2.1植物細(xì)胞工程

1、專(zhuān)題2 細(xì)胞工程細(xì)細(xì)胞胞工工程程原理和方法原理和方法: 細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)研究的水平：研究的水平：細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平研究的目的：研究的目的：按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)按照人們的意愿來(lái)改變細(xì) 胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì) 胞產(chǎn)品胞產(chǎn)品概念概念分類(lèi)分類(lèi)植物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程細(xì)胞工程細(xì)胞工程 主主要要技技術(shù)術(shù)植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞融合動(dòng)物細(xì)胞融合單克隆抗體技術(shù)單克隆抗體技術(shù)核移植核移植植物植物細(xì)胞細(xì)胞工程工程技術(shù)技術(shù)動(dòng)物動(dòng)物細(xì)胞細(xì)胞工程工程技術(shù)技術(shù)一、細(xì)

2、胞的全能性一、細(xì)胞的全能性生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能的特性。個(gè)體的潛能的特性。 生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有生物體的每一個(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，生物體的每必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個(gè)一個(gè)活細(xì)胞活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。都應(yīng)該具有全能性。 受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 受精卵分化后的細(xì)胞中，體細(xì)胞的全受精卵分化后的細(xì)胞中，體細(xì)胞的全 能性比生殖細(xì)胞的能性比生殖細(xì)胞的低低。 離體狀態(tài)離體狀態(tài); ;有一定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、

3、激素和其他外界條件有一定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件受精卵受精卵胚胎干細(xì)胞胚胎干細(xì)胞生殖細(xì)胞體細(xì)胞生殖細(xì)胞體細(xì)胞 植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞1 1、定義、定義: :2 2、原理、原理: :3 3、差異、差異: :4 4、大?。?、大?。? 5、細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件、細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件: : 基因在特定空間和時(shí)間條件下基因在特定空間和時(shí)間條件下選擇性表達(dá)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。質(zhì)也不一樣，從而形成了不同

4、的組織和器官。思考討論：為什么體內(nèi)細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出全思考討論：為什么體內(nèi)細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織、器官？能性，而是分化成為不同的組織、器官？二、植物組織培養(yǎng)的幾個(gè)概念二、植物組織培養(yǎng)的幾個(gè)概念從活植物體上切下進(jìn)行培養(yǎng)的那部分組織或器官?gòu)幕钪参矬w上切下進(jìn)行培養(yǎng)的那部分組織或器官外植體：外植體：愈傷組織：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，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(guò)細(xì)胞分裂，形成一種高度液泡化、通過(guò)細(xì)胞分裂，形成一種高度液泡化、無(wú)定形狀態(tài)薄壁無(wú)定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞組成的排列疏松無(wú)規(guī)則的組織細(xì)胞組成的排列疏松無(wú)規(guī)則的組織。植物細(xì)胞的脫分化

5、：植物細(xì)胞的脫分化：已分化的細(xì)胞經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)后，失去了原有的結(jié)構(gòu)和功能已分化的細(xì)胞經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)后，失去了原有的結(jié)構(gòu)和功能又重新恢復(fù)了分裂功能的過(guò)程，又又重新恢復(fù)了分裂功能的過(guò)程，又稱(chēng)去分化。稱(chēng)去分化。脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在培養(yǎng)過(guò)程中重新分化出根或脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在培養(yǎng)過(guò)程中重新分化出根或芽等器官的過(guò)程。芽等器官的過(guò)程。植物細(xì)胞的再分化：植物細(xì)胞的再分化：植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基定義：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)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(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：C C、H H、O O大量元素及部分微量元素大量元素及部分微量元素有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分有機(jī)營(yíng)

6、養(yǎng)成分 含含N N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸物質(zhì)：包括維生素和氨基酸 碳源：碳源：2%2%5%5%的蔗糖的蔗糖 瓊脂：起支持作用瓊脂：起支持作用 相關(guān)激素：生長(zhǎng)素，細(xì)胞分裂素和赤霉素相關(guān)激素：生長(zhǎng)素，細(xì)胞分裂素和赤霉素PH值：值：5.05.06.06.0植物組織培養(yǎng)的操作過(guò)程植物組織培養(yǎng)的操作過(guò)程1）外植體）外植體滅菌消毒滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、種（根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等）子、花粉等）2）用消毒過(guò)的器械將外植體置于培養(yǎng)皿中）用消毒過(guò)的器械將外植體置于培養(yǎng)皿中3）切取切取所需的外植體所需的外植體4）將外植體）將外植體接種接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上整個(gè)實(shí)驗(yàn)在超凈工作

7、臺(tái)上進(jìn)行，保持無(wú)菌！整個(gè)實(shí)驗(yàn)在超凈工作臺(tái)上進(jìn)行，保持無(wú)菌！外植體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)后，會(huì)形外植體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)后，會(huì)形成愈傷組織。成愈傷組織。切取切取接種接種愈傷組織的形成愈傷組織的形成試管苗的形成試管苗的形成培養(yǎng)室培養(yǎng)室移栽移栽脫分化脫分化遮光遮光再分化再分化光照光照外植體外植體愈傷組織愈傷組織根、芽根、芽植物組織培養(yǎng)的過(guò)程可概括如下：植物組織培養(yǎng)的過(guò)程可概括如下：植物體植物體植物組織培養(yǎng)的概念：植物組織培養(yǎng)的概念： 在在無(wú)菌無(wú)菌和人工控制的條件下將和人工控制的條件下將離體的離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予一定

8、的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)的培養(yǎng)基上，給予一定的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織和胚狀體，最終形成完整的產(chǎn)生愈傷組織和胚狀體，最終形成完整的植株。植株。 1 1、下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是：、下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是：A A、秋海棠的葉、秋海棠的葉 B B、馬鈴薯的塊莖、馬鈴薯的塊莖C C、成熟的花粉、成熟的花粉 D D、木質(zhì)部中的導(dǎo)管細(xì)胞、木質(zhì)部中的導(dǎo)管細(xì)胞D1 1、定義、定義： 將兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞在一定將兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞在一定條件下融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，且把雜條件下融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。 三、植物體細(xì)胞雜交三、植物

9、體細(xì)胞雜交細(xì)胞膜的流動(dòng)性細(xì)胞膜的流動(dòng)性 細(xì)胞的全能性細(xì)胞的全能性2 2、原理：、原理：(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交標(biāo)志標(biāo)志去壁去壁原生質(zhì)體原生質(zhì)體A A原生質(zhì)體原生質(zhì)體B B原生質(zhì)原生質(zhì)體融合體融合雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂愈傷組織愈傷組織雜種植株雜種植株再生壁再生壁3 3、基本技術(shù)：、基本技術(shù)：去壁方法去壁方法-酶解法酶解法 纖維素酶和果膠酶；纖維素酶和果膠酶；誘導(dǎo)原生體融合的方法誘導(dǎo)原生體融合的方法物理法：物理法：離心、振動(dòng)、電刺激離心、振動(dòng)、電刺激化學(xué)法：化學(xué)法：聚乙二醇聚乙二醇4 4、優(yōu)勢(shì)：、優(yōu)勢(shì)：（與有性雜交與有性雜交方法比較）方法比較） 克

10、服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，拓，拓展了可用于雜交的親本組合范圍。展了可用于雜交的親本組合范圍。5.5.未解決的問(wèn)題：未解決的問(wèn)題：未能讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的未能讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良。優(yōu)良。為什么為什么“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒(méi)有如科超級(jí)雜種植株沒(méi)有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯？學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯？ 主要原因是：生物基因的表達(dá)不是孤立的，主要原因是：生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯薯番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備

11、兩個(gè)物種番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄、質(zhì)一樣有序表達(dá)，雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。 植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)所屬所屬無(wú)性繁殖無(wú)性繁殖染色體變異、基因重組染色體變異、基因重組原理原理細(xì)胞全能性細(xì)胞全能性膜流動(dòng)性、細(xì)胞全能性膜流動(dòng)性、細(xì)胞全能性步驟步驟脫分化脫分化再分化再分化去除細(xì)胞壁去除細(xì)胞壁融合形成雜種細(xì)

12、胞融合形成雜種細(xì)胞組織培養(yǎng)組織培養(yǎng)意義意義保持優(yōu)良性狀保持優(yōu)良性狀繁殖速度快、大規(guī)繁殖速度快、大規(guī)模生產(chǎn)模生產(chǎn)克服不同生物遠(yuǎn)緣雜交克服不同生物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙不親和的障礙聯(lián)系聯(lián)系雜交技術(shù)應(yīng)用了組織培養(yǎng)雜交技術(shù)應(yīng)用了組織培養(yǎng)1 1、微型繁殖、微型繁殖（1）概念：）概念：應(yīng)用組織培養(yǎng)技術(shù)，快速繁殖植物（也叫快應(yīng)用組織培養(yǎng)技術(shù)，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技術(shù)）速繁殖技術(shù)）（2）原理：）原理：植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性（3）優(yōu)點(diǎn)：）優(yōu)點(diǎn)：繁殖率高，可大批量生產(chǎn)繁殖率高，可大批量生產(chǎn)取材少取材少培養(yǎng)周期短培養(yǎng)周期短保持優(yōu)良性狀保持優(yōu)良性狀切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得2.2.

13、作物脫毒作物脫毒 病毒在作物體內(nèi)逐年積累，會(huì)導(dǎo)致作物病毒在作物體內(nèi)逐年積累，會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差 分生區(qū)附近（莖尖、根尖）的病毒極少，分生區(qū)附近（莖尖、根尖）的病毒極少，甚至沒(méi)有甚至沒(méi)有(1)材料材料:(2)脫毒苗脫毒苗:無(wú)病毒的莖尖無(wú)病毒的莖尖3.3.神奇的人工種子神奇的人工種子結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)：技術(shù)：原理：原理：人工種皮人工種皮不受氣候、季節(jié)、地域的限制不受氣候、季節(jié)、地域的限制保留優(yōu)良性狀保留優(yōu)良性狀時(shí)間短，占地少時(shí)間短，占地少植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)細(xì)胞全能性細(xì)胞全能性胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽）胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽）人工胚乳人工胚乳1 1、

14、單倍體育種、單倍體育種方法：方法：花藥離體培養(yǎng)花藥離體培養(yǎng)技術(shù)：技術(shù)：組織培養(yǎng)獲得單倍體組織培養(yǎng)獲得單倍體秋水素處理單倍體的幼苗，使染色體加倍秋水素處理單倍體的幼苗，使染色體加倍優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：明顯縮短了育種年限明顯縮短了育種年限后代穩(wěn)定遺傳后代穩(wěn)定遺傳 利用組織培養(yǎng)時(shí)，分裂狀態(tài)的細(xì)胞易受利用組織培養(yǎng)時(shí)，分裂狀態(tài)的細(xì)胞易受培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線(xiàn)，化學(xué)物培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線(xiàn)，化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變的原理，誘導(dǎo)質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變的原理，誘導(dǎo)并篩選出對(duì)人類(lèi)有用的突變體。并篩選出對(duì)人類(lèi)有用的突變體。2 2、突變體的利用、突變體的利用紅豆杉與紫杉醇紅豆杉與紫杉醇人參皂甘的生產(chǎn)人參皂甘的生

15、產(chǎn)1.種類(lèi)種類(lèi):2.技術(shù)技術(shù):蛋白質(zhì)蛋白質(zhì),脂肪脂肪,糖類(lèi)糖類(lèi),藥物藥物,香料香料,生物堿等生物堿等.植物的組織培養(yǎng)植物的組織培養(yǎng).（1 1）取玉米幼苗的莖尖進(jìn)行）取玉米幼苗的莖尖進(jìn)行_，如圖，如圖ACAC，發(fā)育成植株發(fā)育成植株D D，取，取D D的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)成幼苗，屬于的花藥進(jìn)行離體培養(yǎng)成幼苗，屬于_，如圖，如圖EFEF，經(jīng)秋水仙素處理后發(fā)育成植，經(jīng)秋水仙素處理后發(fā)育成植株株G G；從生殖方式上分析，；從生殖方式上分析，ADAD屬于屬于_生殖；從細(xì)生殖；從細(xì)胞分裂方式上分析，胞分裂方式上分析，EFEF過(guò)程中進(jìn)行了過(guò)程中進(jìn)行了_分裂。分裂。1.1.玉米是一種主要的農(nóng)作物，為了提高玉米的產(chǎn)

16、量，科玉米是一種主要的農(nóng)作物，為了提高玉米的產(chǎn)量，科學(xué)家做了大量的研究工作。如圖是關(guān)于玉米培養(yǎng)的過(guò)程，學(xué)家做了大量的研究工作。如圖是關(guān)于玉米培養(yǎng)的過(guò)程，請(qǐng)據(jù)圖回答：請(qǐng)據(jù)圖回答：組織培養(yǎng)組織培養(yǎng)單倍體育種單倍體育種無(wú)性無(wú)性有絲有絲（2 2）取莖尖進(jìn)行培養(yǎng)的原因是）取莖尖進(jìn)行培養(yǎng)的原因是_。（3 3）ACAC的過(guò)程要嚴(yán)格控制的過(guò)程要嚴(yán)格控制_。（4 4）用）用ADAD過(guò)程獲得的植株過(guò)程獲得的植株D D，稱(chēng)為，稱(chēng)為_(kāi)。若用若用D D進(jìn)行繁殖，種植的植株就進(jìn)行繁殖，種植的植株就_或或_感染病毒。感染病毒。分生區(qū)附近病毒極少，甚至無(wú)病毒分生區(qū)附近病毒極少，甚至無(wú)病毒無(wú)菌無(wú)菌脫毒苗脫毒苗不會(huì)不會(huì)極少極少（

17、5 5）用）用EGEG途徑育種的優(yōu)點(diǎn)是途徑育種的優(yōu)點(diǎn)是_。（6 6）若想培育出一種新的玉米品種，可以采用）若想培育出一種新的玉米品種，可以采用_ _ 育種方式；若想培育出一種能抗蟲(chóng)的玉米新品種，可以育種方式；若想培育出一種能抗蟲(chóng)的玉米新品種，可以采用采用_育種；若想培育出一種地上結(jié)玉米，育種；若想培育出一種地上結(jié)玉米，地下結(jié)馬鈴薯的植株，可以利用地下結(jié)馬鈴薯的植株，可以利用_技術(shù)。技術(shù)。 直接得到穩(wěn)定遺傳的直接得到穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良品種，極大地縮短了育種年限優(yōu)良品種，極大地縮短了育種年限誘變誘變基因工程基因工程植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交2.2.番茄為自花傳粉植物，在番茄為自花傳粉植物，在2020

18、世紀(jì)初，科學(xué)家用世紀(jì)初，科學(xué)家用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，將番茄的原生質(zhì)體和馬鈴植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，將番茄的原生質(zhì)體和馬鈴薯的原生質(zhì)體融合，成功地培育出了番茄薯的原生質(zhì)體融合，成功地培育出了番茄馬鈴馬鈴薯雜種植株（如圖），但目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)這美妙薯雜種植株（如圖），但目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)這美妙的設(shè)想的設(shè)想地上結(jié)番茄果實(shí)、地下結(jié)馬鈴薯塊莖地上結(jié)番茄果實(shí)、地下結(jié)馬鈴薯塊莖的植物。據(jù)圖回答下列問(wèn)題：的植物。據(jù)圖回答下列問(wèn)題：（1 1）過(guò)程）過(guò)程叫做叫做_技術(shù)。與過(guò)程技術(shù)。與過(guò)程密切相關(guān)的具有單層膜的細(xì)胞器為密切相關(guān)的具有單層膜的細(xì)胞器為_(kāi)。原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合高爾基體高爾基體（2 2）分別用紅、綠熒光染料標(biāo)記

19、）分別用紅、綠熒光染料標(biāo)記a a、b b細(xì)胞膜上的細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)，正在融合的原生質(zhì)體一半發(fā)紅色熒光，蛋白質(zhì)，正在融合的原生質(zhì)體一半發(fā)紅色熒光，一半發(fā)綠色熒光。雜種細(xì)胞上一半發(fā)綠色熒光。雜種細(xì)胞上a a、b b兩種顏色的熒兩種顏色的熒光均勻分布，這表明細(xì)胞膜具有光均勻分布，這表明細(xì)胞膜具有_性。性。（3 3）在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過(guò)程中，）在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過(guò)程中，運(yùn)用的技術(shù)手段是運(yùn)用的技術(shù)手段是_，依據(jù)，依據(jù)的原理是的原理是_，其中過(guò)，其中過(guò)程程相當(dāng)于相當(dāng)于_，過(guò)程，過(guò)程相當(dāng)于相當(dāng)于_，其細(xì)胞分裂方式為，其細(xì)胞分裂方式為_(kāi)。植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)一定的流動(dòng)一定的流動(dòng)植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性脫分化脫分化再分化再分化有絲分裂有絲分裂（4 4）若利用此技術(shù)生產(chǎn)治療燙傷、割傷的藥）若利用此技術(shù)生產(chǎn)治療燙傷、割傷的藥物物紫