植物細胞工程

是指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學技術。細胞工程：根據操作對象不同動物細胞工程植物細胞工程植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交動物細胞培養(yǎng)動物的核移植單克隆抗體動物細胞融合基因工程與細胞工程相比較：細胞工程基因工程原理方法細胞生物學和分子生物學遺傳學（基因重組）研究水平細胞水平或細胞器水平DNA分子水平研究目的按照人們的意愿，來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品按照人們的意愿，定向地改造生物的遺傳性狀2.1.1

植物細胞工程的基本技術一、細胞的全能性具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能，也就是說，每個生物細胞都具有全能性的特點。2、什么是細胞的全能性？1、為什么已分化的植物組織或細胞能培養(yǎng)成完整的植物體？植物細胞具有全能性。（技術的理論基礎）在理論上，生物的任何一個細胞都具有發(fā)育成完整個體的能力。但是，在生物的個體發(fā)育中，細胞并不會表現出全能性，而是分化成各種組織和器官。這是因為在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會有選擇的轉錄翻譯出各種不同的蛋白質，從而構成生物體的不同組織和器官。基因的選擇性表達！3、為什么細胞分化之后會出現差異呢？細胞具有全能性≠細胞全能性表達5、全能性的大?。喝苄栽礁邉t分化程度越低。4、細胞的全能性與細胞分化程度的關系：植物細胞＞動物細胞（只有細胞核具有全能性）受精卵＞生殖細胞（精子、卵細胞）＞體細胞分化程度低的體細胞＞分化程度高的體細胞幼嫩的細胞＞衰老的細胞細胞分裂能力強的＞細胞分裂能力弱的1、怎樣把植物的一個花瓣、一片葉子、一?；ǚ叟嘤赏暾闹仓?？二、植物組織培養(yǎng)技術細胞表達全能性的條件：1、細胞離體2、營養(yǎng)物質3、激素4、其他外界條件：無菌、PH值、光照等①含N物質：包括維生素和某些有機添加劑②碳源：2%~5%的蔗糖（能量）③激素：生長素和細胞分裂素等（誘導）④瓊脂：固定支持的作用⑵、有機營養(yǎng)成分：⑴、無機營養(yǎng)成分：①水：包括維生素和某些有機添加劑②礦質元素：大量元素及微量元素2、固體培養(yǎng)基的組成：脫分化再分化脫分化（去分化）：已經分化的細胞，經過誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程。再分化：由愈傷組織在一定的培養(yǎng)條件下，重新分化出幼根、芽等器官，形成完整植株的過程。外植體：把由活植物體上切取下來以進行培養(yǎng)的那部分組織或器官稱為外植體。愈傷組織：通過細胞分裂，愈傷組織的細胞排列疏松而無規(guī)則，是一種高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞團。離體的植物細胞、組織或器官（外植體）脫分化愈傷組織再分化芽或根等器官植物體植物組織培養(yǎng)的過程：比值高時，有利于根的分化生長素細胞分裂素比值低時，有利于芽的分化比值適中，促進愈傷組織的形成胚狀體1、在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？2、為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分是否也能培養(yǎng)成小植株？答：因為用于培養(yǎng)植物細胞的MS培養(yǎng)基也適合微生物的生長繁殖，若微生物大量繁殖則會消耗營養(yǎng)物質，并產生對所培養(yǎng)的植物細胞有害的代謝廢物，導致實驗失敗。答：形成層細胞具有旺盛的分裂能力，容易誘導形成愈傷組織。其他部分的細胞當然也能培養(yǎng)成小植株，不過培養(yǎng)起來要困難一點。植物材料消毒接種到誘導培養(yǎng)基誘導出愈傷組織愈傷組織轉接到繼代培養(yǎng)基上得到大量的愈傷組織愈傷組織接種到分化培養(yǎng)基上分化出幼苗幼苗接種到生根培養(yǎng)基上完整植株移栽到大田若誘導出幼苗的同時也實現生根，可以省略生根培養(yǎng)基可以不繼代培養(yǎng)直接誘導分化植物組織培養(yǎng)技術的流程圖：植物組織培養(yǎng)：是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。1、取材：選取植物形成層的部位最容易誘導形成愈傷組織。2、光照：在愈傷組織的誘導階段往往要暗培養(yǎng)，有利于細胞的脫分化產生愈傷組織。當愈傷組織分化出芽和葉子時，一定要有光照，有利于葉片進行光合作用。注、影響植物組織培養(yǎng)的因素有哪些？3、營養(yǎng)成分：大量元素、微量元素、有機物（氨基酸、維生素、蔗糖等）、水等。4、激素：細胞分裂素和生長素。兩者用量的比例影響植物細胞的發(fā)育方向。二、植物體細胞雜交技術番茄馬鈴薯植物體細胞雜交就是將不同種的植物的體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。1．你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，首先遇到的障礙是什么？2．有沒有一種溫和的方法消除這個障礙呢？4．植物細胞融合成功標志是什么？5．如何將雜種細胞培育成雜種植株？3．用什么方法可以使兩個原生質體發(fā)生融合，首先是什么融合？利用了什么原理？然后是什么融合？什么時間融合？植物體細胞雜交的五個重要的問題：植物體細胞雜交技術流程圖：A植物細胞B植物細胞A植物原生質體B植物原生質體融合的AB原生質體AB植物細胞愈傷組織細胞再生小植株AB雜種植株1．你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，首先遇到的障礙是什么？植物體細胞雜交的五個重要的問題：A植物細胞B植物細胞A植物原生質體B植物原生質體因為植物細胞有細胞壁，所以首先遇到的障礙是如何去除細胞壁。2．有沒有一種溫和的方法消除這個障礙呢？（用什么方法去除細胞壁呢？）植物體細胞雜交的五個重要的問題：植物細胞的細胞壁主要成分：纖維素和果膠纖維素酶和果膠酶去除細胞壁。（酶解法）A植物細胞B植物細胞A植物原生質體B植物原生質體3．用什么方法可以使兩個原生質體發(fā)生融合，首先是什么融合？利用了什么原理？然后是什么融合？什么時間融合？植物體細胞雜交的五個重要的問題：A植物原生質體B植物原生質體融合的AB原生質體物理法：離心、振動、電刺激等化學法：聚乙二醇（PEG）人工誘導細胞膜細胞膜的流動性細胞核雜種細胞第一次有絲分裂時4．植物細胞融合成功標志是什么？植物體細胞雜交的五個重要的問題：融合的AB原生質體AB植物細胞雜種細胞產生了新的細胞壁（篩選）植物細胞壁的形成于高爾基體有關。BB植物細胞AB植物細胞B植物細胞AA植物細胞A植物細胞5．如何將雜種細胞培育成雜種植株？植物體細胞雜交的五個重要的問題：AB植物細胞愈傷組織細胞再生小植株AB雜種植株植物組織培養(yǎng)脫分化再分化芽或根等器官植物體外植體愈傷組織植物體細胞雜交技術流程圖：A植物細胞B植物細胞A植物原生質體B植物原生質體融合的AB原生質體AB植物細胞愈傷組織細胞再生小植株AB雜種植株植物A細胞植物B細胞原生質體A原生質體B融合的原生質體AB雜種細胞AB（篩選）愈傷組織雜種植株去壁人工誘導（物理、化學法）再生出細胞壁脫分化再分化植物細胞融合植物組織培養(yǎng)去壁白菜－甘藍甘藍白菜＋生長周期短、耐熱性強、易于貯藏等。植物體細胞雜交的意義：打破了植物遠緣雜交不親和的障礙，擴大了用于雜交的親本組合范圍。（與有性雜交方法比較）植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交所屬范疇無性繁殖基因重組原理細胞全能性細胞膜的流動性細胞全能性步驟①脫分化②再分化①用酶去除細胞壁②融合形成雜種細胞③植物組織培養(yǎng)意義保持優(yōu)良性狀；繁殖速度快、大規(guī)模生產；提高經濟效益克服不同種生物遠源雜交的障礙聯系雜交技術應用了組織培養(yǎng)1、為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄地下結馬鈴薯？答：生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達，所以雜交植株不能地上長番茄地下結馬鈴薯。2、自然界中有一種含有葉綠體的原生動物—眼蟲，說明植物的細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛毎c植物細胞之間可以實現雜交嗎？如果理論上可行，請設計出具體實驗方案。植物材料消毒誘導出愈傷組織動植物細胞雜交過程：除去細胞壁，得到原生質體動物胚胎細胞培養(yǎng)融合的胚胎細胞培養(yǎng)分裂形成胚胎將胚移植到代孕母的子宮中動植物雜交種的出生人工誘導2.1.2植物細胞工程的實際應用三、植物繁殖的新途徑1、微型繁殖：人們形象地把用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術，叫做植物的微型繁殖技術，也叫快速繁殖技術。細胞的全能性。取材少，培養(yǎng)周期短，保持優(yōu)良品種的遺傳特性，高效快速地實現種苗的大量繁殖。優(yōu)良的觀賞植物、經濟林木、無性繁殖作物等。①概念：②原理：③優(yōu)點：④應用：2、作物脫毒：長期進行無性繁殖的作物，易積累感染的病毒，導致產量降低，品質變差。植物莖尖、根尖的分生區(qū)組織。利用植物分生組織進行培養(yǎng)可以使新長成的植株脫除病毒。馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等主要經濟作物上已獲得成功。①概念：②脫毒材料：③方法：④應用：以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽為材料，經過人工薄膜包裝得到的種子。培育周期長；優(yōu)良雜種的后代會發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性；生產會受到季節(jié)、氣候和地域的限制，并且需要占用大量的土地實現制種。①概念：②天然種子的局限：3、人工種子：人工薄膜，透氣透水不定芽，頂芽、腋芽營養(yǎng)物質+植物激素+抗生素（殺菌）人工胚乳現在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡膠等幾十種植物的人工種子試種成功，但由于成本較高，中國尚未應用于生產。④應用：③人工種子的結構：種皮胚胚乳四、作物新品種的培育1、單倍體育種：花藥單倍體植株離體培養(yǎng)秋水仙素利用植物組織培養(yǎng)的技術，獲得單倍體植株，然后用秋水仙素處理，獲得穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良性狀。染色體變異?；ㄋ庪x體培養(yǎng)。①技術：②原理：③方法：④過程：具優(yōu)良性狀的正常植株（原理：抑制紡錘體的形成。）⑤單倍體育種的流程：花粉類型DRDrdRdr減數分裂ddRR花藥離體培養(yǎng)秋水仙素處理⑥優(yōu)點：明顯縮短育種的年限。子代均為純合子。⑦缺點：操作過程復雜一些。DRDrdRdr單倍體幼苗抗?。篟感?。簉高桿：D矮桿：dPDDRR×ddrrF1DdRr2、突變體的利用：在植物組織培養(yǎng)的過程中，由于培養(yǎng)的細胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，因此容易受到培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線、化學物質等）的影響而產生突變。從這些產生突變的個體中可以篩選出對人類有利的突變體，進而培育出新品種?；蛲蛔儭＂谠恚何锢碚T變：γ射線、β射線、中子等化學誘變：甲基磺酸乙脂、疊氮化鈉等③方法：誘變育種。①育種：蛋白質、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿、人參皂甙、紫杉醇、奎寧、茉莉花油、三七、銀杏、紫草等。植物組織培養(yǎng)。①產物的種類：②技術：五、細胞產物的工廠化生產⑴由已分化的外植體直接產生；⑵由愈傷組織產生；⑶由懸浮細胞培養(yǎng)產生。⑴播種后能快速出苗；⑵根和芽幾乎同時生長，不產生愈傷組織；⑶同步化程度高；⑷活力強；⑸形成的幼苗的形態(tài)與生長要正常。③人工種子產生的途徑：④對胚狀體的基本要求：第一步：選擇人參根作為外植體進行培養(yǎng)，產生愈傷組織，經過培養(yǎng)選擇找到增殖速度快而且細胞內人參皂甙含量高的細胞株作為種質，其中一部分作為保存用，以備下一次生產用，一部分進行發(fā)酵生產；第二步：將第一步選擇到的細胞株在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進行液體培養(yǎng)，增加細胞數量；第三步：講發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細胞進行破碎，從中提取人參皂甙。⑤人參皂甙的工廠化生產的過程：(2008年江蘇生物)下列關于植物組織培養(yǎng)的敘述中，錯誤的是（）A．培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營養(yǎng)和調節(jié)滲透壓B．培養(yǎng)基