專題2細胞工程現在是1頁\一共有55頁\編輯于星期三

1996年7月5日,世界上第一只體細胞克隆動物--克隆羊多利誕生于英國。這樣的生物技術屬于何種生物工程？細胞工程現在是2頁\一共有55頁\編輯于星期三

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綜合科學技術。什么叫細胞工程？包括哪兩大領域？現在是3頁\一共有55頁\編輯于星期三細胞工程應用的原理和方法研究的水平研究的目的細胞生物學和分子生物學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的遺傳物質或獲得細胞產品概念分類植物細胞工程動物細胞工程理論基礎細胞的全能性現在是4頁\一共有55頁\編輯于星期三2.1植物細胞工程§2.1.1植物細胞工程的基本技術植物組織培養現在是5頁\一共有55頁\編輯于星期三利用菊花花瓣微型繁殖培養的菊花現在是6頁\一共有55頁\編輯于星期三12345再分化(愈傷組織)植物組織培養6脫分化現在是7頁\一共有55頁\編輯于星期三探究：1、為什么植物的一個花瓣就可以培育出完整的植株呢？植物細胞具有全能性。2、什么是細胞的全能性？現在是8頁\一共有55頁\編輯于星期三1、定義：

生物體的細胞具有使后代細胞發育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，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。

3、差異：

（1）受精卵的全能性最高

（3）受精卵分化后的細胞中，體細胞的全能性比生殖細胞低

受精卵生殖細胞體細胞＞＞4、大小：一、細胞的全能性植物細胞＞動物細胞

（2）生殖細胞的全能性較高

現在是9頁\一共有55頁\編輯于星期三探究：1、克隆羊“多利”的誕生說明了什么？2、生物體內的細胞為什么沒有表現出全能性，而是分化成不同的組織器官？3、為何已分化的細胞仍具有發育成完整個體的潛能？表現全能性的條件有哪些？離體、提供營養物質、激素及其它適宜條件。細胞核中含有保持物種遺傳性所需的全套基因，并沒有因為細胞分化而丟失基因，高度分化的細胞的細胞核仍具有全能性。在特定的時間和空間條件下，基因選擇性的表達的結果。生物體的每一個細胞都含本物種的全套遺傳物質，都有發育成完整個體的全套基因。現在是10頁\一共有55頁\編輯于星期三1、有關全能性的表述中，不正確的是（）Ａ．受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完整個體，因此全能性最高Ｂ．生物體內細胞由于分化全能性不能表達Ｃ．卵細胞和受精卵一樣，細胞未分化，全能性很高Ｄ．植物細胞離體培養在一定條件下能表現出全能性C趁熱打鐵：現在是11頁\一共有55頁\編輯于星期三2.下列植物細胞全能性最高的是（）

A.形成層細胞B.韌皮部細胞C.木質部細胞D.葉肉細胞

3．下列細胞全能性最高的是（）

A．植物的卵細胞

B．植物的精子細胞

C．被子植物的受精卵

D．被子植物的的葉肉細胞AC現在是12頁\一共有55頁\編輯于星期三4.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、細胞的基因喪失了全能性B、基因在特定時間和空間條件下選擇性表達的結果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現在是13頁\一共有55頁\編輯于星期三

要把一塊組織通過培養得到一株完整植株,應該如何操作呢?請同學們閱讀P34實驗完成P35討論題。現在是14頁\一共有55頁\編輯于星期三現在是15頁\一共有55頁\編輯于星期三切取現在是16頁\一共有55頁\編輯于星期三接種現在是17頁\一共有55頁\編輯于星期三培養室現在是18頁\一共有55頁\編輯于星期三現在是19頁\一共有55頁\編輯于星期三愈傷組織的形成現在是20頁\一共有55頁\編輯于星期三現在是21頁\一共有55頁\編輯于星期三試管苗現在是22頁\一共有55頁\編輯于星期三移栽現在是23頁\一共有55頁\編輯于星期三切取形成層無菌接種誘導愈傷組織的形成試管苗的形成培養室移栽脫分化再分化現在是24頁\一共有55頁\編輯于星期三(1)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？

植物組織培養中用到的培養基含有豐富的營養成分，有利于培養物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養過程中污染現象經常發生。培養基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養物爭奪營養，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養物有害的物質，導致培養物迅速死亡。造成培養基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規范等。所以在組織培養實驗中用到的植物材料和各種器械都要進行徹底地滅菌，實驗人員操作一定要規范，避免帶入雜菌。現在是25頁\一共有55頁\編輯于星期三(2)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組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養成小植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎？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。現在是26頁\一共有55頁\編輯于星期三(3)請根據上面的實驗過程，概括出植物組織培養技術的流程簡圖。現在是27頁\一共有55頁\編輯于星期三

植物組織培養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，給予適宜的培養條件，誘導其產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。二、植物組織培養1、概念現在是28頁\一共有55頁\編輯于星期三離體的植物器官、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2、過程植物組織培養條件：

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。遮光光照細胞分化程度與細胞分裂能力呈負相關。現在是29頁\一共有55頁\編輯于星期三

1、為什么誘導愈傷組織的過程中應避光培養？在有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。能力提高2、決定植物脫分化、再分化的關鍵因素是什么？植物激素現在是30頁\一共有55頁\編輯于星期三知識拓展

當細胞分裂素和生長素共同使用時，能刺激愈傷組織的形成，而通過調節二者的濃度比，就可以調控植物細胞培養過程中芽和根的形成，稱為“激素杠桿”。具體內容詳見P42拓展視野現在是31頁\一共有55頁\編輯于星期三細胞分裂素/生長素基本相等時：維持愈傷組織的生長細胞分裂素/生長素維持在高水平時：誘導芽的形成細胞分裂素/生長素的比例低時：誘導根的形成使用順序實驗結果先使用生長素或使用細胞分裂素有利于細胞分裂但不分化先使用細胞分裂素，后使用生長素細胞分裂也分化同時使用分化頻率加快資料1根據以上資料，你得出什么結論？資料2植物激素對脫分化和再分化起到決定性的作用，培養基中植物激素的種類、濃度、比例和使用順序都會影響實驗結果。現在是32頁\一共有55頁\編輯于星期三強調幾個概念：愈傷組織：離體的植物器官、組織或細胞，在培養一段時間以后，通過細胞分裂，形成一種高度液泡化，由無定形狀態薄壁細胞組成的排列疏松無規則的組織。現在是33頁\一共有55頁\編輯于星期三植物細胞的脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細胞產生愈傷組織的過程，又稱去分化。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。植物細胞的再分化：脫分化產生的愈傷組織在培養過程中重新分化成根或芽等器官的過程。現在是34頁\一共有55頁\編輯于星期三反饋練習1.下列屬于組織培養的是（）A.花粉培養成單倍體植株B.芽發育成枝條C.根尖分生區發育成成熟區D.未受精的卵發育成植株A現在是35頁\一共有55頁\編輯于星期三2.在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的（）A.消毒滅菌B.適宜的溫度C.充足的光照D.適宜的養料和激素C現在是36頁\一共有55頁\編輯于星期三3.要將胡蘿卜韌皮部細胞培養成完整植株，不需要（）A.具有完整細胞核的細胞B.離體狀態C.導入外源基因D.一定的營養物質和激素C現在是37頁\一共有55頁\編輯于星期三4、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：

A、脫分化B、去分化

C、再分化D、脫分化或去分化現在是38頁\一共有55頁\編輯于星期三5、下列不能作為植物組織培養的材料是A、秋海棠的葉B、馬鈴薯的塊莖C、成熟的花粉D、木質部中的導管細胞D現在是39頁\一共有55頁\編輯于星期三因為不同種生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統的有性雜交方法是不可能做到這一點的。于是，這些科學家試圖用這兩種植物的體細胞進行雜交，來實現這一美妙的設想。三、植物體細胞雜交技術這幅番茄—馬鈴薯圖利用傳統有性雜交方法能實現嗎？為什么？現在是40頁\一共有55頁\編輯于星期三1．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？2．有沒有一種溫和的去壁方法呢？3．為什么兩個原生質體能發生融合，這與細胞膜的什么特性有關？4．如果兩個來源不同的原生質體發生了融合，下一步該做何處理？5．如何將雜種細胞培育成雜種植株？請思考：現在是41頁\一共有55頁\編輯于星期三馬鈴薯細胞番茄細胞雜種細胞1.阻礙植物細胞親和的結構是什么？怎么去除？融合長壁原生質體纖維素酶和果膠酶2.去壁以后的結構叫什么？3.用什么方法才能讓細胞緊密接觸并發生融合？4.融合的過程是怎樣的？其過程中用到了膜的什么特性？5.融合完成的標志是什么？6.雜種細胞遺傳物質有什么特點？7.融合后除雜種細胞外還有哪些融合細胞？

物理方法：離心、振動、電擊.化學方法：聚乙二醇（PEG）誘導細胞膜融合細胞質融合細胞核融合流動性單核、長出新的細胞壁具有兩個物種的遺傳物質馬—馬、番--番所以還要經過篩選才能得到雜種植株現在是42頁\一共有55頁\編輯于星期三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1、過程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二、植物體細胞雜交技術細胞融合的基礎：細胞膜的流動性現在是43頁\一共有55頁\編輯于星期三2、概念

將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。3、優勢和未解決的問題

優勢（與有性雜交方法比較）

：打破了不同種生物間的生殖隔離障礙，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。未解決的問題：未能讓雜種植物按照人們的需要表現出親代的優良。現在是44頁\一共有55頁\編輯于星期三1.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。現在是45頁\一共有55頁\編輯于星期三2.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。現在是46頁\一共有55頁\編輯于星期三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：現在是47頁\一共有55頁\編輯于星期三比較植物組織培養植物體細胞雜交技術所屬范疇原理步驟意義聯系無性繁殖細胞全能性①脫分化②再分化保持優良性狀繁殖速度快、大規模生產提高經濟效益雜交技術應用了組織培養克服不同種生物遠源雜交的障礙①去除細胞壁②融合形成雜種細胞③組織培養膜流動性細胞全能性染色體變異、基因重組現在是48頁\一共有55頁\編輯于星期三幾個關鍵詞：細胞離體、一定的營養物質、激素（細胞分裂素和生長素）和其他外界條件必要條件：外植體:脫分化:再分化:愈傷組織:胚狀體:從活植物體上切下進行培養的那部分組織或器官已經分化的細胞，在一定的條件下，重新回復到原始的未分化狀態脫分化的細胞，在一定的條件下，又重新分化成各種特異性的組織細胞的過程在人工培養基上由外植體長出來的一團無序生長的薄壁細胞（細胞排列疏松、無規則）。具有生根發芽能力的胚狀結構細胞分化:在發育過程中，具有全能性的細胞（如受精卵細胞）逐步轉變成形態、結構、功能各異的組織細胞的過程現在是49頁\一共有55頁\編輯于星期三1、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出親代的優良性D、尚未培育出屬間雜種植物現在是50頁\一共有55頁\編輯于星期三2、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、重壓現在是51頁\一共有55頁\編輯于星期三3.植物細胞表現出全能