專題2,細胞工程,植物細胞工程,課題1,在環境保護中，利用基因工程可獲得同時能分解多種有毒物質的新型菌種。例如，1975年，有人把降解芳烴、萜烴和多環芳烴的質粒轉移到能降解烯烴的一種假單胞菌內，結果獲得了能同時降解四種烴類的“超級細菌”。,如果我們將三種假單孢桿菌與第四種假單孢桿菌融合，使之具有分解四種烴類化合物的功能。這樣的生物技術應屬于何種生物工程？,細胞工程,細胞工程：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科學技術。,微型繁殖的菊花,為什么植物的一個花瓣就可以培育出完整的植株？利用什么原理呢？,什么是細胞的全能性？,細胞的全能性,基本技術,具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發育成完整個體的潛能，細胞的這種特性叫做細胞的全能性。,？,細胞為什么會具有全能性呢？,生物體的每一個細胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質，都有發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該具有全能性。,在生物體內，細胞為什么沒表現出全能性，而是分化為不同的組織、器官呢？,這是因為基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達的結果。在個體發育的不同時期，生物體不同部位的細胞表達的基因是不相同的，合成的蛋白質也不一樣，從而形成了不同的組織和器官。,細胞全能性的差異和大小,差異：,大小：,（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低。,（1）受精卵生殖細胞體細胞（2）植物細胞動物細胞,植物細胞什么條件下才能表現出全能性呢？,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時，在一定的營養物質、激素和其它外界條件的作用下，就可能表現出全能性，發育成完整的植株。,？,細胞脫分化就是讓已經分化的細胞，經過激素誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程。,愈傷組織排列疏松而無規則，是一種具有分生能力的薄壁細胞。,脫分化的實質和結果分別是什么？,實質是恢復細胞的全能性過程。結果是形成愈傷組織。,再分化,脫分化,愈傷組織,外植體,試管苗,植物體,植物組織培養技術,離體的植物器官、組織或細胞,根、芽(胚狀體),植物組織培養的條件,含有全部營養成分的培養基、一定的溫度濕度、空氣、無菌環境、適合的PH、適時光照等。,為什么整個過程要求消毒、滅菌及無菌操作,決定植物細胞脫分化、再分化的關鍵因素是什么？,思考,植物激素。當細胞分裂素與生長素共同使用時，能強烈促進愈傷組織的形成。當細胞分裂素與生長素濃度比高時，有利于芽的發生；濃度比低時，有利于根的發生。,植物組織培養所利用的植物材料體積小、抗性差，對培養條件的要求較高。用于植物組織培養的培養基同樣適合于某些微生物的生長，如一些細菌、真菌等的生長。而培養物一旦受到微生物的污染，就會導致實驗前功盡棄，因此要進行嚴格的無菌操作。,？,具體內容詳見P42拓展視野,在有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。,植物組織培養的概念,就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養在人工配制的培養基上，給予適宜的條件，誘導其產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。植物組織培養有器官培養、組織培養、胚培養、莖尖培養、花藥培養、細胞培養等。,試管苗大規模培養,離體的植物器官、組織或細胞,愈傷組織,胚狀體（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,植物組織培養過程總結,植物組織培養條件：,含有全部營養成分的培養基、一定的溫度、空氣、無菌環境、適合的PH、適時光照等。,練習,1、下列有關細胞全能性的含義，正確的是(),A、每個生物體內的所有細胞都具有相同的功能B、生物體內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育成完整個體的潛能D、生物體的每個細胞都經過產生、生長、衰老、死亡的全過程,C,2、在生物體內，細胞沒有表現出全能性，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、不同的細胞內基因不完全相同D、在個體發育的不同時期，細胞內的基因發生了變化,B,3.植物組織培養形成的愈傷組織進行培養，又可以分化形成根、芽等器官，這一過程稱為(),4.下列不能作為植物組織培養的材料是(),C,D,離體的植物器官、組織或細胞,愈傷組織,胚狀體（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,植物組織培養過程總結,植物組織培養條件：,含有全部營養成分的培養基、一定的溫度、空氣、無菌環境、適合的PH、適時光照等。,就是將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并且把雜種細胞培育成新植物體的方法。,你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？,細胞壁,植物體細胞雜交技術,!,有沒有一種溫和的去壁方法呢？,原生質體如何融合的呢？,酶解法（用纖維素酶和果膠酶）,人工誘導原生質體融合的方法有物理法和化學法兩大類：物理法是利用離心、振動、電刺激等促使原生質體融合；化學法是用聚乙二醇(PEG)等試劑作為誘導劑誘導融合。,植物體細胞雜交過程示意圖,原生質體制備,原生質體融合,雜種細胞篩選,雜種細胞培養,雜種植株再生,雜種植株鑒定,雜種植株,融合的原生質體AB,再生出細胞壁,脫分化,愈傷組織,再分化,過程總結,植物細胞的融合,植物組織培養,植物細胞A,原生質體B,原生質體A,雜種細胞AB,去壁,去壁,人工誘導,方法？,促進融合的方法？,融合完成的標志,植物細胞B,去壁的方法,酶解法（纖維素酶、果膠酶等）物理法：離心、振動、電刺激等化學法：聚乙二醇（PEG）,原生質體融合方法,植物體細胞雜交的優勢：,打破不同種生物間的生殖隔離限制，在一定程度上克服遠緣雜交不親和的障礙，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。,白菜,甘藍,白菜甘藍,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？,馬鈴薯番茄沒有像人們預想的那樣地上長番茄、地下結馬鈴薯，主要原因是：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，雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯就是很自然的了。,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，請探討：動物細胞與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。,1.微型繁殖(1)微型繁殖技術:快速繁殖優良品種的植物組織培養技術.(2)特點:保持優良品種的遺傳特性;高效快速地實現種苗的大量繁殖.,植物細胞工程實際應用,植物繁殖的新途徑,2.作物脫毒(1)材料:無病毒的莖尖(2)脫毒苗:切取莖尖進行組織培養獲得,3.神奇的人工種子(1)特點:后代無性狀分離不受氣候,季節和地域限制(2)技術:植物組織培養.(3)結構:人工薄膜胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽.,人工種子,自然種子,1.單倍體育種(1)方法:花藥的離體培養(2)優點:后代穩定遺傳,都是純合體;明顯縮短育種年限.,作物新品種的培育,2.突變體的利用(1)產生:植物組織培養(2)利用:篩選對人們有利突變體,進而培育新品種,1.種類:蛋白質,脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等.2.技術:植物的組織培養.,細胞產物的工廠化生產,所采用技術的理論基礎,植物細胞工程,通常采用的技術手段,植物組織培養,植物體細胞雜交,植物細胞的全能性,小結,練習1、下列細胞中，不具有細胞全能性特點的是：A、心肌細胞B、神經細胞C、莖的形成層細胞D、木質部導管細胞2、用植物組織培養技術可以培養或生產出：A、人參皂苷B、無病毒植物C、人工種子D、A，B，C均可3、科學家成功培育出“番茄馬鈴薯”，是采用下列哪一項生物技術：A、基因工程B、染色體工程C、酶工程D、細胞工程,D,D,D,4、植物體細胞雜交和植物組織培養的相同點中錯誤的是：A、都是依據植物細胞的全能性作為理論基礎B、都屬于植物