人教選修專題植物細胞工程

人教選修專題植物細胞工程第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

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(jīng)常食用的蔬菜。馬鈴薯的塊莖生長在土壤中。

人們曾經(jīng)有這樣一個幻想：讓一株植株地上部分結(jié)番茄，地下部分長土豆。這個幻想可能實現(xiàn)嗎？一個夢想?第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五細胞工程

指應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過某種工程學(xué)手段，在細胞整體水平或細胞器水平上，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。

第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五細胞工程應(yīng)用的原理和方法研究的水平研究的目的細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)細胞整體水平或細胞器水平按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品概念分類植物細胞工程動物細胞工程理論基礎(chǔ)細胞的全能性第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五主要技術(shù)植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合單克隆抗體技術(shù)胚胎移植核移植植物細胞工程技術(shù)動物細胞工程技術(shù)第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五異種植物細胞雜種細胞轉(zhuǎn)基因植物異種動物細胞動物細胞群重組細胞體細胞細胞核早期胚胎受精卵去核卵細胞克隆動物試管嬰兒動物細胞融合植物體細胞雜交植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)核移植胚胎移植體外受精第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ)

植物細胞工程通常采用的技術(shù)手段

植物組織培養(yǎng)

植物體細胞雜交植物細胞的全能性第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五（一）細胞的全能性1、定義：

生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能的特性。

2、原理：生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個活細胞都應(yīng)該具有全能性。

3、差異：

（1）受精卵的全能性最高

（2）受精卵分化后的細胞中，體細胞的全能性比生殖細胞的低。

植物細胞的全能性受精卵生殖細胞體細胞＞＞4、大小第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五例一：非洲爪蟾實驗突變型蝌蚪腸上皮細胞

野生型未受精卵細胞 紫外線破壞細胞核

取出細胞核無核的未受精卵（含有一個核仁）

“重組細胞”

囊胚

囊胚

蝌蚪

成蛙（細胞核含一個核仁）

移入發(fā)育發(fā)育發(fā)育已經(jīng)分化的動物細胞可以發(fā)育成為一個動物體5.細胞表現(xiàn)出全能性的條件離體狀態(tài)有一定營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五蜜蜂（2N=32）減數(shù)分裂卵細胞(N=16)

發(fā)育雄蜂(N=16)卵細胞可以直接發(fā)育成為一個新個體例二：第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

思考討論：為什么體內(nèi)細胞沒有表現(xiàn)出全能性，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選擇性表達的結(jié)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，合成的蛋白質(zhì)也不一樣，從而形成了不同的組織和器官。第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五5、例題辨析：

下列有關(guān)細胞全能性的含義，正確的是：A、每個生物體內(nèi)的所有細胞都具有相同的功能

B、生物體內(nèi)的任何一個細胞可以完成該個體的全部功能C、生物體的每一個活細胞都具有發(fā)育成完整個體的潛能

D、生物體的每個細胞都經(jīng)過產(chǎn)生、分裂、分化、生長、衰老、死亡的全過程第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五Schwann在1839年明確的指出：“如果具有與有機體內(nèi)一樣的條件時，每個細胞應(yīng)該可以獨立生活和發(fā)展”。背景資料

德國著名植物學(xué)家G.Haberlandt在細胞學(xué)說的基礎(chǔ)上于1902年提出了細胞全能性學(xué)說。他認為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，直到單個細胞。如果每個細胞都有植物個體一樣的性質(zhì)和能力，那么，可以通過植物細胞培養(yǎng)使單個細胞發(fā)育成為一個新個體。第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史①探索階段（19世紀初－30年代中）德國植物生理學(xué)家HaHerlandt首次進行了植物細胞培養(yǎng)實驗②奠基階段（30－50年代）

1934年，White培養(yǎng)番茄離體根尖成功

1939年，Gautheret連續(xù)培養(yǎng)胡蘿卜根形成層首次成功

White:煙草種間雜種的瘤組織進行組培

Nobecourt：胡蘿卜進行組培以上三人是植物組織培養(yǎng)的奠基人③迅速發(fā)展階段（60年代后）原生質(zhì)體，花藥，快繁技術(shù)迅速發(fā)展第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

科學(xué)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(zhì)、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)。

1958年Steward和Reinert用胡蘿卜根的愈傷組織誘導(dǎo)成了體細胞胚，并進而獲得了完整植株。

植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五植物組織培養(yǎng)關(guān)鍵詞：外植體、脫分化、再分化、愈傷組織細胞離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件必要條件：第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五植物組織培養(yǎng)外植體：從活植物體上切下進行培養(yǎng)的那部分組織或器官1）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等）2）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上3）切取所需的外植體4）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！外植體經(jīng)過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會形成愈傷組織第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的基質(zhì)無機營養(yǎng)成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有機營養(yǎng)成分①含N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸②碳源：2%—5%的蔗糖③瓊脂：起支持作用④生長激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五試管苗大規(guī)模培養(yǎng)第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五過程離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織根、芽植物體外植體脫分化植物激素：細胞分裂素、生長素再分化植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)條件：

含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時光照等。第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五1972年卡爾森等通過兩個煙草品種之間原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個體細胞雜種。背景資料1978年梅爾徹斯(Melchers)等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細胞雜種——“Potamato”。

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、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。第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五（三）植物體細胞雜交1、定義：

用兩個來自不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞，且把雜種細胞培育成新的植物體的方法。2、優(yōu)勢：（與有性雜交方法比較）

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圍。植物體細胞雜交第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五去壁去壁纖維素酶果膠酶原生質(zhì)體植物細胞原生質(zhì)體融合離心、振動、電刺激、聚乙二醇再生細胞壁雜種細胞去分化愈傷組織雜種植株激素篩選等量激素再分化植物體細胞雜交過程示意圖第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五植物A細胞植物B細胞去壁原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體融合融合體再生壁雜種細胞細胞分裂愈傷組織雜種植株去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等）

原生質(zhì)體融合方法：物理法：離心、振動、電刺激等化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）植物體細胞雜交過程示意圖第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五制備原生質(zhì)體：酶解法去掉細胞壁

誘導(dǎo)融會

新的原生質(zhì)體

生出細胞壁

雜種細胞

組織培養(yǎng)

雜種植株意義：克服遠緣雜交不親和的障礙、培育新品種植物體細胞雜交方法及意義第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五幾個概念：愈傷組織：離體的植物器官、組織或細胞，在培養(yǎng)一段時間以后，通過細胞分裂，形成一種高度液泡化、無定形狀態(tài)薄壁細胞組成的排列疏松無規(guī)則的組織。第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五植物細胞的脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細胞產(chǎn)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(chǎn)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。第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五植物體細胞雜交尚未解決的問題有：A、去掉細胞壁,分離出有活力的原生質(zhì)體B、將雜種細胞培育成植株C、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性D、尚未培育出屬間雜種植物不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是：A、振動B、電刺激、C、PEG試劑、D、重壓第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五在生物體內(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)生了變化第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進行培養(yǎng)，又可以分化形成根、芽等器官，這一過程稱為：

A、脫分化B、去分化C、再分化D、脫分化或去分化下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是：A、秋海棠的葉B、馬鈴薯的塊莖C、成熟的花粉D、木質(zhì)部中的導(dǎo)管細胞第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五1、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)出全能性，發(fā)育成完整的植株的是（）A、細胞分裂素B、生長素C、一定的營養(yǎng)物質(zhì)D、以上三者均是2、細胞工程是一門綜合科學(xué)技術(shù)。下列哪項技術(shù)不屬于細胞工程（）A、有性雜交B、體細胞雜交C、組織培養(yǎng)D、細胞核移植3、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、受精卵第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五4、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5、植物體細胞雜交尚未解決的問題是（）A、去掉細胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體B、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀C、將雜種細胞培育成植株D、尚未培育出屬間雜種植物第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五6、用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，可以培育或生產(chǎn)出A、食品添加劑B、無病毒植物C、人工種子D、A、B、C均是7、不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是（）A、振動B、電剌激C、