植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

專(zhuān)題2細(xì)胞工程.

應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過(guò)細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作，按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門(mén)綜合科學(xué)技術(shù)。細(xì)胞工程：.細(xì)胞工程應(yīng)用的原理和方法細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品概念分類(lèi)植物細(xì)胞工程xxk研究的目的研究的水平動(dòng)物細(xì)胞工程xxk.前者:是細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上生物技術(shù),后者:是分子水平上的生物技術(shù)?？寺《嗬蚣夹g(shù)是

水平上的技術(shù)，培育抗蟲(chóng)棉是

水平上的技術(shù)。細(xì)胞工程與基因工程比較細(xì)胞分子思考:.科技探索之路扦插能否培育成完整的植株呢？.科技探索之路1902(德國(guó))哈伯蘭特：細(xì)胞全能性1937(美國(guó))懷特：煙草莖段形成層——植株1958(美國(guó))斯圖爾德：胡蘿卜根——胡蘿卜1965沃索：煙草單細(xì)胞——植株1970斯圖爾德：懸浮培養(yǎng)單細(xì)胞——植株20世紀(jì)70年代克隆.1907(美國(guó))哈里森：淋巴液

——蝌蚪的神經(jīng)元細(xì)胞20世紀(jì)60年代(中國(guó))童第周：魚(yú)類(lèi)細(xì)胞核移植1975(英國(guó))米爾斯坦和(德國(guó))科勒：?jiǎn)慰寺】贵w技術(shù)1996年7月(英國(guó))克隆羊多利誕生科技探索之路.已高度分化組織完整植株？2.1植物細(xì)胞工程§2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù).離體的植物組織、器官或細(xì)胞已分化的細(xì)胞，經(jīng)誘導(dǎo)失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過(guò)程。脫分化愈傷組織排列疏松、無(wú)規(guī)則、高度液泡化的呈無(wú)定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞。再分化胚狀體或叢芽完整植株植物組織培養(yǎng)過(guò)程一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素含不同激素的分化培養(yǎng)基.原理：

細(xì)胞的全能性：具有某種生物全部遺傳信息的任何一個(gè)細(xì)胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。發(fā)育過(guò)程沒(méi)有表現(xiàn)全能性

在特定時(shí)間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會(huì)有選擇性的表達(dá)出各種蛋白質(zhì)，從而構(gòu)成生物體的不同組織和器官。.全能性大小比較：（1）受精卵(全能性最高)＞生殖細(xì)胞(也具有較高的全能性)＞體細(xì)胞(全能性較低)。（2）未分化或分化程度低的體細(xì)胞＞分化程度高的體細(xì)胞，增殖的細(xì)胞＞不增殖的細(xì)胞。（3）植物細(xì)胞＞動(dòng)物細(xì)胞（4）隨著細(xì)胞分化程度不斷提高，細(xì)胞的全能性逐漸減小。.例1.有關(guān)全能性的敘述，不正確的是（）

A．受精卵在自然條件下能使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體，因此全能性最高

B．生物體內(nèi)細(xì)胞由于分化，全能性不能表達(dá)

C．卵細(xì)胞與受精卵一樣，細(xì)胞未分化，全能性很高xxk

D．植物細(xì)胞離體培養(yǎng)在一定條件下能表現(xiàn)出全能性xxkC.例2.在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因?yàn)?)

A．基因的表達(dá)有選擇性

B．不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同

C．細(xì)胞喪失了全能性

D．在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，細(xì)胞內(nèi)的基因

發(fā)生了變化A.胡蘿卜的植物組織培養(yǎng)：P34.切取形成層接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基愈傷組織試管苗的形成移栽脫分化再分化接種到分化培養(yǎng)基外植體.1.在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用器械的滅菌和實(shí)驗(yàn)人員的無(wú)菌操作？提示：植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，有利于培養(yǎng)物的生長(zhǎng)，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長(zhǎng)，所以植物組織培養(yǎng)過(guò)程中污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，迅速生長(zhǎng)的各種雜菌不但會(huì)和培養(yǎng)物爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)，而且這些雜菌生長(zhǎng)的過(guò)程中會(huì)生成大量對(duì)培養(yǎng)物有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物迅速死亡。

.2.在本實(shí)驗(yàn)中，切取胡蘿卜塊根時(shí)強(qiáng)調(diào)要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。請(qǐng)思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株？提示：胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導(dǎo)愈傷組織比較困難。3.為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過(guò)程中應(yīng)避光培養(yǎng)（暗培養(yǎng)）？暗培養(yǎng)有利于細(xì)胞的脫分化，產(chǎn)生愈傷組織，在有光時(shí)，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。.4.請(qǐng)根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡(jiǎn)圖。植物材料（消毒）脫分化無(wú)菌接種、誘導(dǎo)愈傷組織再分化誘導(dǎo)試管苗移栽到大田,培養(yǎng)成正常植株學(xué)科網(wǎng).植物組織培養(yǎng)中脫分化與再分化過(guò)程的比較名稱(chēng)過(guò)程形成體特點(diǎn)條件脫分化離體器官、組織、細(xì)胞成為愈傷組織排列疏松、高度液泡化的薄壁細(xì)胞團(tuán)①離體；②提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(有機(jī)物、無(wú)機(jī)物)；③提供激素(生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素等)；④提供其他適宜條件(溫度、無(wú)菌等)再分化愈傷組織成為幼苗或胚狀體結(jié)構(gòu)有根、芽或有生根發(fā)芽的能力.植物激素在植物組織培養(yǎng)中的作用使用順序預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素的比值與結(jié)果先生長(zhǎng)素，后細(xì)胞分裂素有利于分裂但不分化比值高時(shí)促進(jìn)根分化，抑制芽形成先細(xì)胞分裂素，后生長(zhǎng)素細(xì)胞既分裂也分化比值低時(shí)促進(jìn)芽分化、抑制根形成同時(shí)使用分化頻率提高比值適中促進(jìn)愈傷組織形成記憶口訣：生根分芽.特別提醒：

(1)植物組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵是避免微生物的污染，所有實(shí)驗(yàn)用具都必須嚴(yán)格滅菌，接種過(guò)程要進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)菌操作。(2)脫分化培養(yǎng)愈傷組織時(shí)要避光(如果此時(shí)進(jìn)行光照，容易分化產(chǎn)生維管組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織)，但再分化過(guò)程要有光照，這樣有利于誘導(dǎo)形成葉綠素。.植物組織培養(yǎng)：

1、概念

在無(wú)菌和人工控制條件下,將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。2、理論基礎(chǔ)：細(xì)胞的全能性.3、細(xì)胞表現(xiàn)全能性的條件（1）離體狀態(tài)（2）無(wú)菌操作（3）適宜物質(zhì)的誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)（植物激素主要是生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素）（4）種類(lèi)齊全、比例適合的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（5）適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）.

例3.下列屬于組織培養(yǎng)的是()

A.花粉培養(yǎng)成單倍體植株

B.芽發(fā)育成枝條

C.根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)

D.未受精的卵發(fā)育成植株

例4.在離體的植物器官、組織或細(xì)胞脫分化形成愈傷組織的過(guò)程中，下列哪一項(xiàng)條件是不需要的()

A.消毒滅菌B.適宜的溫度

C.充足的光照D.適宜的養(yǎng)料和激素AC.例5.要將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成完整植株，不需要（）

A.具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞

B.離體狀態(tài)

C.導(dǎo)入外源基因

D.一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素C.番茄與馬鈴薯同屬茄科植物，但不是同屬植物。番茄的果實(shí)和馬鈴薯的塊莖是我們經(jīng)常食用的蔬菜。馬鈴薯塊莖生長(zhǎng)在土壤中。

人們?cè)?jīng)有這樣一個(gè)夢(mèng)想：讓一株植株地上部分結(jié)番茄，地下部分長(zhǎng)土豆。這個(gè)夢(mèng)想可能實(shí)現(xiàn)嗎？一個(gè)夢(mèng)想?.因?yàn)椴煌N生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點(diǎn)的。于是，科學(xué)家試圖用這兩種植物的體細(xì)胞進(jìn)行雜交，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)這幅番茄—馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？理想圖.1．你認(rèn)為兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞完成融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？2．有沒(méi)有一種溫和的去壁方法呢？3．為什么兩個(gè)原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？4．如果兩個(gè)來(lái)源不同的原生質(zhì)體發(fā)生了融合，下一步該做何處理？5．如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？P36請(qǐng)思考：.雜種植株融合的原生質(zhì)體AB再生出細(xì)胞壁脫分化愈傷組織再分化1、過(guò)程：植物細(xì)胞融合植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細(xì)胞AB去壁去壁人工誘導(dǎo)方法？促進(jìn)融合的方法？融合完成的標(biāo)志植物細(xì)胞B二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)酶解法（纖維素酶和果膠酶）物理法：離心、振動(dòng)、電激等化學(xué)法：聚乙二醇（PEG).1．你認(rèn)為兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞完成融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？2．有沒(méi)有一種溫和的去壁方法呢？3．為什么兩個(gè)原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？4．如果兩個(gè)來(lái)源不同的原生質(zhì)體發(fā)生了融合，下一步該做何處理？5．如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？P36請(qǐng)思考：細(xì)胞壁阻礙細(xì)胞間雜交酶解法細(xì)胞膜的流動(dòng)性對(duì)雜種細(xì)胞進(jìn)行篩選植物組織培養(yǎng).特別提醒：1.植物體細(xì)胞雜交技術(shù)包括植物細(xì)胞融合和植物組織培養(yǎng)兩個(gè)過(guò)程。2.植物體細(xì)胞雜交的原理

植物細(xì)胞融合：細(xì)胞膜的流動(dòng)性

植物組織培養(yǎng)：細(xì)胞的全能性3.植物細(xì)胞融合成功的標(biāo)志是雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁，植物體細(xì)胞雜交技術(shù)完成的標(biāo)志是獲得雜種植株。4.從生殖類(lèi)型上看，植物體細(xì)胞雜交技術(shù)沒(méi)有有性生殖細(xì)胞的形成和結(jié)合，應(yīng)屬于無(wú)性生殖，變異類(lèi)型應(yīng)是染色體數(shù)目的變異。（舉例說(shuō)明）.2、植物體細(xì)胞雜交概念將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。3、意義克服不同種生物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，取得了巨大的突破，可以定向改造生物性狀。實(shí)例：番茄—馬鈴薯、白菜—甘藍(lán)等種間雜種。4、未能解決的問(wèn)題：

未能讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀。.例6.植物體細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是()

A．產(chǎn)生新的細(xì)胞壁

B．細(xì)胞膜發(fā)生融合

C．細(xì)胞質(zhì)發(fā)生融合

D．細(xì)胞核發(fā)生融合

例7.用不同種植物的兩個(gè)體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞的過(guò)程。該過(guò)程是指()

A．不同植物的精子和卵細(xì)胞的融合

B．不同植物的原生質(zhì)體的融合

C．完整的兩個(gè)體細(xì)胞的融合

D．植物花粉細(xì)胞的兩兩融合AB.所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ)植物細(xì)胞工程通常采用的技術(shù)手段植物組織培養(yǎng)

植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞的全能性小結(jié)：.完.1.為什么“番茄—馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒(méi)有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬