選修3-2-1細胞工程

1、克隆動物專題復習專題復習細細胞胞工工程程應用的原理和方法應用的原理和方法細胞生物學和細胞生物學和分子生物學分子生物學細細胞整體水平或胞整體水平或細細胞器水平胞器水平按照人們的意愿來改按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品或獲得細胞產品概念概念分類分類植物細胞工程植物細胞工程研究的目的研究的目的研究的水平研究的水平動物細胞工程動物細胞工程前者前者是是細細胞水平或胞水平或細細胞器水平上生物技胞器水平上生物技術術, ,后者后者是分子水平上的生物技是分子水平上的生物技術術。 ?？寺《嗬蜓蚣夹g是克隆多莉羊技術是 水平上的技術，水平上的技術，培育抗蟲棉是培育抗蟲棉是 水平上的

2、技術。水平上的技術。細胞工程與基因工程相比：細胞工程與基因工程相比：細胞細胞分子分子思考思考: :植物細胞工程的理論基礎植物細胞工程的理論基礎是什么？通常采用的技術手段是什么？通常采用的技術手段有哪些？有哪些？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(yǎng)植物組織培養(yǎng) 植物體細胞雜交植物體細胞雜交植物細胞的全能性植物細胞的全能性細胞的全能性細胞的全能性(1)、概念、概念1）受精卵）受精卵生殖細胞生殖細胞體細胞體細胞：生物體的：生物體的細細胞具有使后代胞具有使后代細細胞形成胞形成完整完整個個體的潛能的特性，叫做體的潛能的特性，叫做細細胞的胞的全能性。全能性。(2)、原因

3、、原因(3)、全能性的比較、全能性的比較：從理：從理論論上上講講，每個，每個細細胞都包含胞都包含該該物種物種的全部的全部遺傳遺傳物物質質（全部基因），所以每（全部基因），所以每個活個活細細胞都胞都應應具有全能性具有全能性 。 。2）植物細胞全能性一般比動物細胞強）植物細胞全能性一般比動物細胞強1、有關全能性的表述中，不正確的是（、有關全能性的表述中，不正確的是（ ） 受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完 整個體，因此全能性最高整個體，因此全能性最高 生物體內細胞由于分化全能性不能表達生物體內細胞由于分化全能性不能表達 卵細胞和受精卵一樣，細胞未分化，全能卵細

4、胞和受精卵一樣，細胞未分化，全能 性很高性很高 植物細胞離體培養(yǎng)在一定條件下能表現(xiàn)出植物細胞離體培養(yǎng)在一定條件下能表現(xiàn)出 全能性全能性C2、在一個生物體內，細胞沒有表現(xiàn)出、在一個生物體內，細胞沒有表現(xiàn)出全能性，原因是（全能性，原因是（ ） 細胞失去了全能性細胞失去了全能性細胞中的基因部分丟失細胞中的基因部分丟失 細胞中的基因選擇性表達細胞中的基因選擇性表達細胞中的基因變異不同細胞中的基因變異不同C（一）植物組織培養(yǎng)技術（一）植物組織培養(yǎng)技術植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基v定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的基質基質v無機營養(yǎng)成分：無

5、機營養(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v有機營養(yǎng)成分有機營養(yǎng)成分 含含N N物質：包括維生素和氨基酸物質：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 相關激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素相關激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素vPHPH值：值：5.05.06.06.0實驗實驗 ：胡蘿卜的組織培養(yǎng)胡蘿卜的組織培養(yǎng)試管苗大規(guī)模培養(yǎng)過程過程離體的植物器官、組織或細胞離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織愈傷組織根、芽根、芽植物體植物體外植體外植體脫分化脫分化植物激素：植物激素：細胞分裂素、生長素細胞分裂素、生長素再分

6、化再分化2、植物組織培養(yǎng)比較脫分化再分化這兩個過程比較脫分化再分化這兩個過程脫分化脫分化再分化再分化是否有光是否有光結果結果無無有有形成愈傷組織形成愈傷組織形成根、芽形成根、芽【實驗 胡蘿卜的組織培養(yǎng)討論】v1.在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗在組織培養(yǎng)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？人員的無菌操作？v提示：植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營養(yǎng)成分，提示：植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營養(yǎng)成分，有利于培養(yǎng)物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速有利于培養(yǎng)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(yǎng)過程中污染現(xiàn)象經常發(fā)生。

7、培養(yǎng)基生長，所以植物組織培養(yǎng)過程中污染現(xiàn)象經常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養(yǎng)物有害的物質，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養(yǎng)物有害的物質，導致培養(yǎng)物迅速死亡。導致培養(yǎng)物迅速死亡。v造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規(guī)范等。所以養(yǎng)瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規(guī)范等。所以在組織培養(yǎng)實驗中用到的植物材料和各種器械都要進行徹底在組織培養(yǎng)實驗中用到的植

8、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(guī)范，避免帶入雜菌。地滅菌，實驗人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌。v2.在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切在本實驗中，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(yǎng)成小部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎？植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎？v提示：胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）提示：胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是

9、誘導愈傷組也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難?？棻容^困難。3.請根據上面的實驗過程，概括出植物組織培養(yǎng)技術請根據上面的實驗過程，概括出植物組織培養(yǎng)技術的流程簡圖。的流程簡圖。提示：提示：歸納：歸納：植物組織培養(yǎng)的概念植物組織培養(yǎng)的概念在無菌和人工控制的條件下將離體的植物器官、在無菌和人工控制的條件下將離體的植物器官、組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導產生愈傷組織、芽叢，予適宜的培養(yǎng)條件，誘導產生愈傷組織、芽叢，最終形成完整的植株。最終形成完整的植株。理解理解:它是植物細胞工程的主要技術它是植物細胞工程的主要技術理

10、論基礎：細胞全能性理論基礎：細胞全能性（1）、外植體：用于離體培養(yǎng)的植物器官或組織）、外植體：用于離體培養(yǎng)的植物器官或組織片段。片段。（2）、愈傷組織：細胞排列疏松而無規(guī)則，是一）、愈傷組織：細胞排列疏松而無規(guī)則，是一種高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞。種高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞。（3）、脫分化：由高度分化的植物器官、組織或）、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。細胞產生愈傷組織的過程。（4）、再分化：脫分化產生的愈傷組織重新分化）、再分化：脫分化產生的愈傷組織重新分化成根或芽等器官的過程。成根或芽等器官的過程。植物組織培養(yǎng)關鍵詞：關鍵詞：外植體、脫分化、再

11、分化、愈傷組織外植體、脫分化、再分化、愈傷組織無菌操作、細胞離體、一定無菌操作、細胞離體、一定的營養(yǎng)物質、激素和其他外的營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件界條件必要條件：必要條件：思考思考:（1）離體的器官、組織或細胞如果不進行脫分化處理，）離體的器官、組織或細胞如果不進行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整植物體？能否培養(yǎng)成完整植物體？（2）決定植物細胞脫分化、再分化的關鍵因素是什么？）決定植物細胞脫分化、再分化的關鍵因素是什么？激素誘導和營養(yǎng)物質激素誘導和營養(yǎng)物質不能不能（3）、激素用量的比例影響實驗結果：）、激素用量的比例影響實驗結果：生長素用量比細胞分裂素用量，比值高時，生長素用量比細胞分裂素用量，比

12、值高時，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低時，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低時，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值適中有利于芽的分化，抑制根的形成；比值適中時，促進愈傷組織的生長。時，促進愈傷組織的生長。 番茄與馬鈴薯同屬茄科植物，但不是同屬番茄與馬鈴薯同屬茄科植物，但不是同屬的植物。番茄的果實和馬鈴薯的塊莖是我們的植物。番茄的果實和馬鈴薯的塊莖是我們經常食用的蔬菜。經常食用的蔬菜。 人們曾經有這樣一個夢想：讓一株植株地人們曾經有這樣一個夢想：讓一株植株地上部分結番茄，地下部分長土豆。這個夢想上部分結番茄，地下部分長土豆。這個夢想可能實現(xiàn)嗎？可能實現(xiàn)嗎？（二）、植物體細胞雜交技術（二）

13、、植物體細胞雜交技術（1）過程）過程細胞壁的阻礙細胞壁的阻礙v要想讓兩個來自不同植物的體細胞融合在一要想讓兩個來自不同植物的體細胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？起，遇到的第一個障礙是什么？ 2有沒有一種溫和的去除細胞壁的方法？有沒有一種溫和的去除細胞壁的方法？v有有,用酶用酶v纖維素酶和果膠酶去除細胞壁纖維素酶和果膠酶去除細胞壁v（3）如果兩個來源不同的原生質體發(fā)生融合）如果兩個來源不同的原生質體發(fā)生融合形成了雜種細胞，下一步該對此細胞做何種形成了雜種細胞，下一步該對此細胞做何種處理？處理？v植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)v培育成新的植物體培育成新的植物體過程過程2誘導原生質體融合誘導原生質體

14、融合v是關鍵環(huán)節(jié)是關鍵環(huán)節(jié)v根據的原理是根據的原理是:細胞膜的流動性細胞膜的流動性v方法方法:物理物理v 離心離心.振動振動.電激電激v化學化學:v聚乙二醇聚乙二醇(PEG)作誘導劑作誘導劑v成功標志是成功標志是:v雜種細胞產生了新的細胞壁雜種細胞產生了新的細胞壁植物植物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 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脫分化脫分化愈傷組織愈傷組織雜種植株雜種植株去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等）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：

15、離心、振動、電刺激等物理法：離心、振動、電刺激等 化學法：聚乙二醇（化學法：聚乙二醇（PEGPEG） 植物體細胞雜交植物體細胞雜交再分化再分化1、當植物細胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處、當植物細胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處于離體狀態(tài)時，下列有可能使其表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完于離體狀態(tài)時，下列有可能使其表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株的是（整的植株的是（ ） A、細胞分裂素、細胞分裂素 B、生長素、生長素 C、一定的營養(yǎng)物質、一定的營養(yǎng)物質 D、以上三者均是、以上三者均是 2、細胞工程是一門綜合科學技術。下列哪項技術不屬于、細胞工程是一門綜合科學技術。下列哪項技術不屬于細胞工程（細

16、胞工程（ ） A、有性雜交、有性雜交 B、體細胞雜交、體細胞雜交 C、組織培養(yǎng)、組織培養(yǎng) D、細胞核移植、細胞核移植鞏固練習DA3、在生物體內、在生物體內 ，細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分，細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因為（化為不同的組織、器官，是因為（ ） A、細胞喪失了全能性、細胞喪失了全能性B、基因的選擇性表達、基因的選擇性表達 C、不同的細胞內基因不完全相同、不同的細胞內基因不完全相同 D、在個體發(fā)育的不同時期，細胞內的基因發(fā)生了、在個體發(fā)育的不同時期，細胞內的基因發(fā)生了變化變化4、植物體細胞雜交尚未解決的問題是（、植物體細胞雜交尚未解決的問題是（ ） A、去掉細

17、胞壁，分離出有活力的原生質體、去掉細胞壁，分離出有活力的原生質體 B、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀性狀 C、將雜種細胞培育成植株、將雜種細胞培育成植株 D、尚未培育出屬間雜種植物、尚未培育出屬間雜種植物BB6、不能人工誘導原生質體融合的方法是（、不能人工誘導原生質體融合的方法是（ ） A、振動、振動 B、電剌激、電剌激 C、PEG試劑試劑 D、重壓、重壓D5、在生物體的所有細胞中，全能性最高的是、在生物體的所有細胞中，全能性最高的是 （ ） A、卵細胞、卵細胞 B、植物花粉、植物花粉 C、體細胞、體細胞 D、受精卵、受精卵D植物體細胞雜

18、交技術流程圖進行總結，重點理解以下植物體細胞雜交技術流程圖進行總結，重點理解以下內容。內容。v 流程圖中為了簡化，僅畫了一個馬鈴薯的原生質流程圖中為了簡化，僅畫了一個馬鈴薯的原生質體與一個番茄的原生質體之間的融合，可真正在實體與一個番茄的原生質體之間的融合，可真正在實際操作過程中，是把許多馬鈴薯的原生質體和許多際操作過程中，是把許多馬鈴薯的原生質體和許多番茄的原生質體放在一起，讓它們自由融合，再從番茄的原生質體放在一起，讓它們自由融合，再從中篩選出所需的雜種細胞。中篩選出所需的雜種細胞。v 由于不同種的細胞其細胞膜的特點不一樣，如不由于不同種的細胞其細胞膜的特點不一樣，如不作任何處理，把它們放

19、在一起，讓它們自然融合是作任何處理，把它們放在一起，讓它們自然融合是不可能的，所以原生質體間的融合必須要人工誘導。不可能的，所以原生質體間的融合必須要人工誘導。（2）植物體細胞雜交技術的意義）植物體細胞雜交技術的意義v克服遠源雜交克服遠源雜交不親和不親和的障礙，培育出自然界的障礙，培育出自然界中沒有的、具有優(yōu)良品質的新品種。中沒有的、具有優(yōu)良品質的新品種。v 成果成果（一）（一） 思考與探究思考與探究v1.為什么為什么“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，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？地上長番茄、地下結馬鈴薯？v提示：提示：1978年，

20、梅爾徹斯（年，梅爾徹斯（Melchers）等人首次獲得了馬鈴薯與番茄）等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的屬間體細胞雜種。他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細胞進的屬間體細胞雜種。他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細胞進行融合，所產生的雜交株被稱為行融合，所產生的雜交株被稱為“馬鈴薯番茄馬鈴薯番茄”。像大多數雜種一樣，。像大多數雜種一樣，雜交株同時具有馬鈴薯和番茄的形態(tài)特征。其中一些植株形成了雜交株同時具有馬鈴薯和番茄的形態(tài)特征。其中一些植株形成了“類似類似塊莖的生殖根塊莖的生殖根”，但是沒有產生可結實的花、果實以及真正意義上的塊，但是沒有產生可結實的花、果實以及真正意義上的塊莖。到目前為止莖

21、。到目前為止“馬鈴薯馬鈴薯番茄番茄”一類的體細胞雜交植物還不能產生經一類的體細胞雜交植物還不能產生經濟效益，但是其研究價值不可忽視。濟效益，但是其研究價值不可忽視。v至于馬鈴薯至于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，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物質，但

22、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。薯就是很自然的了。v2.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，說明植物的細胞器同樣可以在某些動眼蟲，說明植物的細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛毎c植物細物細胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛毎c植物細胞之間可以實現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，胞之間可以實現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請設計出具體實驗方案。請設計出具體實驗方案。提示：根據眼蟲的特點，動物細胞和植物細胞

23、之間在提示：根據眼蟲的特點，動物細胞和植物細胞之間在理論上是可以實現(xiàn)雜交的。具體的實驗方案可以設計理論上是可以實現(xiàn)雜交的。具體的實驗方案可以設計如下：如下： 1、關于愈傷組織形成過程的正確敘述是（、關于愈傷組織形成過程的正確敘述是（ ） A、愈傷組織的形成是離體植物細胞分化的結果、愈傷組織的形成是離體植物細胞分化的結果 B、愈傷組織的形成是離體植物細胞分裂的結果、愈傷組織的形成是離體植物細胞分裂的結果 C 、愈傷組織的形成是離體動物細胞分化的結果愈傷組織的形成是離體動物細胞分化的結果 D 、愈傷組織的形成是離體植物細胞脫分化的結果愈傷組織的形成是離體植物細胞脫分化的結果2、植物細胞融合完成的標

24、志的是（、植物細胞融合完成的標志的是（ ） A、產生新的細胞壁、產生新的細胞壁 B、細胞膜發(fā)生融合、細胞膜發(fā)生融合 C、細胞質發(fā)生融合、細胞質發(fā)生融合 D、細胞核發(fā)生融合、細胞核發(fā)生融合DA3、若用、若用“ ” 表示植物組織培養(yǎng)的過程。請回答：表示植物組織培養(yǎng)的過程。請回答： （1） 表示表示 ， 被培養(yǎng)成為被培養(yǎng)成為的根本原因是的根本原因是（2） 表示表示 ，其細胞特點，其細胞特點 是是 。 脫分化脫分化再分化再分化離體的植物組織器官、組織或細胞離體的植物組織器官、組織或細胞植物細胞具有全能性植物細胞具有全能性具有分生能力的薄壁細胞具有分生能力的薄壁細胞愈傷組織愈傷組織n復習題：復習題：4植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是 （ ）A.給予適宜的營養(yǎng)和外界條件給予適宜的營養(yǎng)和外界條件B.導入其他植物細胞的基因導入其他植物細胞的基因C.脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)和外界條件脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)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將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內5細胞具有全能性的原因是細胞具有全能性的原因是 （ ）A.生物體細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛生物體細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能能B.生物體的每一個細胞都具有全能性生物體的每一個細胞都