專題2細胞工程

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

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？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根底細胞的全能性2.1植物細胞工程§植物細胞工程的根本技術植物組織培養利用菊花花瓣微型繁殖培養的菊花12345再分化(愈傷組織)植物組織培養6脫分化探究：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？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?。阂?、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喪失基因，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。1、有關全能性的表述中，不正確的選項是〔〕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：2.以下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．以下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AC4.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

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。切取接種培養室愈傷組織的形成試管苗移栽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(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、操作人員操作不標準等。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標準，防止帶入雜菌。(2)在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切取含有形成層局部，原因是這局部容易誘導形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他局部〔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？胡蘿卜的其他局部〔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。(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。

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、概念離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織叢芽或胚狀體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。

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：如生長素，細胞分裂素強調幾個概念：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那么的組織。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。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拓展視野反響練習1.以下屬于組織培養的是〔〕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A2.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，以下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C3.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C4、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5、以下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？

1972年卡爾森等通過兩個煙草品種之間原生質體的融合，獲得了第一個體細胞雜種。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、小麥與鵝冠草等細胞雜種及其后代，獲得了有價值的新品系或育種上有用的新材料。白菜甘藍白菜－甘藍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：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根底：細胞膜的流動性去壁去壁纖維素酶果膠酶原生質體植物細胞原生質體融合離心、振動、電刺激、聚乙二醇再生細胞壁雜種細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胞雜交過程示意圖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。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。所采用技術的理論根底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：1、植物體細胞雜交尚未解決的問題有：A、去掉細胞壁,別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3.植物細胞表現出全能性的必要條件是

A.給予適宜的營養和外界條件B.導入其他植物細胞的基因C.脫離母體后，給予適宜的營養和外界條件D.將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內4、植物體細胞融合完成的標志是

A．產生新的細胞壁

B．細胞膜發生融合

C．細胞質發生融合

D．細胞核發生融合

5、用不同種植物的兩個體細胞融合成一個雜種細胞的過程。該過程是指

A．不同植物的精子和卵細胞的融合

B．不同植物的原生質體的融合

C．完整的兩個體細胞的融合

D．植物花粉細胞的兩兩融合AB6、右圖為植物體細胞雜交過程示意圖。據圖答復：1〕步驟①是__________________________________________最常用的方法是_________.2〕步驟②一般常用的化學試劑是______________目的是___________________.3〕在利用雜種細胞培育成為雜種植株的過程中，運用的技術手段是___________，其中步驟④相當于_____，步驟⑤相當于_____去掉細胞壁別離出有活力的原生質體

酶解法聚乙二醇〔PEG〕

誘導原生質體融合植物組織培養脫分化再分化6、右圖為植物體細胞雜交過程示意圖。據圖答復：4〕植物體細胞雜交的目的是獲得新的雜種植株。使____________能夠在新的植物體上有所表現，其根本原因:5〕從理論上講，雜種植株的育性_____。假設運用傳統有性雜交方法能否實現？_____。并說明理由：

因此，這項研究對于培養作物新品種方面的重大意義在于：.兩個親本的遺傳性狀

雜種植株獲得了雙親的遺傳物質

可育不能因為不同種生物之間存在生殖隔離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7.基因型為AaBb的水稻〔含24條染色體〕的花藥通過無菌操作接入試管后，在一定條件下形成試管苗，問：〔1〕愈傷組織是花粉細胞不斷分裂后形成的不規那么的細胞團，愈傷組織形成過程中，必須從培養基中