物植物細胞工程

1、2.1.1 植物細胞工程 番茄與馬鈴薯同屬茄科植物，但不是同屬的植物。番茄的果實和馬鈴薯的塊莖是我們經常食用的蔬菜。馬鈴薯的塊莖生長在土壤中。 人們曾經有這樣一個幻想：讓一株植株地上部分結番茄，地下部分長土豆。這個幻想可能實現(xiàn)嗎？細胞工程細胞工程 指應用細胞生物學和分子生物學的原理和指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，在細胞水平或細胞器水平上的操作，按方法，在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。細胞產品的一門綜合科學技術。 細細胞胞工工程程應用的原理和方法應用的原理和方法研究的水平研究

2、的水平研究的目的研究的目的細胞生物學和細胞生物學和分子生物學分子生物學細胞水平或細細胞水平或細胞器水平胞器水平按照人們的意愿來按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產物質或獲得細胞產品品概念概念分類分類植物細胞工程植物細胞工程動物細胞工程動物細胞工程理論基礎理論基礎細胞的細胞的全能性全能性主主要要技技術術植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交植物體細胞雜交動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合動物細胞融合單克隆抗體技術單克隆抗體技術胚胎移植胚胎移植核移植核移植植物植物細胞細胞工程工程技術技術動物動物細胞細胞工程工程技術技術所采用技術的理論基礎 植物細胞工程通常采用的技 術

3、 手 段 植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) 植物體細胞雜交植物體細胞雜交植物細胞的全能性植物細胞的全能性（一）（一） 細胞的全能性細胞的全能性1、定義、定義： 具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細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。胞都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。 2、原理：、原理： 生物體的細胞一般地包含有該物種所特有生物體的細胞一般地包含有該物種所特有的全套遺傳物質，都有發(fā)育成為完整個體的全套遺傳物質，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個的每一個活細胞活細胞都應該具有全能性。都應該具有全能性。 3、差異

4、：、差異： （1 1） 受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 （2 2） 受精卵分化后的細胞中，體細胞受精卵分化后的細胞中，體細胞的全能性比生殖細胞的的全能性比生殖細胞的低。低。 植物細胞的全能性植物細胞的全能性受精卵受精卵生殖細胞生殖細胞體細胞體細胞4、大小、大小5.細胞表現(xiàn)出全能性的條件細胞表現(xiàn)出全能性的條件 離體狀態(tài)離體狀態(tài) 有一定營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件有一定營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件 思考討論：為什么體內細胞沒有表現(xiàn)出思考討論：為什么體內細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織、器官？全能性，而是分化成為不同的組織、器官？ 基因在特定空間和時間條件下基因在特定空間和時間條件

5、下選擇性表達選擇性表達的結果。在個體發(fā)育的不同時期，生物體不同的結果。在個體發(fā)育的不同時期，生物體不同部位的細胞表達的基因是不同的，合成的蛋白部位的細胞表達的基因是不同的，合成的蛋白質也不一樣，從而形成了不同的組織和器官。質也不一樣，從而形成了不同的組織和器官。 科學研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活科學研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活細胞，在一定的營養(yǎng)物質、激素和其他外界條細胞，在一定的營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實現(xiàn)的這一過程，就是整的植株。人工條件下實現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。植物組織培養(yǎng)。

6、 1958 1958年年StewardSteward（斯圖爾德）等利用胡（斯圖爾德）等利用胡蘿卜根的愈傷組織誘導成了體細胞胚，并進蘿卜根的愈傷組織誘導成了體細胞胚，并進而獲得了完整植株。而獲得了完整植株。 植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史植物組織培養(yǎng) 外植體：從活植物體上切下進行培養(yǎng)的那部分外植體：從活植物體上切下進行培養(yǎng)的那部分組織或器官組織或器官 1 1）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等）種子、花粉等） 2 2）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上 3 3）切取所需的外植體）切取所需的外植體 4 4）將外植體接種

7、于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上）將外植體接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上 整個試驗在超凈工作臺上進行，保持無菌！整個試驗在超凈工作臺上進行，保持無菌！ 外植體經過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會形外植體經過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會形成愈傷組織成愈傷組織植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基 定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的基質基質 無機營養(yǎng)成分：無機營養(yǎng)成分：C C，H H，O O大量元素及部分微量元素大量元素及部分微量元素 有機營養(yǎng)成分有機營養(yǎng)成分 含含N N物質：包括維生素和氨基酸物質：包括維生素和氨基酸 碳源：碳源：2%2%5%5%的蔗糖的蔗糖 瓊

8、脂：起支持作用瓊脂：起支持作用 生長激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素生長激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素 PHPH值：值：5.05.06.06.0過程過程離體的植物器官、組織或細胞離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織愈傷組織芽芽植物體植物體外植體外植體脫分化脫分化再分化再分化培養(yǎng)基中的激素，生長培養(yǎng)基中的激素，生長素和細胞分裂素素和細胞分裂素植物組織培養(yǎng)繼代培養(yǎng)基大量愈傷組織芽、根芽、根組織培養(yǎng)的過程愈傷組織：離體的植物器官、愈傷組織：離體的植物器官、組織或細胞，在培養(yǎng)一段時組織或細胞，在培養(yǎng)一段時間以后，通過細胞分裂，形間以后，通過細胞分裂，形成一種高度液泡化、無定形成一種高度液泡化、無定形狀

9、態(tài)薄壁細胞組成的排列疏狀態(tài)薄壁細胞組成的排列疏松無規(guī)則的組織。松無規(guī)則的組織。培養(yǎng)基中的激素：生長素/細胞分裂素值大時可誘導根的生長生長素/細胞分裂素值小時可誘導芽的生長生長素/細胞分裂素勻衡可誘導俞傷組織生長 植物細胞的脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細胞產生愈傷組織的過程，又稱去分化。 植物細胞的再分化：脫分化產生的愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新分化根或芽等器官的過程。植物體細胞雜交植物體細胞雜交 1972 1972年卡爾森等通過兩個煙草品種之間年卡爾森等通過兩個煙草品種之間原生質體的融合，獲得了第一個體細胞雜種。原生質體的融合，獲得了第一個體細胞雜種。19781978年梅爾徹斯年梅爾徹斯(

10、Melchers)(Melchers)等首次獲得等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細胞雜種了番茄和馬鈴薯的屬間體細胞雜種“PotamatoPotamato”。 目前，已得到栽培煙草與野生煙草、栽培目前，已得到栽培煙草與野生煙草、栽培大豆與野生大豆、秈稻與野生稻、秈稻與粳稻、大豆與野生大豆、秈稻與野生稻、秈稻與粳稻、小麥與鵝冠草等細胞雜種及其后代，獲得了有小麥與鵝冠草等細胞雜種及其后代，獲得了有價值的新品系或育種上有用的新材料。價值的新品系或育種上有用的新材料。 （三）（三） 植物體細胞雜交植物體細胞雜交1 1、定義：、定義： 用兩個來自不同植物的體細胞融合成用兩個來自不同植物的體細胞融合成一個雜

11、種細胞，且把雜種細胞培育成一個雜種細胞，且把雜種細胞培育成新的植物體的方法。新的植物體的方法。 2 2、優(yōu)勢：、優(yōu)勢：（與有性雜交與有性雜交方法比較）方法比較） 打破了不同種生物間的生殖隔離限制，打破了不同種生物間的生殖隔離限制，大大擴展了可用于雜交的親本組合范大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。圍。植物體細胞雜交植物體細胞雜交去壁去壁去壁去壁纖維素酶纖維素酶果膠酶果膠酶原原生生質質體體植物細胞植物細胞原生質體融合原生質體融合離心、離心、振動、振動、電刺激、電刺激、聚乙二聚乙二醇醇再生細胞壁再生細胞壁雜種細胞雜種細胞去去分分化化愈傷組織愈傷組織雜種植株雜種植株激素激素篩選篩選等量等量激素激素再

12、分再分化化植物體細胞雜交植物體細胞雜交植物植物A A細胞細胞植物植物B B細胞細胞去壁去壁原生質體原生質體A A原生質體原生質體B B原生質體融合原生質體融合融合體融合體再生壁再生壁雜種細胞雜種細胞細胞分裂細胞分裂愈傷組織愈傷組織雜種植株雜種植株去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等）酶解法（纖維素酶、果膠酶等） 原生質體融合方法原生質體融合方法：物理法：離心、振動、電刺激等物理法：離心、振動、電刺激等 化學法：聚乙二醇（化學法：聚乙二醇（PEGPEG） 植物體細胞雜交植物體細胞雜交意義：克服遠緣雜交不親和的障礙、培育新品種意義：克服遠緣雜交不親和的障礙、培育新品種1、當植

13、物細胞脫離了原來所在植物體的器官或組、當植物細胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處于離體狀態(tài)時，下列有可能使其表現(xiàn)出全織而處于離體狀態(tài)時，下列有可能使其表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株的是（能性，發(fā)育成完整的植株的是（ ） A、細胞分裂素、細胞分裂素 B、生長素、生長素 C、一定的營養(yǎng)物質、一定的營養(yǎng)物質 D、以上三者均是、以上三者均是 2、細胞工程是一門綜合科學技術。下列哪項技術、細胞工程是一門綜合科學技術。下列哪項技術不屬于細胞工程（不屬于細胞工程（ ） A、有性雜交、有性雜交 B、體細胞雜交、體細胞雜交 C、組織培養(yǎng)、組織培養(yǎng) D、細胞核移植、細胞核移植3、在生物體的所有細胞中，全能性最

14、高的是、在生物體的所有細胞中，全能性最高的是 A、卵細胞、卵細胞 B、植物花粉、植物花粉 C、體細胞、體細胞 D、受精卵、受精卵4、在生物體內、在生物體內 ，細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分，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（化為不同的組織、器官，是因為（ ） A、細胞喪失了全能性、細胞喪失了全能性 B、基因的表達有選擇性、基因的表達有選擇性 C、不同的細胞內基因不完全相同、不同的細胞內基因不完全相同 D、在個體發(fā)育的不同時期，細胞內的基因發(fā)生了、在個體發(fā)育的不同時期，細胞內的基因發(fā)生了變化變化5、植物體細胞雜交尚未解決的問題是（、植物體細胞雜交尚未解決的問題是（ ） A、

15、去掉細胞壁，分離出有活力的原生質體、去掉細胞壁，分離出有活力的原生質體 B、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀性狀 C、將雜種細胞培育成植株、將雜種細胞培育成植株 D、尚未培育出屬間雜種植物、尚未培育出屬間雜種植物6、用植物組織培養(yǎng)技術，可以培育或生產出、用植物組織培養(yǎng)技術，可以培育或生產出 A、食品添加劑、食品添加劑 B、無病毒植物、無病毒植物 C、人工種子、人工種子 D、A、B、C均是均是7、不能人工誘導原生質體融合的方法是（、不能人工誘導原生質體融合的方法是（ ） A、振動、振動 B、電剌激、電剌激 C、PEG試劑試劑 D、重壓、重壓1.微型繁殖 (1)微型繁殖技術:快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術. (2)特點: 保持優(yōu)良品種的遺傳特性; 高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖.2.作物脫毒 (1)材