植物細(xì)胞工程

是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。細(xì)胞工程：根據(jù)操作對(duì)象不同動(dòng)物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物的核移植單克隆抗體動(dòng)物細(xì)胞融合基因工程與細(xì)胞工程相比較：細(xì)胞工程基因工程原理方法細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)遺傳學(xué)（基因重組）研究水平細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平DNA分子水平研究目的按照人們的意愿，來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)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(xì)胞工程的基本技術(shù)一、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，也就是說，每個(gè)生物細(xì)胞都具有全能性的特點(diǎn)。2、什么是細(xì)胞的全能性？1、為什么已分化的植物組織或細(xì)胞能培養(yǎng)成完整的植物體？植物細(xì)胞具有全能性。（技術(shù)的理論基礎(chǔ)）在理論上，生物的任何一個(gè)細(xì)胞都具有發(fā)育成完整個(gè)體的能力。但是，在生物的個(gè)體發(fā)育中，細(xì)胞并不會(huì)表現(xiàn)出全能性，而是分化成各種組織和器官。這是因?yàn)樵谔囟ǖ臅r(shí)間和空間條件下，細(xì)胞中的基因會(huì)有選擇的轉(zhuǎn)錄翻譯出各種不同的蛋白質(zhì)，從而構(gòu)成生物體的不同組織和器官?；虻倪x擇性表達(dá)！3、為什么細(xì)胞分化之后會(huì)出現(xiàn)差異呢？細(xì)胞具有全能性≠細(xì)胞全能性表達(dá)5、全能性的大?。喝苄栽礁邉t分化程度越低。4、細(xì)胞的全能性與細(xì)胞分化程度的關(guān)系：植物細(xì)胞＞動(dòng)物細(xì)胞（只有細(xì)胞核具有全能性）受精卵＞生殖細(xì)胞（精子、卵細(xì)胞）＞體細(xì)胞分化程度低的體細(xì)胞＞分化程度高的體細(xì)胞幼嫩的細(xì)胞＞衰老的細(xì)胞細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的＞細(xì)胞分裂能力弱的1、怎樣把植物的一個(gè)花瓣、一片葉子、一粒花粉培育成完整的植株？二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)細(xì)胞表達(dá)全能性的條件：1、細(xì)胞離體2、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)3、激素4、其他外界條件：無菌、PH值、光照等①含N物質(zhì)：包括維生素和某些有機(jī)添加劑②碳源：2%~5%的蔗糖（能量）③激素：生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素等（誘導(dǎo)）④瓊脂：固定支持的作用⑵、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：⑴、無機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：①水：包括維生素和某些有機(jī)添加劑②礦質(zhì)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(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，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(jìn)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(xì)胞分裂，愈傷組織的細(xì)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(xì)胞團(tuán)。離體的植物細(xì)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(shí)，有利于根的分化生長(zhǎng)素細(xì)胞分裂素比值低時(shí)，有利于芽的分化比值適中，促進(jìn)愈傷組織的形成胚狀體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?yàn)橛糜谂囵B(yǎng)植物細(xì)胞的MS培養(yǎng)基也適合微生物的生長(zhǎng)繁殖，若微生物大量繁殖則會(huì)消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并產(chǎn)生對(duì)所培養(yǎng)的植物細(xì)胞有害的代謝廢物，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。答：形成層細(xì)胞具有旺盛的分裂能力，容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。其他部分的細(xì)胞當(dāng)然也能培養(yǎng)成小植株，不過培養(yǎng)起來要困難一點(diǎn)。植物材料消毒接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基誘導(dǎo)出愈傷組織愈傷組織轉(zhuǎn)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(dǎo)出幼苗的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)生根，可以省略生根培養(yǎng)基可以不繼代培養(yǎng)直接誘導(dǎo)分化植物組織培養(yǎng)技術(shù)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(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。1、取材：選取植物形成層的部位最容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。2、光照：在愈傷組織的誘導(dǎo)階段往往要暗培養(yǎng)，有利于細(xì)胞的脫分化產(chǎn)生愈傷組織。當(dāng)愈傷組織分化出芽和葉子時(shí)，一定要有光照，有利于葉片進(jìn)行光合作用。注、影響植物組織培養(yǎng)的因素有哪些？3、營(yíng)養(yǎng)成分：大量元素、微量元素、有機(jī)物（氨基酸、維生素、蔗糖等）、水等。4、激素：細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素。兩者用量的比例影響植物細(xì)胞的發(fā)育方向。二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)番茄馬鈴薯植物體細(xì)胞雜交就是將不同種的植物的體細(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)。1．你認(rèn)為兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)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(gè)障礙呢？4．植物細(xì)胞融合成功標(biāo)志是什么？5．如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？3．用什么方法可以使兩個(gè)原生質(zhì)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(shí)間融合？植物體細(xì)胞雜交的五個(gè)重要的問題：植物體細(xì)胞雜交技術(shù)流程圖：A植物細(xì)胞B植物細(xì)胞A植物原生質(zhì)體B植物原生質(zhì)體融合的AB原生質(zhì)體AB植物細(xì)胞愈傷組織細(xì)胞再生小植株AB雜種植株1．你認(rèn)為兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞完成融合，首先遇到的障礙是什么？植物體細(xì)胞雜交的五個(gè)重要的問題：A植物細(xì)胞B植物細(xì)胞A植物原生質(zhì)體B植物原生質(zhì)體因?yàn)橹参锛?xì)胞有細(xì)胞壁，所以首先遇到的障礙是如何去除細(xì)胞壁。2．有沒有一種溫和的方法消除這個(gè)障礙呢？（用什么方法去除細(xì)胞壁呢？）植物體細(xì)胞雜交的五個(gè)重要的問題：植物細(xì)胞的細(xì)胞壁主要成分：纖維素和果膠纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁。（酶解法）A植物細(xì)胞B植物細(xì)胞A植物原生質(zhì)體B植物原生質(zhì)體3．用什么方法可以使兩個(gè)原生質(zhì)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(shí)間融合？植物體細(xì)胞雜交的五個(gè)重要的問題：A植物原生質(zhì)體B植物原生質(zhì)體融合的AB原生質(zhì)體物理法：離心、振動(dòng)、電刺激等化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）人工誘導(dǎo)細(xì)胞膜細(xì)胞膜的流動(dòng)性細(xì)胞核雜種細(xì)胞第一次有絲分裂時(shí)4．植物細(xì)胞融合成功標(biāo)志是什么？植物體細(xì)胞雜交的五個(gè)重要的問題：融合的AB原生質(zhì)體AB植物細(xì)胞雜種細(xì)胞產(chǎn)生了新的細(xì)胞壁（篩選）植物細(xì)胞壁的形成于高爾基體有關(guān)。BB植物細(xì)胞AB植物細(xì)胞B植物細(xì)胞AA植物細(xì)胞A植物細(xì)胞5．如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？植物體細(xì)胞雜交的五個(gè)重要的問題：AB植物細(xì)胞愈傷組織細(xì)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(xì)胞雜交技術(shù)流程圖：A植物細(xì)胞B植物細(xì)胞A植物原生質(zhì)體B植物原生質(zhì)體融合的AB原生質(zhì)體AB植物細(xì)胞愈傷組織細(xì)胞再生小植株AB雜種植株植物A細(xì)胞植物B細(xì)胞原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B融合的原生質(zhì)體AB雜種細(xì)胞AB（篩選）愈傷組織雜種植株去壁人工誘導(dǎo)（物理、化學(xué)法）再生出細(xì)胞壁脫分化再分化植物細(xì)胞融合植物組織培養(yǎng)去壁白菜－甘藍(lán)甘藍(lán)白菜＋生長(zhǎng)周期短、耐熱性強(qiáng)、易于貯藏等。植物體細(xì)胞雜交的意義：打破了植物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，擴(kuò)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(xì)胞雜交所屬范疇無性繁殖基因重組原理細(xì)胞全能性細(xì)胞膜的流動(dòng)性細(xì)胞全能性步驟①脫分化②再分化①用酶去除細(xì)胞壁②融合形成雜種細(xì)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(chǎn)；提高經(jīng)濟(jì)效益克服不同種生物遠(yuǎn)源雜交的障礙聯(lián)系雜交技術(shù)應(yīng)用了組織培養(yǎng)1、為什么“番茄—馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄地下結(jié)馬鈴薯？答：生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，所以雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄地下結(jié)馬鈴薯。2、自然界中有一種含有葉綠體的原生動(dòng)物—眼蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動(dòng)物細(xì)胞中存活，請(qǐng)?zhí)接懀簞?dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞之間可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案。植物材料消毒誘導(dǎo)出愈傷組織動(dòng)植物細(xì)胞雜交過程：除去細(xì)胞壁，得到原生質(zhì)體動(dòng)物胚胎細(xì)胞培養(yǎng)融合的胚胎細(xì)胞培養(yǎng)分裂形成胚胎將胚移植到代孕母的子宮中動(dòng)植物雜交種的出生人工誘導(dǎo)2.1.2植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)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(shù)，叫做植物的微型繁殖技術(shù)，也叫快速繁殖技術(shù)。細(xì)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(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。優(yōu)良的觀賞植物、經(jīng)濟(jì)林木、無性繁殖作物等。①概念：②原理：③優(yōu)點(diǎn)：④應(yīng)用：2、作物脫毒：長(zhǎng)期進(jìn)行無性繁殖的作物，易積累感染的病毒，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差。植物莖尖、根尖的分生區(qū)組織。利用植物分生組織進(jìn)行培養(yǎng)可以使新長(zhǎng)成的植株脫除病毒。馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿和香蕉等主要經(jīng)濟(jì)作物上已獲得成功。①概念：②脫毒材料：③方法：④應(yīng)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(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。培育周期長(zhǎng)；優(yōu)良雜種的后代會(huì)發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性；生產(chǎn)會(huì)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(shí)現(xiàn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)+植物激素+抗生素（殺菌）人工胚乳現(xiàn)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(guó)尚未應(yīng)用于生產(chǎn)。④應(yīng)用：③人工種子的結(jié)構(gòu)：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(shù)，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(shù)：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(shù)分裂ddRR花藥離體培養(yǎng)秋水仙素處理⑥優(yōu)點(diǎn)：明顯縮短育種的年限。子代均為純合子。⑦缺點(diǎn)：操作過程復(fù)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(xì)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(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變。從這些產(chǎn)生突變的個(gè)體中可以篩選出對(duì)人類有利的突變體，進(jìn)而培育出新品種?；蛲蛔?。②原理：物理誘變：γ射線、β射線、中子等化學(xué)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(zhì)、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(chǎn)物的種類：②技術(shù)：五、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)⑴由已分化的外植體直接產(chǎn)生；⑵由愈傷組織產(chǎn)生；⑶由懸浮細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)生。⑴播種后能快速出苗；⑵根和芽幾乎同時(shí)生長(zhǎng)，不產(chǎn)生愈傷組織；⑶同步化程度高；⑷活力強(qiáng)；⑸形成的幼苗的形態(tài)與生長(zhǎng)要正常。③人工種子產(chǎn)生的途徑：④對(duì)胚狀體的基本要求：第一步：選擇人參根作為外植體進(jìn)行培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過培養(yǎng)選擇找到增殖速度快而且細(xì)胞內(nèi)人參皂甙含量高的細(xì)胞株作為種質(zhì)，其中一部分作為保存用，以備下一次生產(chǎn)用，一部分進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)；第二步：將第一步選擇到的細(xì)胞株在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進(jìn)行液體培養(yǎng)，增加細(xì)胞數(shù)量；第三步：講發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細(xì)胞進(jìn)行破碎，從中提取人參皂甙。⑤人參皂甙的工廠化生產(chǎn)的過程：(2008年江蘇生物)下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述中，錯(cuò)誤的是（）A．培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營(yíng)養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓B．培養(yǎng)基