外植體脫分化再分化愈傷組織細(xì)胞離體一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

專題2細(xì)胞工程堯山中學(xué)池高峰植物細(xì)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(shí)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(zhǎng)在土壤中。

人們?cè)?jīng)有這樣一個(gè)幻想：讓一株植株地上部分結(jié)番茄，地下部分長(zhǎng)土豆。這個(gè)幻想可能實(shí)現(xiàn)嗎？一個(gè)夢(mèng)想細(xì)胞工程

指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，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)胞工程應(yīng)用的原理和方法研究的水平研究的目的細(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)品概念分類植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程理論基礎(chǔ)細(xì)胞的全能性主要技術(shù)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)物細(xì)胞融合單克隆抗體技術(shù)胚胎移植核移植植物細(xì)胞工程技術(shù)動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)異種植物細(xì)胞雜種細(xì)胞轉(zhuǎn)基因植物異種動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞群重組細(xì)胞體細(xì)胞細(xì)胞核早期胚胎受精卵去核卵細(xì)胞克隆動(dòng)物試管嬰兒動(dòng)物細(xì)胞融合植物體細(xì)胞雜交植物組織培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)核移植胚胎移植體外受精所采用技術(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（一）細(xì)胞的全能性1、定義：

生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能的特性。

2、原理：生物體的每一個(gè)細(xì)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(gè)體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個(gè)活細(xì)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(xì)胞中，體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞的低。

植物細(xì)胞的全能性受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞＞＞4、大小例一：非洲爪蟾實(shí)驗(yàn)突變型蝌蚪腸上皮細(xì)胞

野生型未受精卵細(xì)胞 紫外線破壞細(xì)胞核

取出細(xì)胞核無核的未受精卵（含有一個(gè)核仁）

“重組細(xì)胞”

囊胚

囊胚

蝌蚪

成蛙（細(xì)胞核含一個(gè)核仁）

移入發(fā)育發(fā)育發(fā)育已經(jīng)分化的動(dòng)物細(xì)胞可以發(fā)育成為一個(gè)動(dòng)物體5.細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件離體狀態(tài)有一定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件蜜蜂（2N=32）減數(shù)分裂卵細(xì)胞(N=16)

發(fā)育雄蜂(N=16)卵細(xì)胞可以直接發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體例二：

思考討論：為什么體內(nèi)細(xì)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(shí)間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果。在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，生物體不同部位的細(xì)胞表達(dá)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。5、例題辨析：

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

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

D、生物體的每個(gè)細(xì)胞都經(jīng)過產(chǎn)生、分裂、分化、生長(zhǎng)、衰老、死亡的全過程Schwann在1839年明確的指出：“如果具有與有機(jī)體內(nèi)一樣的條件時(shí)，每個(gè)細(xì)胞應(yīng)該可以獨(dú)立生活和發(fā)展”。背景資料德國(guó)著名植物學(xué)家G.Haberlandt在細(xì)胞學(xué)說的基礎(chǔ)上于1902年提出了細(xì)胞全能性學(xué)說。他認(rèn)為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，直到單個(gè)細(xì)胞。如果每個(gè)細(xì)胞都有植物個(gè)體一樣的性質(zhì)和能力，則，可以通過植物細(xì)胞培養(yǎng)使單個(gè)細(xì)胞發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體。植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史①探索階段（19世紀(jì)初－30年代中）德國(guó)植物生理學(xué)家HaHerlandt首次進(jìn)行了植物細(xì)胞

培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行組培

Nobecourt：胡蘿卜進(jìn)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

科學(xué)研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活細(xì)胞，在一定的營(yíng)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(shí)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(xì)胞胚，并進(jìn)而獲得了完整植株。

植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史植物組織培養(yǎng)關(guān)鍵詞：外植體、脫分化、再分化、愈傷組織細(xì)胞離體、一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件必要條件：植物組織培養(yǎng)外植體：從活植物體上切下進(jìn)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(gè)試驗(yàn)在超凈工作臺(tái)上進(jìn)行，保持無菌！外植體經(jīng)過一段時(shí)間在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)后，會(huì)形成愈傷組織植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基定義：含有一定營(yíng)養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長(zhǎng)的基質(zhì)無機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有機(jī)營(yíng)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(zhǎng)激素：生長(zhǎng)素，細(xì)胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0試管苗大規(guī)模培養(yǎng)過程離體的植物器官、組織或細(xì)胞愈傷組織根、芽植物體外植體脫分化植物激素：細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)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(yíng)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(shí)光照等。1972年卡爾森等通過兩個(gè)煙草品種之間原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個(gè)體細(xì)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(xì)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(xì)胞雜種及其后代，獲得了有價(jià)值的新品系或育種上有用的新材料。（三）植物體細(xì)胞雜交1、定義：

用兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法。2、優(yōu)勢(shì)：（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(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍。植物體細(xì)胞雜交去壁去壁纖維素酶果膠酶原生質(zhì)體植物細(xì)胞原生質(zhì)體融合離心、振動(dòng)、電刺激、聚乙二醇再生細(xì)胞壁雜種細(xì)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(xì)胞雜交過程示意圖植物A細(xì)胞植物B細(xì)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(xì)胞細(xì)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(dòng)、電刺激等化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）植物體細(xì)胞雜交過程示意圖制備原生質(zhì)體：酶解法去掉細(xì)胞壁

誘導(dǎo)融會(huì)

新的原生質(zhì)體

生出細(xì)胞壁

雜種細(xì)胞

組織培養(yǎng)

雜種植株意義：克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙、培育新品種植物體細(xì)胞雜交方法及意義幾個(gè)概念：愈傷組織：離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在培養(yǎng)一段時(shí)間以后，通過細(xì)胞分裂，形成一種高度液泡化、無定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞組成的排列疏松無規(guī)則的組織。植物細(xì)胞的脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過程，又稱去分化。植物細(xì)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。植物體細(xì)胞雜交尚未解決的問題有：A、去掉細(xì)胞壁,分離出有活力的原生質(zhì)體B、將雜種細(xì)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(dòng)B、電刺激、C、PEG試劑、D、重壓在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因?yàn)椋?/p>

A、細(xì)胞喪失了全能性

B、基因的表達(dá)有選擇性

C、不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同

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

植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進(jìn)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(xì)胞1、當(dāng)植物細(xì)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(shí)，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(xì)胞分裂素B、生長(zhǎng)素C、一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)D、以上三者均是2、細(xì)胞工程是一門綜合科學(xué)技術(shù)。下列哪項(xiàng)技術(shù)不屬于細(xì)胞工程（）A、有性雜交B、體細(xì)胞雜交C、組織培養(yǎng)D、細(xì)胞核移植3、在生物體的所有細(xì)胞中，全能性最高的是A、卵細(xì)胞B、植物花粉C、體細(xì)胞D、受精卵4、在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因?yàn)椋ǎ〢、細(xì)胞喪失了全能性B、基因的表達(dá)有選擇性C、不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同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5、植物體細(xì)胞雜交尚未解決的問題是（）A、去掉細(xì)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(xì)胞培育成植株D、尚未培育出屬間雜種植物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