1、細胞工程細胞工程合肥八中 宋 暉專題專題2 2澳洲朱焦穴盤苗澳洲朱焦穴盤苗 指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過某種指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過某種工程學手段，在細胞整體水平或細胞器水平上，按照人們的意工程學手段，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的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學技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。術。 應用的原理和方法應用的原理和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的細胞生物學和分細胞生物學和分子生物學子生物學細胞整體水平細胞整體水平或細胞器水平或細胞器水平按照人們的意愿來改變按照人們的意愿

2、來改變細胞內的遺傳物質或獲細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品得細胞產品( (定向改造）定向改造）細胞工程細胞工程植物細胞工程植物細胞工程植物組織培養植物組織培養 植物體細胞雜交植物體細胞雜交動物細胞工程動物細胞工程如何把某種植物的一塊組織通過如何把某種植物的一塊組織通過培養得到一株完整植株培養得到一株完整植株? ?1、原理原理：細胞細胞的全能性的全能性（1）概念）概念: 已高度分化的細胞仍具有發育成完整個體的潛能。 （2）原因）原因： 生物體細胞含有本物種所特有的全套遺傳信息。（3）全能性）全能性高低：高低： 受精卵胚胎干細胞生殖細胞體細胞植物細胞動物細胞實驗胡蘿卜的組織培養(1)(1)在組織培養

3、實驗中，為什么要強調所在組織培養實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？ 防止雜菌污染，因為雜菌生長快，會和培防止雜菌污染，因為雜菌生長快，會和培養物爭奪營養。雜菌生長過程中會產生有害養物爭奪營養。雜菌生長過程中會產生有害的物質，導致培養物迅速死亡。的物質，導致培養物迅速死亡。(2)(2)在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切取在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）

4、，是否也能培養成小植株，你能用實驗的方法花），是否也能培養成小植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎？進行驗證嗎？胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養再胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。2、植物組織培養的條件植物組織培養的條件v內因（材料）：離體細胞、組織或器官（內因（材料）：離體細胞、組織或器官（外植體外植體）v外因：外因： 適宜適宜的外界環境條件，例如無菌、適宜的溫度、濕度、的外界環境條件，例如無菌、適宜的溫度、濕度、光照等光照等 培養基培養基（一定的營養物質，激素一定的營養物質，激素）v植物組織培養的培

5、養基植物組織培養的培養基 無機營養成分：無機鹽離子 有機營養成分： 含N物質：包括維生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖溶液，調節滲透壓 激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素 瓊脂：起支持作用PH值：5.06.03、 植物組織培養的基本過程植物組織培養的基本過程v 外植體外植體 愈傷組織愈傷組織 胚狀體胚狀體已分化出根、已分化出根、芽芽 （消毒）（消毒）分化程度降低，分化程度降低，分裂能力增強分裂能力增強重新分化出組織器重新分化出組織器官的過程（官的過程（細胞分細胞分裂素、生長素裂素、生長素）l 整個過程必須保證整個過程必須保證無菌無菌環境。環境。l 細胞分化細胞分化程度與細胞分裂能力呈程度與細胞分

6、裂能力呈負相關。負相關。脫分化脫分化遮光遮光再分化再分化光照光照v 愈傷組織：離體的植物愈傷組織：離體的植物器官、組織或細胞，在器官、組織或細胞，在培養一段時間以后，通培養一段時間以后，通過細胞分裂，形成一種過細胞分裂，形成一種排列疏松無規則、高度排列疏松無規則、高度液泡化、無定形態的薄液泡化、無定形態的薄壁細胞壁細胞組成的組織。組成的組織。植物組織培養（試管苗的形成）植物組織培養（試管苗的形成）試管苗大規模培養試管苗大規模培養移栽移栽經過煉苗的小苗，可以和一般植物一樣進行大規模栽培植物組織培養的概念：植物組織培養的概念：在在無菌和人工控制的條件下將無菌和人工控制的條件下將離體的植物器官、組離

7、體的植物器官、組織、細胞織、細胞，培養在人工配制的培養基上，給予一定的，培養在人工配制的培養基上，給予一定的培養條件，誘導產生愈傷組織和培養條件，誘導產生愈傷組織和胚狀體胚狀體，最終形成完，最終形成完整的植株。整的植株。 1 1、定義：、定義： 將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過程。 2 2、優勢、優勢：克服了遠緣雜交不親和的障礙，拓展了可用于雜交的親本組合范圍。（與有性雜交方法比較）與有性雜交方法比較） (1)(1)(2)(3)(4)(5)標志標志去壁去壁植物植物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

8、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v細胞壁如何去除？細胞壁如何去除？v原生質層如何融合？融合的基礎是什么？原生質層如何融合？融合的基礎是什么？v雜交完成的標志是什么？雜交完成的標志是什么？v最后通過什么手段得到新個體最后通過什么手段得到新個體 ？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） 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 化學法：聚乙二醇（PEG） 細胞融合的基礎：細胞融合的基礎： 細胞膜的流動性雜交成功的標志：雜交成功的標志：獲得新個體的方法：獲得新個體的方法：雜種

9、細胞生出新的細胞壁 植物組織培養1.1.為什么為什么“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”超級雜種植株沒有超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯？馬鈴薯？ 主要原因是：主要原因是：生物基因的表達不是孤立的，它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，們之間是相互調控、相互影響的，馬鈴薯馬鈴薯番茄雜番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但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，薯或番茄植株中的

10、遺傳物質一樣有序表達，所以所以雜雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯。交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯。2.2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動物自然界中有一種含有葉綠體的原生動物眼蟲，說明植物眼蟲，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。具體實驗方案。植物組織培養植物組織培養植物體細胞雜交技術植物體細胞雜交技術所屬所屬范疇范疇原理原理步驟步驟意義意義聯系聯系無性繁殖無性繁殖細胞全能性細胞全能性脫

11、分化脫分化再分化再分化保持優良性狀保持優良性狀繁殖速度快、大規模生產繁殖速度快、大規模生產提高經濟效益提高經濟效益雜交技術應用了組織培養雜交技術應用了組織培養克服不同種生物遠源雜交克服不同種生物遠源雜交的障礙的障礙去除細胞壁去除細胞壁融合形成雜種細胞融合形成雜種細胞組織培養組織培養膜流動性膜流動性細胞全能性細胞全能性染色體變異、基因重組染色體變異、基因重組植物組織培養植物組織培養不能人工誘導原生質體融合的方法是：A、振動 B、電刺激、 C、PEG試劑、 D、重壓植植物物細細胞胞工工程程的的實實際際應應用用1.單倍體育種單倍體育種2.突變體的利用突變體的利用1、微型、微型繁殖繁殖(屬無性繁殖屬無

12、性繁殖)(1)微型繁殖技術（快速繁殖技術）：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。2、培育、培育脫毒作物脫毒作物材料:無病毒的莖尖（分生區）脫毒苗:切取莖尖進行組織培養獲得3、人工、人工種子種子v 用人工種皮包被體細胞胚，可以制造人工種子v 人工種皮：藻酸鈉v 解決有些植物結子困難、發芽率低、繁殖困難等問題胚胚胚乳胚乳種皮種皮 現在已有胡蘿卜、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，中國尚未應用于生產。1.1.單倍體育種單倍體育種（1 1）方法）方法: :（2 2）過程：）過程：花藥

13、離體培養花藥離體培養花 藥 離體 培 養組 織萌 發自 交人 工 誘 變染 色 體 加 倍培 養發 育單 倍 體 植 株正 常植 株種 子(純 合 體 ) 新 植 株(新 品 種 )第 一 年第 二 年（3）優點）優點: 后代穩定遺傳后代穩定遺傳,都是純合體都是純合體; 明顯縮短育種年限。明顯縮短育種年限。2.2.突變體的利用突變體的利用 (1)(1)產生產生: :植物組織培養植物組織培養 (2)(2)利用利用: :篩選對人們有利突變體篩選對人們有利突變體, ,進而培育進而培育新品種新品種1.1.種類：種類： 蛋白質，脂肪，糖類，藥物，香料，生蛋白質，脂肪，糖類，藥物，香料，生物堿等。物堿等。2.2.技術：技術： 植物的組織培養植物的組織培養 紫草紫草紫草素紫草素 愈傷組織愈傷組織植物組織培養大量生產紫草素 生姜是藥食兩用的經濟作物，具有栽培容易、產量高、價格高等特點，近年在各地發展很快。但是生姜在生產上長期采用無性繁殖，容易感染多種病毒病，使生姜品質變差，葉子皺縮，生長緩慢，一般減產30%50%。設計無毒生姜幼苗的培育方案。設計無毒生姜幼苗的培育方案。請你設計請你設計如何培育出上結大豆、下結如何培育出上結大豆、下結花生的新品種？花生的新品種？請你們討論后設計請你們討論后設計 【08江蘇江蘇高考高考】下列下列關于植物組織培養的敘述關于植物組織培養的敘述中，錯誤的是中，錯誤