植物細胞工程

1、植物細胞工程學(xué)習(xí)要求具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)要求簡述植物組織培養(yǎng)簡述細胞全能性的概念含義；簡述植物組織培養(yǎng)的過程和方法；（了解）簡述植物體細胞雜交技術(shù)；列舉植物細胞工程的實際應(yīng)用；（了解）活動單元一：細胞全能性【導(dǎo)學(xué)提綱】1、細胞全能性的概念？2、卵細胞、體細胞、受精卵、動物細胞、植物細胞全能性的比較？【識記】.生物體的所有細胞幾乎都含有該物種的全套遺傳物質(zhì)，具有發(fā)育成為完整個體所必需的,因此，這些細胞都具有發(fā)育成為一個新的生物個體的。細胞的這種特性稱為細胞全能性。.植物體細胞在適宜的條件下可培育成完整的正常植株，這就是細胞的有力證據(jù)。.植物組織培養(yǎng)是指依據(jù)原理，在無菌條件下，分離植物的器官、組織、細

2、胞或（稱為外植體），并在培養(yǎng)基上培養(yǎng)，在適宜條件下使其長成部分或完整植株的技術(shù)。.植物組織培養(yǎng)最常用的培養(yǎng)材料是植株的莖尖、根尖、葉片和花藥等。5.由已經(jīng)分化的植物細胞形成愈傷組織的過程，稱為植物細胞的。愈傷組織重新誘導(dǎo)分化形成根、芽等器官的過程，稱為再分化?！纠斫狻咳苄詔otipotency關(guān)于全能性的定義基本上可以分三種。一種是說“已分化細胞具有重新發(fā)育為完整個體的潛能”，這種說法將受精卵排除在外，但事實上現(xiàn)在人們達成共識認為受精卵全能性最強；一種說法是“一個細胞包含著這種生物的全部遺傳信息，在適當(dāng)?shù)臈l件下可以發(fā)育成一個完整的生物體”，這種說法嚴格講是將花藥離體培養(yǎng)或卵細胞發(fā)育成個體排除

3、在外了（存疑）；1984年國際組織培養(yǎng)協(xié)會作出的定義最全面“細胞全能性為細胞的某種特征，有這種能力的細胞保留形成有機體所有細胞類型的能力”，這個定義包含了受精卵、花藥、卵細胞的分化發(fā)育，也包含了培養(yǎng)細胞生產(chǎn)次生代謝物的情況（如紅豆杉細胞培養(yǎng)生產(chǎn)紫杉醇）。植物細胞全能性內(nèi)涵：高度分化的細胞仍具有發(fā)育成完整個體的潛能。原因：具有該生物的全部遺傳信息。表達的條件：離體，必備的營養(yǎng)物質(zhì)等。在體內(nèi)由于基因的選擇性表達，而使細胞發(fā)生分化。（4）全能性表達由高到低依次為：受精卵,干細胞生殖細胞體細胞；植物細胞,動物細胞。活動單元二：植物組織培養(yǎng)技術(shù)【導(dǎo)學(xué)提綱】.植物組織培養(yǎng)的過程？.愈傷組織的特點？.脫分化

4、，再分化的意義？.胚狀體的應(yīng)用？【識記】.在一定的培養(yǎng)條件下也可誘導(dǎo)形成胚狀體（也稱為體細胞胚）。如果模擬植物種子的基本結(jié)構(gòu)，在胚狀體外包裹人工胚乳和人工種皮，就可制成“人工種子”。.人工種子有許多優(yōu)點，如不受因素的制約、繁殖速度快，可在短時間內(nèi)提供大量種苗、有利于保存種系的優(yōu)良性狀等。.植物細胞培養(yǎng)是指在實驗室工廠化生產(chǎn)條件下，將組織培養(yǎng)過程中形成的或其他易分散的組織置于培養(yǎng)基中，進行懸浮培養(yǎng)，得到分散游離的懸浮細胞，通過繼代培養(yǎng)使細胞增殖，從而獲得大量的的一種技術(shù)。.植物細胞培養(yǎng)是在的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但與組織培養(yǎng)不同的是，細胞培養(yǎng)的目的不是使細胞形成組織乃至更多的植物體，而是通過大規(guī)模的

5、細胞培養(yǎng)以獲得人類所需的。.原生質(zhì)體是指去除后獲得的裸露的植物細胞。用于細胞工程的原生質(zhì)體主要來源于各種植物的葉片、等部位，此外也可從組織培養(yǎng)產(chǎn)生的中獲得原生質(zhì)體。.與未去除細胞壁的植物細胞一樣，原生質(zhì)體仍然具有,即具有再生細胞壁、進行連續(xù)分裂并長成完整植株的能力。原生質(zhì)體在一定條件下，除了能實現(xiàn)外，還能攝入、質(zhì)粒、病毒、細菌、細胞器等外源物質(zhì)，是植物細胞工程進行遺傳操作，如基因轉(zhuǎn)移的良好材料。.植物體細胞雜交技術(shù)是一種非常有用的遺傳育種手段，可以克服不同種植物之間雜交的障礙，實現(xiàn)遠緣物種之間的核質(zhì)組合，從而獲得新品種植株。.植物細胞工程在育種中成功應(yīng)用的另一范例是與利用。單倍體植株的特點是植

6、株弱小且高度不育，但它們在育種中具有能縮短、獲得純系等重要意義?！纠斫狻?在進行植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基中總是要添加一定量的生長素和細胞分裂素，其主要目的是什么？【提示】誘導(dǎo)細胞分裂和芽、根的分化。2.具有小靈芝草之稱的金釵石斛是一種名貴的中草藥，它具有生津益胃、潤肺止咳之功效。金釵石斛的有效化學(xué)成分為大黃酚和B谷甾醇。我們能否在工廠內(nèi)大量生產(chǎn)這兩種物質(zhì)呢？【提示】取金釵石斛的莖尖或根尖組織，并培養(yǎng)為愈傷組織一放入液體培養(yǎng)基中，進行懸浮培養(yǎng)一得到游離的懸浮細胞一篩選一采用液體培養(yǎng)基在生物發(fā)生器內(nèi)，利用發(fā)酵技術(shù)進行培養(yǎng)一獲得大量的金釵石斛細胞一從混合液中分離純化大黃酚和B一谷甾醇。植物組織培養(yǎng)過程（

7、無性繁殖過程）1、配置固體培養(yǎng)基2、無菌操作切取一些小塊組織獲得離體的植物器官、組織或細胞3、獲得愈傷組織4、誘導(dǎo)愈傷組織分化根、芽或胚狀體5、再生新植株出現(xiàn)進行植物組織培養(yǎng)的條件和過程條件：植物細胞要處于離體狀態(tài)。給予一定的營養(yǎng)物質(zhì)，如有機物(蔗糖、維生素、植物激素等)和礦質(zhì)元素等。無菌條件：即保證培養(yǎng)材料、培養(yǎng)基、培養(yǎng)用具完全無菌。因為一旦感染微生物，它們就會快速繁殖，爭奪營養(yǎng)，并且還會產(chǎn)生毒素，使培養(yǎng)物很快中毒死亡。適宜的環(huán)境條件，如適宜的溫度和pH等。名稱過程結(jié)果生長調(diào)節(jié)劑光脫分化由外植體脫分化為愈傷組織形成排列疏松、高度液泡化的薄壁細胞團生長素與細胞分裂素避光再分化由愈傷組織分化為幼

8、苗或胚狀體有根、芽或有生根發(fā)芽的能力生長素與細胞分裂素需光營養(yǎng)生長生殖生長發(fā)育成完整的植物體由根、莖、葉、花、果實、種子組成自身產(chǎn)生各種激素需光植物激素調(diào)節(jié)(1)、在生長素存在的情況下，細胞分裂素的作用呈現(xiàn)加強的趨勢;(2)、使用順序影響實驗結(jié)果：使用順序?qū)嶒灲Y(jié)果先使用生長素，后使用細胞分裂素有利于細胞分裂，但細胞不分化先使用細胞分裂素，后使用生長素細胞既分裂也分化同時使用分化頻率提高(3)、激素用量的比例影響實驗結(jié)果：生長素用量大于細胞分裂素用量時，有利于根的分化、抑制芽的形成；小于時，有利于芽的分化，抑制根的形成；量相等時，促進愈傷組織的生長。總結(jié)：生長素細胞分裂素利于根的分化生長素細胞分

9、裂素利于芽的分化生長素=細胞分裂素促進愈傷組織形成人工種子培育過程：植物組織培養(yǎng)誘導(dǎo)體細胞胚狀體的發(fā)生一胚胎發(fā)育同步化的控制一人工種皮的包埋等。結(jié)構(gòu)：人工種皮:躲持蹴體解加糊秋工種前度所朋輛有雕、砥、瓶懶無毒害糊L嘛體份生嬲）:楣于戲粕郵，就優(yōu)點：可使在自然條件下不結(jié)實或種子昂貴的植物得以繁殖；保持親本的優(yōu)良性狀；節(jié)約糧食，減少種子的使用。活動單元三：植物體細胞雜交【細學(xué)提綱劑有廟1乳醉儺鞠蛤力、保證其在適宜.去壁的方法？.細胞融合的原理？.體細胞雜交的意義?涮條麻生長發(fā)育【識記】植物體細胞雜交技術(shù)是指用兩個來自不同植物的體細胞融合成一個細胞，且把該細胞培育成的技術(shù)。植物體細胞雜交技術(shù)的優(yōu)點或

10、意義：【理解】1.原生質(zhì)，原生質(zhì)體，原生質(zhì)層的區(qū)別？原生質(zhì)與原生質(zhì)體幾乎沒有區(qū)別在顯微鏡還不發(fā)達的時代，人們通過顯微所以，管植物細胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)成為原生質(zhì)或原生質(zhì)體。也就是細胞膜+細胞質(zhì)+細胞核。動物細胞直接就是原生質(zhì)。在一些植物細胞工程中，常人為去掉細胞壁，這樣所獲得其余的細胞結(jié)構(gòu)也就成為原生質(zhì)體。原生質(zhì)層指成熟植物細胞的細胞膜、液泡膜和這兩層膜之間的細胞質(zhì)。由于成熟植物細胞的液泡體積極大，所以可以把這3部分看成一層極薄的膜，稱為原生質(zhì)層。相當(dāng)于滲透作用中的半透膜，起到選擇透過的作用2.植物體細胞雜交植物體細胞雜交多倍體育種不基本原理不原生質(zhì)體融合和組織培養(yǎng)染色體數(shù)目的變異同同點方法不同原生質(zhì)體

11、融合秋水仙素處理萌發(fā)的種子和幼苗染色體來源和數(shù)目不同一般來自不同種的生物，染色體不一定是倍數(shù)關(guān)系（）來自同種生物，加倍的是同源染色體同都是通過改變細胞的染色體數(shù)目來改變遺傳物質(zhì)，從而改變生物的性狀。4、常見育種方式比較方法原理原因?qū)嵗齼?yōu)點雜交育種基因重組非同源染色體上的非等位基因自由組合抗倒伏抗銹病小麥集中優(yōu)良性狀誘變育種基因突變?nèi)斯し椒ㄊ骨嗝顾馗弋a(chǎn)菌株提高變異頻率，出現(xiàn)新性狀單倍體育種染色體變異秋水仙素處理單倍體使其染色體加倍小麥新品種縮短育種年限多倍體育種染色體變異秋水仙素處理使染色體加倍無籽西瓜器官大，營養(yǎng)成分含量高細胞工程育種染色體變異實現(xiàn)不同種植物之間的核質(zhì)融合白菜克服遠源雜交不親和

12、的障礙基因工程育種基因重組將不同生物的基因拼接在一起抗蟲棉目的性強，打破物種界限【反饋】例1.1958年美國科學(xué)家將胡蘿卜韌皮部的細胞培養(yǎng)產(chǎn)生完整植根如下圖），請回答:試管植物試管植物胚狀體科學(xué)家所用的胡蘿卜韌皮部的細開花的胡蘿卜植株胚狀體科學(xué)家所用的胡蘿卜韌皮部的細此實驗證明了高度分化的植分化叫韌胸部（細胞通過細胞，在正常生物體內(nèi)是否能夠進行有絲分裂？說明原因。_和“入形成植株，形成的植株的特點是此實驗證明了高度分化的植分化叫韌胸部（細胞通過力細胞仍有發(fā)發(fā)育成完整植株的能力，即具有一，高度具有此特性是由于（4）下表為幾種組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基配方的部分成分及培養(yǎng)條件和特點。培養(yǎng)基作用糖類大量元素微

13、量元素植物激素條件建立愈傷組織的培養(yǎng)基蔗糖N、P、KCa、Mg、S等B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等2,4-D25黑暗培養(yǎng)根尖的培養(yǎng)基蔗糖N、P、K、Ca、Mg、S等B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等15黑暗培養(yǎng)莖尖的培養(yǎng)基蔗糖N、P、K、Ca、Mg、S等B、Cu、Mn、Mo、Cl、Fe等萘乙酸18連續(xù)光照根據(jù)上表分析說明，組織培養(yǎng)的條件和特點是：試簡要說明組織培養(yǎng)技術(shù)的優(yōu)點以及這一技術(shù)在實踐中的具體應(yīng)用。.植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理、培養(yǎng)過程的順序及誘導(dǎo)的植物激素分別是（）細胞的全能性離體植物器官、組織或細胞根，芽生長素和細胞分裂素生長素和乙烯愈傷組織再分化脫分化植物體A.、和B.、和C.、和

14、D.、和例2.醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)紫杉醇能有效治療某些癌癥。獲得紫杉醇的傳統(tǒng)方法是從紅豆杉屬植物的樹皮中提取，但產(chǎn)量有限，也不利于瀕危植物紅豆杉的保護。研究發(fā)現(xiàn)，紅豆杉的其他組織細胞也能生產(chǎn)紫杉醇，有人嘗試用植物細胞工程技術(shù)生產(chǎn)。下圖為三種紅豆杉細胞培養(yǎng)過程中細胞數(shù)量、紫杉醇產(chǎn)量與培養(yǎng)時間的數(shù)據(jù)圖。請回答：(2)將紅豆杉細胞經(jīng)組織培養(yǎng)形成=。方可接種到培養(yǎng)基中。?45利用組織培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)與傳統(tǒng)方法提取紫杉醇相比，前者具有川/J(至少答出兩點)優(yōu)點。.對細胞全能性的表述正確的是A、非離體植物細胞能夠表現(xiàn)出全能性B、動物細胞融合標(biāo)志著動物細胞全能性的實現(xiàn)C、單克隆抗體的制備原理依據(jù)是細胞的全能性D、花粉培

15、育成單倍體是細胞全能性的體現(xiàn).植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是A.給予適宜的營養(yǎng)和外界條件B.脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)和外界條件。導(dǎo)入其他植物細胞的基因D.將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內(nèi).在生物體的所有細胞中，全能性最高的是A.卵細胞B植物花粉C.體細胞D.受精卵.在生物體內(nèi)，細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因為：A.細胞喪失了全能性B.基因的表達有選擇性C.不同的細胞內(nèi)基因不完全相同D.在個體發(fā)育的不同時期，細胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化.植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理、培養(yǎng)過程的順序及誘導(dǎo)的植物激素分別是細胞的全能性離體植物器官，組織或細胞根，芽生長素和細胞分裂素生長素和乙烯愈傷組織再分化脫分化植物體A.和B.和C和D.和.植物組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織，下列有關(guān)愈傷組織的敘述錯誤的是A.愈傷組織是離體細胞經(jīng)過脫分化形成的B.形成愈傷組織的培養(yǎng)基不需含有機分子C愈傷組織可以形成具有生根能力的胚狀結(jié)構(gòu)D.愈傷組織細胞的線粒體和核糖體可能發(fā)生堿基互補配對.能刺激愈傷組織形成的誘導(dǎo)劑是A.細胞分裂素和生長素B、赤霉素C.生長