1、第2章 细胞工程第第1 1节节 植物细胞工程植物细胞工程中中和华华1996年首个体细胞克隆动物19021902年年哈伯兰特提出了哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成相关的实验尝试没有成功功19581958年年斯图尔德等发现胡萝卜斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细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胞全能性理论提供了强有力的支持支持19741974年年土壤农杆菌的土壤农杆菌的TiTi质粒被发现。质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物之后，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学领域，促进了植物细胞工程与分子生物
2、学技术的紧密结合子生物学技术的紧密结合19601960年年科金用真菌科金用真菌的纤维素酶分解番的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成茄根的细胞壁，成功获得了原生质体功获得了原生质体19641964年年古哈等在培养毛曼陀罗古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚中的花粉粒发育而来的胚19711971年年卡尔森诱导烟草卡尔森诱导烟草种间原生质体融合，获种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间得了第一株体细胞种间杂种植株杂种植株18901890年年希普将安哥拉兔希普将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的的胚胎移入比利时兔的输卵管内，得到了两只输卵管内，得到了两
3、只安哥拉兔，这是世界上安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例胚胎移植成功的首例19071907年年哈里森用一滴淋巴哈里森用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外元，首创了动物组织体外培养法培养法20062006年年山中山中伸弥获得了伸弥获得了诱导多能干诱导多能干细胞。我国细胞。我国科学家用这科学家用这种细胞培育种细胞培育出了小鼠出了小鼠19751975年年米尔斯坦和米尔斯坦和科勒等创立了单克科勒等创立了单克隆抗体技术隆抗体技术19581958年年格登用非洲爪蟾进行格登用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，成功培体细胞核移植实验，成功培育出性成熟个体。同一时期，育出
4、性成熟个体。同一时期，我国科学家童第周等开展了我国科学家童第周等开展了鱼类细胞核移植工作鱼类细胞核移植工作19511951年年张明觉等发张明觉等发现了哺乳动物精子现了哺乳动物精子的获能现象的获能现象19961996年年世界上第世界上第一只体细胞克隆一只体细胞克隆羊多莉在英国诞羊多莉在英国诞生，随后多种克生，随后多种克隆动物相继问世隆动物相继问世20172017年年我国我国科学家首次科学家首次培育了体细培育了体细胞克隆猴胞克隆猴19591959年年试管家试管家兔诞生。之后，兔诞生。之后，多种试管动物多种试管动物相继出生相继出生19781978年年小鼠的桑葚小鼠的桑葚胚被成功分割。次胚被成功分割。
5、次年，科学家分割绵年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羊胚胎获得了同卵羔羊羔羊19811981年年埃文斯等埃文斯等成功分离和培养成功分离和培养了小鼠的胚胎干了小鼠的胚胎干细胞细胞20142014年年世界上第世界上第一个用单细胞基一个用单细胞基因组测序进行遗因组测序进行遗传病筛查的试管传病筛查的试管婴儿在我国诞生婴儿在我国诞生从社会中来“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫开也，凝情瀼其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫开也，凝情瀼露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！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！”这是我国历史
6、上第一部兰谱这是我国历史上第一部兰谱金漳兰谱的跋文中对兰花的一段描述金漳兰谱的跋文中对兰花的一段描述从古至今，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；传统分株繁殖的方式，又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可式，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？如何能让名贵的兰花大量、快速地繁
7、殖，从而走入寻常百姓家呢？一一 植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术人工栽培的植物绚丽多姿的花草碧绿参天的大树大多通过播种或扦插实现繁殖播种扦插在一定条件下在一定条件下一片花瓣显微镜下一粒花粉一个细胞繁殖出新的植株这是为什么呢？细胞具有全能性：细胞具有全能性：细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生 或 成其他各种细胞的潜能具有全能性的原因：具有全能性的原因：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体现全能性的实例：体现全能性的实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株受精卵发育成个体（动植物）蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄蜂用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株完整生物体
8、完整生物体分化分化经过分裂和分化的细胞完整生物体完整生物体其他各种细胞其他各种细胞细胞全能性实例：细胞全能性实例：多肉进行叶插繁殖多肉进行叶插繁殖1.选取多肉上健康、饱满的叶片2.用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片3.平躺放在沙床上，叶片间隔相聚23厘米4.叶片切口不要有碰脏，摆放通风处23天，晾干5.待叶片晾干后移至半阴处养护6.约23周后生根，或从叶基处长出不定芽7.叶插成功在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性芽原基只能发育为芽叶原基只能发育为叶不体现全能性的不体现全能性的原因：原因：在特定时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达全全P3
9、91下列关于细胞全能性的理解不正确的是下列关于细胞全能性的理解不正确的是()A高度分化的植物体细胞仍具有全能性高度分化的植物体细胞仍具有全能性B细胞内含有个体发育所需的全部基因是细胞具有全能性的内在细胞内含有个体发育所需的全部基因是细胞具有全能性的内在条件条件C通过植物组织培养得到试管苗，是植物细胞具有全能性的有力通过植物组织培养得到试管苗，是植物细胞具有全能性的有力证据证据D玉米种子发育成玉米植株是细胞全能性的表现玉米种子发育成玉米植株是细胞全能性的表现【答案】【答案】D全全P392下列有关全能性的叙述，不正确的是下列有关全能性的叙述，不正确的是()A受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个
10、体，因此全能性受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高最高B生物体内细胞由于分化，全能性不能表达生物体内细胞由于分化，全能性不能表达C卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性【答案】【答案】C植物组织培养技术植物组织培养技术高度分化的植物组织的细胞，如叶片和花瓣的细胞还能不能在适宜的条件下表现出全能性呢？可以的可以的如何做到的？离不开植物细胞工程的基本技术植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养指 的植物器官、组织或细胞等，培养在 的培养基
11、上，给予 的培养条件，诱导其分化为 的技术离体离体人工控制人工控制适宜适宜完整植株完整植株接种移栽成活植物组织培养流程图外植体外植体 培养的植物器官、组织或细胞离体离体理论基础：理论基础：细胞的全能性细胞的全能性移栽成活植物组织培养流程图一般过程：一般过程：外植体外植体脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织再分化再分化根、芽等根、芽等试管苗试管苗移栽移栽完整植株完整植株探究探究实践实践菊花的组织培养菊花的组织培养植物细胞一般具有全能性胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药离体的植物器官、组织或细胞（外植体）已经分化的细胞已经分化的细胞脱分化脱分化失去特有结构和功能转变成未分化的细胞愈伤组织排列不规则，高
12、度液泡化，呈不定形的薄壁组织团块 再分化再分化根、芽等器官培养条件：培养条件：离体状态离体状态无菌无菌营养物质营养物质（种类齐全、比例适合）植物激素植物激素诱导和调节诱导和调节（主要是细胞分裂素、生长素）适宜环境条件适宜环境条件（温度、PH、光等）完整植株愈伤组织重新分化为芽、根等器官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 、等都会影响植物细胞的发育方向目的：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浓度浓度比例比例愈伤组织接种含有特定激素特定激素的培养基诱导其再分化
13、诱导其再分化胚状体长出芽和根完整的植株方法步骤：方法步骤：1.用 擦拭双手和超净工作台台面。将 ，充分冲洗后的外植体(幼嫩的茎段)用酒精消毒30s,然后立即用 清洗23次;再用 溶液处理30 min后立即用 清洗23次 体积分数为70%的酒精 质量分数为5%作用的次氯酸钠2.将消过毒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0.51cm长的小段消毒与无菌水冲洗酒精酒精酒精：酒精：流水流水无菌水无菌水次氯酸钠次氯酸钠次氯酸钠：次氯酸钠：无菌水无菌水切割与接种3.在 旁将外植体的1/31/2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4.
14、将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于 的培养箱中培养。在培养过程中 观察和记录愈伤组织的生长情况酒精灯火焰酒精灯火焰超净工作台或接种箱愈伤组织培养18182222定期定期完整植株5.培养1520d后，将生长良好的愈伤组织 到诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其 到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗转接转接转接转接移栽6.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，直至开花愈伤组织诱导生芽的培养基转接转接试管苗转接转接诱导生根的培养基诱导
15、诱导诱导愈伤组织的培养基外植体注意注意1.实验中使用的培养基和所有的器械都要 。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要 。2.接种时注意外植体的 ，不要倒插。3.诱导愈伤组织期间一般 光照在后续的培养过程中，每日需要给予 的光照结果分析与评价结果分析与评价进一步探究进一步探究1.一般来说，容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养，如芦荟、秋海棠和月季等灭菌灭菌灭菌灭菌方向方向不需要不需要适当时间和强度适当时间和强度芦荟秋海棠月季2.探究生长素与细胞分裂素的使用比例使用比例对植物组织培养的影响对照实验对照实验对照组：实验组：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1 1生长素用量与细
16、胞分裂素用量的比值大于大于1 1生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于小于1 1不加任何植物激素不加任何植物激素全全P401如图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米的过程，对此过程的描述如图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米的过程，对此过程的描述错误的是错误的是()A试管苗培养过程必须在无菌条件下进行试管苗培养过程必须在无菌条件下进行BD试管中组织分化的调控与激素配比有关试管中组织分化的调控与激素配比有关CE中刚培养成的试管苗还不能立即用于推广种植中刚培养成的试管苗还不能立即用于推广种植D在培养基中加入病原体的致病毒素，可促进抗病突变体的产生在培养基中加入病原体的致病毒素，可促进抗病突变体的产
17、生【答案】【答案】DA通常选取根尖、茎尖、形成层等诱导形成愈伤组织B再分化过程中，细胞增殖的方式为有丝分裂C培养过程中，应在培养基中加入水、无机盐、蔗糖、氨基酸、植物激素等物质D将经脱分化培养成时，得到胚状体或丛芽【答案】【答案】D植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术20世纪60年代番茄马铃薯番茄马铃薯 地上结番茄，地下长马铃薯的“超级作物”两种生物之间存在着天然的 ，用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代生殖隔离生殖隔离采用体细胞杂交的方法得到了“番茄马铃薯”杂种植株假的假的这种植株并没有在地上结番茄、地下长马铃薯科学家是怎样得到杂种植株的呢？细胞壁细胞壁（阻碍着细胞间的杂交）酶解法：在进行
18、体细胞杂交之前，必须先利用 和 去除这层细胞壁，获得原生质体原生质体纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶酶解法酶解法植物细胞原生质体去壁去壁去壁去壁关键环节，借助一定的技术手段才能实现人工诱导原生质体融合的方法物理法：电融合法、离心法化学法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+高pH融合法等脱分化脱分化再分化再分化植物细胞融合植物细胞融合植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物体细胞杂交将 的植物细胞，在一定条件下融合成 细胞，并把杂种细胞培育成 的技术不同来源杂种杂种新植物体新植物体植物体细胞杂交实例植物体细胞杂交实例植物体细胞杂交意义植物体细胞杂交意义打破生殖隔离，实
19、现远源杂交育种，培育植物打破生殖隔离，实现远源杂交育种，培育植物新品种新品种长穗偃麦草小麦我国杂交小麦之父李振声院士和“普通小麦长穗偃麦草”全全P421如图为植物体细胞杂交及组织培养过程示意图。下列说法不正确的是如图为植物体细胞杂交及组织培养过程示意图。下列说法不正确的是A过程过程分别需要用胰蛋白酶和聚乙二醇进行处理分别需要用胰蛋白酶和聚乙二醇进行处理B高尔基体在过程高尔基体在过程发挥了重要作用发挥了重要作用C过程过程需要更换培养基，才能进一步分化为植株需要更换培养基，才能进一步分化为植株DA、B的基因型分别为的基因型分别为Rr、Yy，则杂种植株的基因型为，则杂种植株的基因型为RrYy【答案】
20、【答案】A全全P422用植物细胞工程技术将天竺葵与香茅草进行杂交可产生驱蚊香草，使用植物细胞工程技术将天竺葵与香茅草进行杂交可产生驱蚊香草，使有驱蚊作用的香茅醛随着天竺葵的蒸腾作用散发到空气中，达到驱蚊的效果。有驱蚊作用的香茅醛随着天竺葵的蒸腾作用散发到空气中，达到驱蚊的效果。下面有关培育过程的叙述，不正确的是下面有关培育过程的叙述，不正确的是()A原生质体的融合可以用原生质体的融合可以用PEG作为诱导剂作为诱导剂B形成的愈伤组织其代谢类型是自养需氧型形成的愈伤组织其代谢类型是自养需氧型C由杂种细胞由杂种细胞杂种植株，要通过有丝分裂和细胞的分化杂种植株，要通过有丝分裂和细胞的分化D该项生物工程
21、技术可克服远缘杂交不亲和的障碍该项生物工程技术可克服远缘杂交不亲和的障碍【答案】【答案】B全全P43例例1下列实例中，能体现细胞全能性的是下列实例中，能体现细胞全能性的是()用菊花的幼嫩茎段细胞培育出了菊花幼苗用菊花的幼嫩茎段细胞培育出了菊花幼苗植物用种子进行繁殖后植物用种子进行繁殖后代代用烟草组织培养的单个组织培育出了可育的完整植株用烟草组织培养的单个组织培育出了可育的完整植株ABCD【答案】【答案】B全全P43例例2下列有关传统植物杂交与植物体细胞杂交的比较，正确的是下列有关传统植物杂交与植物体细胞杂交的比较，正确的是()A两者涉及的变异类型依次是基因重组、基因突变两者涉及的变异类型依次是
22、基因重组、基因突变B两者的操作中都需要使用纤维素酶或果胶酶两者的操作中都需要使用纤维素酶或果胶酶C两项技术培育出的新个体与亲代个体之间均不存在生殖隔离两项技术培育出的新个体与亲代个体之间均不存在生殖隔离D与传统植物杂交相比，植物体细胞杂交可以克服不同物种之间远缘与传统植物杂交相比，植物体细胞杂交可以克服不同物种之间远缘杂交不亲和的障碍杂交不亲和的障碍【答案】【答案】D全全P43例例3进行植物体细胞杂交，首先需要除去细胞壁。现提供以下材料和用具：进行植物体细胞杂交，首先需要除去细胞壁。现提供以下材料和用具：紫色洋葱鳞片叶、适宜浓度的盐酸、适宜浓度的蔗糖溶液紫色洋葱鳞片叶、适宜浓度的盐酸、适宜浓度
23、的蔗糖溶液(洋葱细胞在此溶液洋葱细胞在此溶液中既不吸水也不失水中既不吸水也不失水)、纤维素酶、果胶酶、蒸馏水和镊子、显微镜、载玻片、纤维素酶、果胶酶、蒸馏水和镊子、显微镜、载玻片、盖玻片等。请你从中选取合适的材料配制成合理的细胞壁分解液，并设计实盖玻片等。请你从中选取合适的材料配制成合理的细胞壁分解液，并设计实验验证该分解液能除去细胞壁验验证该分解液能除去细胞壁(提示：可以通过显微镜观察细胞形态提示：可以通过显微镜观察细胞形态)。(1)请利用题干中提供的物质配制细胞壁分解液：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，这 样 配 制 细 胞 壁 分 解 液 的 理 由 是_ _
24、 _。(2)实验步骤：第一步：_；第二步：_；第三步：在显微镜下观察比较实验组和对照组装片。(3)实验结果的预测及结论：_。适宜浓度的蔗糖溶适宜浓度的蔗糖溶液液加入适量的纤维素酶和果胶酶加入适量的纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶能高效、专一地水解细胞壁，适宜浓度的蔗糖溶液可以使纤维素酶和果胶酶能高效、专一地水解细胞壁，适宜浓度的蔗糖溶液可以使原生质体不会因过度吸水而涨破原生质体不会因过度吸水而涨破滴适量的细胞壁分解液在载玻片中央，用镊子撕取一小块紫色洋葱鳞滴适量的细胞壁分解液在载玻片中央，用镊子撕取一小块紫色洋葱鳞片叶表皮浸泡在其中，一段时间后，盖上盖玻片，制得实验组装片片叶表皮浸泡在其中，一
25、段时间后，盖上盖玻片，制得实验组装片用等量的适宜浓度的蔗糖溶液替代细胞壁分解液，其他操作与制作用等量的适宜浓度的蔗糖溶液替代细胞壁分解液，其他操作与制作实验组装片相同，制得对照组装片实验组装片相同，制得对照组装片实验组装片的洋葱细胞呈分散的紫色球形；对照组装片的洋葱细胞呈相互连实验组装片的洋葱细胞呈分散的紫色球形；对照组装片的洋葱细胞呈相互连接的紫色多边形，表明该分解液能够除去细胞壁接的紫色多边形，表明该分解液能够除去细胞壁练习与应用练习与应用一、概念检测一、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
26、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?纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶二、拓展应用二、拓展应用“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，地下长马铃薯，这是为什么?19781978年，梅尔彻斯年，梅尔彻斯(G.Melchers)(G.Melchers)等人首次获得了马铃薯与番茄的体细胞杂种等人首次获得了马铃薯与番茄的体细胞杂种植株。他们将培育的二倍体马铃薯和番茄的
27、叶片细胞原生质体进行融合，培植株。他们将培育的二倍体马铃薯和番茄的叶片细胞原生质体进行融合，培育了杂种植株育了杂种植株-“-“番茄番茄-马铃薯马铃薯”，它同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其，它同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株长出了类似块茎的中一些植株长出了类似块茎的“生殖根生殖根”,但是并没有长出可结实的花、果实但是并没有长出可结实的花、果实以及真正的块茎。到目前为止以及真正的块茎。到目前为止“番茄番茄-马铃薯马铃薯”一类的体细胞杂交植物还不能一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可忽视产生经济效益，但是其研究价值不可忽视“番茄番茄-马铃薯马铃薯”没有像人们预想的
28、那样地上结番茄、地下长马铃薯，主要原没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，主要原因是因是: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，所以所以“番茄番茄-马铃薯马铃薯”杂种植株的细胞虽然有两个物种的遗传物质，但这些遗杂种植株的细胞虽然有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。近年来，有有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。近年来，有报道称利用嫁接技术培育出了地上结番茄、地下长马铃薯的植株报道称利用嫁接技术培育出了地上结番茄、地下长马铃薯的植株
