技术一、过程方法：酶解法。【1】植物细胞去掉细胞壁
10、，形成原生质体。用纤维素酶和果胶酶水解。利用酶的专一性。植物体细胞杂交技术一、过程原生质体与原生质层的区别原生质体：脱去细胞壁的细胞叫原生质体。动物细胞也可算做原生质体。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。包括细胞膜，细胞质，液泡膜。原生质层植物体细胞杂交技术一、过程原理：【2】诱导两个细胞（原生质体）融合细胞膜具有流动性方法：物理方法(离心、振动、电激等)化学方法(聚乙二醇(PEG)诱导)植物体细胞杂交技术一、过程【2】诱导两个细胞（原生质体）融合植物体细胞杂交技术一、过程原理：【2】诱导两个细胞（原生质体）融合细胞膜具有流动性方法：物理方法(离心、振动、电激等
11、)化学方法(聚乙二醇(PEG)诱导)思考：融合后，培养基中有几种类型的细胞？A、B、AA、BB、AB植物体细胞杂交技术一、过程【3】融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞。思考：1、参与此过程中的主要细胞器是？2、杂种细胞的染色体数是多少？3、杂种细胞染色体组数是多少？高尔基体杂交成功的标志。两亲本染色体数之和两亲本染色体数之和植物体细胞杂交技术一、过程【4】利用植物组织培养技术将杂种细胞培育成杂种植株。植物体细胞杂交技术二、优点打破远缘亲本杂交不亲和的障碍。大大扩展杂交的亲本组合范围。植物体细胞杂交技术项目 体细胞杂交 P1：2n(Aabb)与 P2：2m(ccDd)生殖类型变异类型染色
12、体数染色体组数基因组成植物体细胞杂交后代的遗传变化无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律染色体数目变异两亲本染色体数之和。2n+2m两亲本染色体组数之和。2+2两亲本基因型之和。AabbccDd植物体细胞杂交技术三、缺点有可能杂交不成功，即使杂交成功也可能不产生人们想要的性状。原因：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。植物体细胞杂交技术四、成功实例烟草-海岛烟草、胡萝卜-羊角芹、白菜-甘蓝等。我国科学家培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。植物体细胞杂交技术五、定义植物体细胞杂交将不同种的植物体细胞，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。细胞膜的流动性+植物细胞的全能性植物细胞工程的发展历程:哈伯兰特提出细胞全能性理论，但相关实验尝试没有成功。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Ti质粒发现，之后，该质粒应用于植物分子生物学，促进植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。
