1、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,有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。原理和方法操作水平目的分类细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞器、细胞或组织细胞器、细胞或组织获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品动物细胞工程和植物细胞工程动物细胞工程和植物细胞工程什么是细胞工程?第2章 细胞工程 2.1 植物细胞工程2.2 动物细胞工程2.3 胚胎工程科技探索之路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
2、。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。植物细胞工程的发展历程1902年1958年1960年1964年1971年1974年 “其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（di）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（xn）风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂
3、非有国香乎！”这是我国历史上第一部兰谱金漳（zhn）兰谱（宋赵时庚）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。但是，兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。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？从社会中来利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。兰花是观赏植物中最常见的一类依靠植物组织培养繁育种苗的植物，其组培苗的数量约占观赏植物组培苗总量的40%。植物细胞工程的基本技术1.定义：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
4、其他各种细胞的潜能。2.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。3.体现全能性的标志：细胞 完整个体或其他各种细胞胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株，卵细胞发育成雄峰不体现全能性的实例：受精卵发育成个体，芽原基只能发育为芽（生物体内）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1.细胞的全能性：P34一 实例：4.全能性大小的比较：受精卵胚胎干细胞生殖细胞体细胞；植物细胞动物细胞。细胞分化程度越高,细胞分裂能力越弱；细胞全能性越低。1.概念：指将离体的植物器官、组织或细胞（称为外植体）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.原
5、理：植物细胞的全能性。3.过程：外植体脱分化愈伤组织再分化芽、根等或胚状体试管苗驯化移栽完整植株植物组织培养二生殖方式：无性生殖培养条件：离体、无菌一定的营养、植物激素适宜环境条件（温度、PH、光照等）根、芽植物体脱分化再分化如：菊花幼嫩的茎段、胡萝卜的形成层、月季的花药遮光一定的光照芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照排列不规则，高度液泡化,无叶绿体，不定形的薄壁细胞愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）已分化的细胞失去特有结构和功能,转变成未分化的细胞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。生长素和细胞分裂素的比例和浓度都会影响植物细胞的发育方向。
6、愈伤组织愈伤组织重新分化为芽、根等器官 探究实践 菊花的组织培养原理生长素/细胞分裂素 结果比值高(1)比值低(1)比值适中(=1)有利于根的分化，抑制芽的形成根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织的形成拓展：植物组织培养的两种途径胚状体：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，因而统称为体细胞胚或胚状体。胚状体途径器官发生途径外植体脱分化愈伤组织再分化生芽生根或胚状体试管苗（移栽到大田）外植体脱分化愈伤组织再分化生芽生根或胚状体试管苗（移栽到大田）双手和超净工作台台面:用酒精擦拭外植体:流水冲洗酒精消毒30s立即用无菌水清洗23次次氯酸钠
7、溶液处理30min立即用无菌水清洗23次。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。方法步骤外植体消毒外植体切段 在酒精灯火焰旁，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，并在培养瓶上作好标记。注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于1822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。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。接种外植体诱导愈伤组织愈伤组织 培养1520d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上长
8、出芽后将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。注意：注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！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。诱导芽和根移栽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。2.你培养出愈伤组织了吗？从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？3.培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？外
9、植体消毒不彻底；培养基、接种工具灭菌不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。2周左右 试管苗移栽的关键：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。结果分析与评价P36注意事项离体无菌一定的营养、激素适宜的外界条件(温度、pH、光照等)外植体愈伤组织根、芽或胚状体试管苗脱分化再分化黑暗黑暗光照光照水琼脂有机物 无机物 植物激素蔗糖：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。小结1
10、.1.A A、B B过程分别为过程分别为 。C C是是 。A A过程细胞分裂方式是过程细胞分裂方式是 ，B B过程细胞分裂方式是过程细胞分裂方式是 ,同时也进行同时也进行 。A A过程一般过程一般 光照；光照；B B过程需要光照，因为过程需要光照，因为 。2.2.影响影响A A、B B过程的关键因素是过程的关键因素是 ，主要是，主要是 和和 ，二者添加的二者添加的 会影响脱分化和再分化过程。会影响脱分化和再分化过程。3.3.植物组织培养是一个植物组织培养是一个 过程。过程。（填（填“无性繁殖无性繁殖”、“有性繁殖有性繁殖”）植物体根、芽或胚状体外植体脱分化再分化 有丝分裂细胞分化植物激素细胞分
11、裂素生长素无性繁殖A B有丝分裂浓度及比例【练习】下列是植物组织培养流程图，请回答：C脱分化、再分化愈伤组织不需要叶绿素的合成需要光照思考：欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么妙招？1.过程A细胞细胞B细胞细胞纤维素酶果胶酶1.去壁：酶解法正在融合的正在融合的原生质体原生质体再生出细胞壁再生出细胞壁2.诱融物理法：化学法：电融合法、离心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+高PH融合法等脱分化再分化移栽杂种植株杂种植株愈伤组织愈伤组织A原生质体原生质体B原生质体原生质体移栽后的植株移栽后的植株植物体细胞杂交植物组织培养植物细胞融合（植物细胞的全能性）（细胞膜的流动性）杂种细胞
12、指去除细胞壁的细胞。动物细胞可看做是原生质体。植物体细胞杂交技术三思考：若只考虑原生质体的两两融合，诱导融合后只出现杂种细胞吗？如何将杂种细胞培育成杂种植株？番茄细胞原生质体番茄细胞原生质体马铃薯细胞原生质体马铃薯细胞原生质体电激电激或或PEGPEG未融合未融合的细胞的细胞杂种细胞杂种细胞自身融合自身融合的细胞的细胞细胞壁细胞壁筛选等量混合等量混合2.植物体细胞杂交的概念：植物体细胞杂交是指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。3.原理：细胞膜具有一定的流动性植物细胞的全能性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（2）植物体
13、细胞杂交完成的标志：培育成新植物体5.实例：白菜甘蓝、普通小麦长穗偃麦草等。6.意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。项目 体细胞杂交 P1：2n(AaBb)与 P2：2m(CcDd)生殖类型变异类型染色体数染色体组数基因组成无性繁殖，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植物体细胞杂交后代的遗传变化若亲本植株可育，则杂种植株可育。杂种植株是不同于亲本的新物种。体细胞杂交即两个细胞融合成一个细胞。不管染色体、基因组成还是染色体组都是两亲本之和。第1节 植物细胞工程第2课时植物细胞工程的
14、应用一、植物繁殖的新途径(1)微型繁殖（快速繁殖技术）特点：高效快速地实现种苗的大量繁殖；保持优良品种的遗传特性；不受自然生长季节的限制(属无性繁殖)概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。也叫微型繁殖。优点：从植物体上取材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理。用一个兰花茎尖就可以在一年内生产400万株兰花苗。例：一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等。(2)作物脱毒作物脱毒的材料：顶端分生区细胞，如茎尖切取茎尖进行组织培养获得可脱毒苗作物脱毒的原因：长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差。作物脱毒的方法：作物脱毒的结果：获得脱毒苗成就：马铃
15、薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等。脱毒马铃薯田与被病毒感染未脱毒马铃薯叶片原因：顶端分生区附近的病毒极少，甚至无病毒1.单倍体育种二、作物新品种的培育（1）原理：染色体（数目）变异、植物细胞的全能性（3）过程秋水仙素诱导染色体加倍花药离体培养单倍体植株正常纯合体植株脱分化愈伤组织再分化（2）方法：花药离体培养、秋水仙素诱导染色体加倍有性生殖有性生殖（3）优点：明显缩短育种的年限，节约了大量的人力和物力。杂交育种培育一个可以稳定遗传的作物优良品种，经过不断自交、选优，常需56年。而单倍体育种当年就能培育出所需纯合体。可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。大多数单倍体植株的细胞中只含
16、一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。（4）实例：单育1号烟草、水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种后代稳定遗传，都是纯合子。2.突变体的利用在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。（1）原理：如：抗病、抗盐、含高蛋白、高产（2）过程：外植体脱分化愈伤组织再分化突变体筛选培育新品种诱变处理（4）实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等（3）原理：基因突变、植物细胞的全能性白三叶草三、细胞产物的工厂化生产1.植物的代谢产物（1）初生代谢物：初生
17、代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质、核酸等。（2）次生代谢物：次生代谢不是生物生长所必需的，在特定条件下进行。次生代谢物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）。在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。次生代谢物含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。细胞产物种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等指在离体条件下对单个细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。3.细胞产物的工厂化生产的过程外植体脱分化愈伤组织细胞产物培养、提取2.细胞产物的工厂化生产的概念：利用植物细胞
18、培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。植物细胞培养4.特点：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。5.实例：紫草宁、紫杉醇、人参皂苷的植物细胞工程产品技术：我国利用植物组织培养技术实现了大量生产人参皂苷干粉；三七、紫草、银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。若植株A和植株B细胞结构如图所思，A有X条染色体，B有Y条染色体，通过植物细胞融合技术获得杂种细胞AB，则：杂种细胞的染色体数为_杂种细胞的基因型为_杂种细胞中染色体组数为_得到的杂种植株为_倍体理论上该植株可育吗？_X+YDdYyRr4四可育，有同源染色体，同源染色体能联会，可
19、形成配子*异源四倍体【检测检测】图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：（1 1）步骤）步骤是是 ，最常用，最常用的方法是的方法是 。（2 2）步骤）步骤一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是 ，目的是目的是 。(3)(3)在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技术运用的原理是术运用的原理是 ，其中步骤，其中步骤相当相当于于 ，步骤，步骤相当于相当于 。（4 4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，使使 能够在新的植物体上有能够在新的植物体上有所表现，其根本原
20、因是所表现，其根本原因是 。去除细胞壁，分离原生质体去除细胞壁，分离原生质体酶解法酶解法聚乙二醇聚乙二醇（PEGPEG）诱导植物原生质体融合诱导植物原生质体融合脱分化脱分化再分化再分化远缘杂交亲本的遗传特征远缘杂交亲本的遗传特征杂种植株获得双亲的遗传物质杂种植株获得双亲的遗传物质细胞的全能性细胞的全能性 （6 6）从理论上讲，杂种植株的育性）从理论上讲，杂种植株的育性。若运用传统有性杂交方法。若运用传统有性杂交方法能否实现？能否实现？；原因是；原因是 。因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于 。（7 7）利用植物体细胞杂交的方法培育
21、作物新品种过程中，遗传物质的）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？。可育可育不能不能不同种生物之间存在生殖隔离不同种生物之间存在生殖隔离不遵循不遵循；因为孟德尔遗传规律发生在有性生殖减数分裂产生；因为孟德尔遗传规律发生在有性生殖减数分裂产生配子时，而植物体细胞杂交育种属于无性生殖。配子时，而植物体细胞杂交育种属于无性生殖。克服了远缘杂交不亲和的障碍克服了远缘杂交不亲和的障碍练习应用一、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
22、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A A四2.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？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？纤维素酶和果胶酶番茄马铃薯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。
