第2.1.1節(jié)：植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

1、 19961996年年7 7月月5 5日日, ,世界第一只世界第一只-克隆羊克隆羊多利多利, , 動(dòng)物體細(xì)動(dòng)物體細(xì)胞克隆技術(shù)，胞克隆技術(shù)， 也揭開細(xì)胞工程更深層次發(fā)展的序幕也揭開細(xì)胞工程更深層次發(fā)展的序幕! !原理和方法原理和方法_生物學(xué)和生物學(xué)和_生物學(xué)生物學(xué)操作水平操作水平_水平或水平或_水平水平目的目的按照人的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的按照人的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的_或獲得或獲得_分類分類_細(xì)胞工程和細(xì)胞工程和_細(xì)胞工程細(xì)胞工程細(xì)胞細(xì)胞分子分子細(xì)胞細(xì)胞細(xì)胞器細(xì)胞器遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)品細(xì)胞產(chǎn)品植物植物動(dòng)物動(dòng)物所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ) 植物細(xì)胞工程通常采用的技 術(shù) 手 段 植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) 植物

2、體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性1.細(xì)胞膜細(xì)胞膜2.細(xì)胞壁細(xì)胞壁3.細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)4.葉綠體葉綠體5.高爾基體高爾基體 6.核仁核仁7.核基質(zhì)核基質(zhì)8.核膜核膜9.染色質(zhì)染色質(zhì)10.核孔核孔 11.線粒體線粒體12.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)13.游離的核糖體游離的核糖體14.液泡液泡15.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體細(xì)胞核細(xì)胞核一、細(xì)胞的全能性即：已分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整新個(gè)體的潛能一、細(xì)胞的全能性細(xì)胞分化 細(xì)胞分化是指由一個(gè)或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性的差異的過程一、細(xì)胞的全能性細(xì)胞分化是否意味著細(xì)胞中遺傳物質(zhì)發(fā)生改變？為什么細(xì)胞分化是否意味著

3、細(xì)胞中遺傳物質(zhì)發(fā)生改變？為什么? ? 同樣來(lái)自一個(gè)受精卵同樣來(lái)自一個(gè)受精卵, ,且每個(gè)細(xì)胞都攜帶有相同的遺傳且每個(gè)細(xì)胞都攜帶有相同的遺傳信息信息, ,為什么還會(huì)出現(xiàn)差異為什么還會(huì)出現(xiàn)差異? ? 一、細(xì)胞的全能性即：已分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整新個(gè)體的潛能生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含本物種生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含本物種的的全套遺傳物質(zhì)全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成完，都有發(fā)育成完整個(gè)體的整個(gè)體的全套基因全套基因。一、細(xì)胞的全能性要在什么條件下才能表現(xiàn)出全能性？離體狀態(tài)、無(wú)菌條件、完全營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（水、無(wú)機(jī)鹽、維生素）激素（細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素）、適宜溫度、pH等一、細(xì)胞的全能性1 1）受精卵）受精卵生殖細(xì)胞生殖細(xì)胞

4、( (配子、精子、卵細(xì)胞配子、精子、卵細(xì)胞) )體細(xì)胞體細(xì)胞全能性大小的比較？全能性大小的比較？2 2）植物細(xì)胞）植物細(xì)胞 動(dòng)物細(xì)胞強(qiáng)動(dòng)物細(xì)胞強(qiáng)3 3）體細(xì)胞：）體細(xì)胞：分化程度低的細(xì)胞分化程度低的細(xì)胞 分化程度高的細(xì)胞分化程度高的細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的細(xì)胞 分裂能力弱的細(xì)胞分裂能力弱的細(xì)胞幼嫩的細(xì)胞幼嫩的細(xì)胞 衰老的細(xì)胞衰老的細(xì)胞一、細(xì)胞的全能性植物的組織培養(yǎng)、花藥的離體培養(yǎng)、克隆技術(shù)等二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)在_和_的條件下，將_的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生_、叢芽，最終形成完整植株。無(wú)菌人工控制離體愈傷組織也叫：外植體也叫：外植體

5、如：莖尖、根尖如：莖尖、根尖 適宜的溫度、適宜的溫度、PH值、值、 養(yǎng)料、激素、充足氧氣、光養(yǎng)料、激素、充足氧氣、光條件條件性性二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)愈傷組織離體的植物細(xì)胞、組織或器官幼根、芽或胚狀體完整植株脫分化再分化脫分化：脫分化：已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而變成未分化的細(xì)胞。脫分化的細(xì)有的結(jié)構(gòu)和功能而變成未分化的細(xì)胞。脫分化的細(xì)胞成為薄壁細(xì)胞，叫胞成為薄壁細(xì)胞，叫愈傷組織愈傷組織。再分化：再分化：由愈傷組織重新分化出根、芽等器官，由愈傷組織重新分化出根、芽等器官，形成完整植株的過程。形成完整植株的過程。二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)脫分化和

6、再分化的比較脫分化和再分化的比較比較內(nèi)容比較內(nèi)容脫分化脫分化再分化再分化過程過程外植體外植體愈傷組織愈傷組織愈傷組織愈傷組織幼苗幼苗形成體特點(diǎn)形成體特點(diǎn)排列疏松、高度液泡排列疏松、高度液泡化的薄壁細(xì)胞化的薄壁細(xì)胞有根、芽有根、芽需要條件需要條件a.a.離體離體b.b.適宜的營(yíng)養(yǎng)適宜的營(yíng)養(yǎng)c.c.生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素/ /細(xì)細(xì)胞分裂素的比胞分裂素的比例適中例適中d.d.不需光不需光a.a.離體離體b.b.適宜的營(yíng)養(yǎng)適宜的營(yíng)養(yǎng)c.c.生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素/ /細(xì)細(xì)胞分裂素的比胞分裂素的比例高或低誘導(dǎo)例高或低誘導(dǎo)生芽或生根生芽或生根d.d.光照光照生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素/ /細(xì)胞分裂素細(xì)胞分裂素: :比值比值高高時(shí)，有利于時(shí)

7、，有利于根根的分化；的分化；生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素/ /細(xì)胞分裂素細(xì)胞分裂素: :比值比值低低時(shí)，有利于時(shí)，有利于芽芽的分化；的分化；生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素/ /細(xì)胞分裂素細(xì)胞分裂素: :比值比值適中適中，促進(jìn)，促進(jìn)愈傷組織愈傷組織的形成。的形成。二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)有絲分裂有絲分裂：無(wú)定形狀態(tài)無(wú)定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞薄壁細(xì)胞高度液泡化高度液泡化分裂旺盛分裂旺盛排列疏松、無(wú)規(guī)則排列疏松、無(wú)規(guī)則無(wú)葉綠體無(wú)葉綠體,不進(jìn)行光合作用不進(jìn)行光合作用愈傷組織：愈傷組織：離體的植物器官、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，通或細(xì)胞，在培養(yǎng)一段時(shí)間以后，通過過細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂，形成一種高度液泡化、，形成一種高度液泡化、

8、無(wú)定形狀態(tài)無(wú)定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞薄壁細(xì)胞組成的排列疏組成的排列疏松無(wú)規(guī)則的組織。松無(wú)規(guī)則的組織。二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)19581958年，美國(guó)科學(xué)家斯圖爾德（年，美國(guó)科學(xué)家斯圖爾德（F.C.StewardF.C.Steward）將胡蘿卜）將胡蘿卜韌皮部的一些細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)獲得了完整的胡蘿卜新植株。韌皮部的一些細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)獲得了完整的胡蘿卜新植株。二、植物組織培養(yǎng)技術(shù)1 1、在植物組培過程中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用器械的滅、在植物組培過程中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用器械的滅菌和實(shí)驗(yàn)人員的無(wú)菌操作？菌和實(shí)驗(yàn)人員的無(wú)菌操作？2 2、為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能培、為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能培養(yǎng)成

9、小植株嗎？養(yǎng)成小植株嗎？ (1)(1)要促進(jìn)細(xì)胞分裂、生長(zhǎng)，培養(yǎng)基中應(yīng)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素。營(yíng)養(yǎng)要促進(jìn)細(xì)胞分裂、生長(zhǎng)，培養(yǎng)基中應(yīng)有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括物質(zhì)包括_和小分子有機(jī)物，激素包括細(xì)胞分裂素和和小分子有機(jī)物，激素包括細(xì)胞分裂素和_兩類植物激素。兩類植物激素。(2)(2)此過程依據(jù)的原理是此過程依據(jù)的原理是_。A A和和B B階段主要進(jìn)行的階段主要進(jìn)行的分裂方式是分裂方式是_，B B階段除了細(xì)胞分裂外，還進(jìn)行細(xì)階段除了細(xì)胞分裂外，還進(jìn)行細(xì)胞胞_等。等。(3)(3)此過程要無(wú)菌操作，主要是指對(duì)此過程要無(wú)菌操作，主要是指對(duì)_進(jìn)行滅菌、消毒。進(jìn)行滅菌、消毒。B B階段需要光照，原因是階段需要光

10、照，原因是_。 (4)(4)試管苗的根細(xì)胞沒有葉綠素，而葉的葉肉細(xì)胞具有葉綠素，這試管苗的根細(xì)胞沒有葉綠素，而葉的葉肉細(xì)胞具有葉綠素，這是基因是基因_的結(jié)果。的結(jié)果。7 7、圖所示為胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞通過無(wú)菌操作接入試管后，在一、圖所示為胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞通過無(wú)菌操作接入試管后，在一定條件下形成試管苗的培育過程，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：定條件下形成試管苗的培育過程，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題：無(wú)機(jī)物無(wú)機(jī)物生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性有絲分裂有絲分裂分化分化培養(yǎng)基培養(yǎng)基細(xì)胞中葉綠素的合成需要光照條件細(xì)胞中葉綠素的合成需要光照條件選擇性表達(dá)選擇性表達(dá)三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)

11、 將不同種植物的將不同種植物的體細(xì)胞體細(xì)胞，在一定條件下融合，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體新的植物體的技術(shù)。的技術(shù)。1 1你認(rèn)為兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞完成融你認(rèn)為兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞完成融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？2 2有沒有一種溫和的去壁方法呢？有沒有一種溫和的去壁方法呢？1、概念：概念：三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)原原生生質(zhì)質(zhì)體體原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合再生出細(xì)胞壁再生出細(xì)胞壁雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞脫脫分分化化愈傷組織愈傷組織雜種雜種植株植株再分再分化化2、過程：、過程：番茄細(xì)胞番茄細(xì)胞馬馬鈴鈴薯薯細(xì)細(xì)胞胞標(biāo)

12、志：成功融合去壁去壁三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)：三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)：三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)體細(xì)胞雜交過程中涉及的遺傳知識(shí)：三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)：三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)3、優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙?？朔h(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)4、應(yīng)用應(yīng)用：三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù) 問題：?jiǎn)栴}：為什么為什么“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”超級(jí)雜種植株超級(jí)雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄地下結(jié)沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄地下結(jié)馬鈴薯？馬鈴薯？主要原因：主要原因：生物基因的表達(dá)不生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯

13、相互影響的，所以馬鈴薯番茄番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物物種的遺傳物質(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像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，所以雜交植株質(zhì)一樣有序表達(dá)，所以雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄地下結(jié)馬鈴薯。不能地上長(zhǎng)番茄地下結(jié)馬鈴薯。植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交的比較植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交的比較植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) 細(xì)胞的全能性細(xì)胞的全能性 原理原理 植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性和細(xì)胞的全能性細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性和細(xì)胞的全能性過程

14、過程名稱名稱 離體的植物器官、組織或細(xì)胞離體的植物器官、組織或細(xì)胞 愈傷組織愈傷組織 根、芽或胚狀體根、芽或胚狀體 植物體植物體脫分化脫分化再分化再分化發(fā)育發(fā)育植物細(xì)胞植物細(xì)胞A A 原生質(zhì)體原生質(zhì)體A A原生質(zhì)體原生質(zhì)體B B 植物細(xì)胞植物細(xì)胞B B去壁去壁去壁去壁人工誘導(dǎo)人工誘導(dǎo)融合的原生融合的原生質(zhì)體質(zhì)體ABAB 雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞ABAB 愈傷組織愈傷組織再生壁再生壁脫分化脫分化再分化再分化雜種雜種植株植株選材選材 選取根尖、莖尖、形成層部位最選取根尖、莖尖、形成層部位最容易誘導(dǎo)脫分化容易誘導(dǎo)脫分化不同植物細(xì)胞不同植物細(xì)胞技術(shù)技術(shù)操作操作 脫分化、再分化等脫分化、再分化等 除脫分化、再分

15、化外，還要用酶解法去除除脫分化、再分化外，還要用酶解法去除細(xì)胞壁細(xì)胞壁, ,用一定的方法誘導(dǎo)細(xì)胞融合用一定的方法誘導(dǎo)細(xì)胞融合關(guān)系關(guān)系 植物組織培養(yǎng)是植物體細(xì)胞雜交的基礎(chǔ)，植物體細(xì)胞雜交所用的技術(shù)更復(fù)雜植物組織培養(yǎng)是植物體細(xì)胞雜交的基礎(chǔ)，植物體細(xì)胞雜交所用的技術(shù)更復(fù)雜課堂總結(jié)1 1植物細(xì)胞的全能性是指具有某種生物全部遺傳信息植物細(xì)胞的全能性是指具有某種生物全部遺傳信息的任何細(xì)胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。的任何細(xì)胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。2 2植物組織培養(yǎng)的原理是植物細(xì)胞的全能性，主要過植物組織培養(yǎng)的原理是植物細(xì)胞的全能性，主要過程包括脫分化和再分化。程包括脫分化和再分化。3 3植物

16、組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵是避免微生物的污染，所植物組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵是避免微生物的污染，所有實(shí)驗(yàn)用具要嚴(yán)格滅菌，接種過程進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)菌操作。有實(shí)驗(yàn)用具要嚴(yán)格滅菌，接種過程進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)菌操作。4 4植物細(xì)胞融合依據(jù)的生物學(xué)原理是細(xì)胞膜的流動(dòng)性，植物細(xì)胞融合依據(jù)的生物學(xué)原理是細(xì)胞膜的流動(dòng)性，融合成功的標(biāo)志是雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁。融合成功的標(biāo)志是雜種細(xì)胞再生出細(xì)胞壁。5 5植物體細(xì)胞雜交克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。植物體細(xì)胞雜交克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。1 1、設(shè)計(jì)植物體細(xì)胞雜交實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果期望獲得性狀優(yōu)良的作物新設(shè)計(jì)植物體細(xì)胞雜交實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果期望獲得性狀優(yōu)良的作物新品種，不需要考慮的是（品種，不需要考

17、慮的是（ ） A.A.親本細(xì)胞的生殖隔離問題親本細(xì)胞的生殖隔離問題 B.B.選擇具有優(yōu)良性狀的親本選擇具有優(yōu)良性狀的親本 C.C.親本細(xì)胞的融合技術(shù)親本細(xì)胞的融合技術(shù) D.D.雜種細(xì)胞愈傷組織的誘導(dǎo)和再分化雜種細(xì)胞愈傷組織的誘導(dǎo)和再分化2 2、植物體細(xì)胞雜交尚未解決的問題是（植物體細(xì)胞雜交尚未解決的問題是（ ） A.A.去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體 B.B.將雜種細(xì)胞培育成植株將雜種細(xì)胞培育成植株 C.C.使雜種植物完全按照人們的需要表現(xiàn)出親本的性狀使雜種植物完全按照人們的需要表現(xiàn)出親本的性狀 D.D.培養(yǎng)出屬間的雜種植株培養(yǎng)出屬間的雜種植株3 3、將胡

18、蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成幼苗時(shí)，下列條件中不需要的是（）將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成幼苗時(shí)，下列條件中不需要的是（） A. A.具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞 B.B.一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和植物激素一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和植物激素 C. C.離體狀態(tài)離體狀態(tài) D.D.導(dǎo)入指示基因?qū)胫甘净? 4、在下列各育種方式中，與組織培養(yǎng)技術(shù)無(wú)關(guān)的是（在下列各育種方式中，與組織培養(yǎng)技術(shù)無(wú)關(guān)的是（ ） A. A.利用花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株利用花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株 B. B.秋水仙素處理二倍體幼苗，獲得四倍體植株秋水仙素處理二倍體幼苗，獲得四倍體植株 C. C.通過組織培養(yǎng)培育人工種子通過組織培養(yǎng)培育人工種子 D. D.通過體細(xì)胞雜交培養(yǎng)通過體細(xì)胞雜交培養(yǎng)“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”雜種植株雜種植株5 5、白菜甘藍(lán)白菜甘藍(lán)”是用細(xì)胞工程的方法培育出來(lái)的蔬菜新品種，它是用細(xì)胞工程的方法培育出來(lái)的蔬菜新品種，它具有生長(zhǎng)期短和耐儲(chǔ)藏等優(yōu)點(diǎn)。下圖是具有生長(zhǎng)期短和耐儲(chǔ)藏等優(yōu)點(diǎn)。下圖是“白菜甘藍(lán)白菜甘藍(lán)”的培育過的培育過程示意圖，下列描述錯(cuò)誤的是程示意圖，下列描述錯(cuò)誤的是( () ) A A培育過程中，實(shí)現(xiàn)培育過程中，實(shí)現(xiàn)過程常用的物質(zhì)為纖維