植物細胞工程復(fù)習(xí)資料

1、細胞工程：應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的方法，通過類似于工程學(xué)的步驟，在細胞整體水平或細胞器水平上，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)以獲得新型生物或特種細胞產(chǎn)品的一門綜合性科學(xué)技術(shù)。細胞工程學(xué)：應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)方法，在細胞或細胞器水平上研究改造生物遺傳特性，以獲得新的有用的細胞系或生物體的有關(guān)理論和技術(shù)方法的學(xué)科。細胞工程在現(xiàn)代生物技術(shù)中的地位及其實踐意義：（1）改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)動植物品種改良，植物快速繁殖；（2）保護生態(tài)環(huán)境生物工業(yè)避免化學(xué)工業(yè)污染，名貴藥物的細胞生產(chǎn)保護自然資源；（3）生物醫(yī)藥開發(fā)免疫醫(yī)藥工業(yè)，基因工程藥物生產(chǎn)。細胞工程的核心技術(shù)：細胞培養(yǎng)與繁殖目的：獲得新性狀

2、、新個體、新物種植物細胞工程：細胞培養(yǎng)技術(shù)、原生質(zhì)體融合與培養(yǎng)技術(shù)、組織培養(yǎng)技術(shù)、亞細胞水平的遺傳操作技術(shù)植物細胞的全能性：植物的每個細胞都包含著該物種的全部遺傳信息，從而具備發(fā)育成完整植株的遺傳能力。在適宜條件下，任何一個細胞都可以發(fā)育成一個新個體。White、Gautheret、Nobecourt被譽為植物組織培養(yǎng)的奠基人。植物細胞工程的應(yīng)用：種苗脫毒與快速繁殖、植物特殊倍性創(chuàng)造、培育植物新品種、體細胞雜交、次生產(chǎn)物生產(chǎn)、基礎(chǔ)研究。培養(yǎng)室的光照強度：2000-3000lx外植體的選擇：選擇優(yōu)良的基因型、取材、外植體大小、選擇外植體的時期外植體休眠的處理：低溫或赤霉素內(nèi)生菌的處理：抗生素、取

3、生長期旺盛的生長點、取莖尖不停地轉(zhuǎn)接（被內(nèi)生菌污染）糖在培養(yǎng)基的作用：為細胞提供合成新物質(zhì)的碳骨架；為細胞的呼吸代謝提供底物和能量；維持滲透壓生長素的生理作用：促進細胞生長和細胞分裂；誘導(dǎo)受傷組織表面細胞恢復(fù)分裂能力；形成愈傷組織，促進生根；與一定量的細胞分裂素配合共同誘導(dǎo)不定芽的分化、側(cè)芽的萌發(fā)與生長、胚狀體的誘導(dǎo)。細胞分裂素的生理作用：促進細胞的分裂和分化、誘導(dǎo)芽的分化、促進側(cè)芽的萌發(fā)和生長、抑制衰老。植物激素：是指在植物體內(nèi)合成的、通常從合成部位運往作用部位、對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生顯著調(diào)節(jié)作用的微量小分子有機物。生長素類（IAA）、細胞分裂素類（CTK）-6BA、赤霉素類（GA）、脫落酸（

4、ABA）、乙烯（ETH）MS是光譜性培養(yǎng)基，N6用于單子葉植物的培養(yǎng)，B5多用于豆科植物。愈傷組織：脫分化后的細胞，經(jīng)過細胞分裂，產(chǎn)生無組織結(jié)構(gòu)、無明顯極性的松散的細胞團。外植體：植物組織培養(yǎng)中用來進行無菌培養(yǎng)的離體材料，可以是器官、組織、細胞和原生質(zhì)體等。細胞分化：是指導(dǎo)致細胞形成不同結(jié)構(gòu)，引起功能改變或潛在發(fā)育方式改變的過程。再分化：在離體條件下，當(dāng)細胞脫分化以后，無序生長的細胞及其愈傷組織要重新進入有序生長進而形成再生個體的過程稱為再分化。極性：是指植物的器官、組織、甚至單個細胞在不同的軸向上存在的某種形態(tài)結(jié)構(gòu)以及生理生化上的梯度差異。很多情況下，細胞的不均等分裂是細胞極性建立的標(biāo)志。植

5、物的離體器官發(fā)生：是指培養(yǎng)條件下的組織或細胞團（愈傷組織）分化形成不定根、不定芽等器官的過程。體細胞胚（胚狀體）：離體培養(yǎng)下沒有經(jīng)過受精過程，但經(jīng)過了胚胎發(fā)育過程所形成的胚的類似物（不管培養(yǎng)的細胞是體細胞還是生殖細胞）。體細胞無性系變異：把由任何形式的細胞培養(yǎng)所產(chǎn)生的植株統(tǒng)稱為體細胞無性系，而把這些植株所表現(xiàn)出來的變異稱之為體細胞無性系變異。離體培養(yǎng)再生植株誘變方法：物理誘變（X射線、射線、快中子、紫外線）；化學(xué)誘變（烷化劑、堿基類似物、移碼誘變劑）；轉(zhuǎn)座子插入；離子束誘變。體細胞變異的應(yīng)用：創(chuàng)造育種材料培育新品種、遺傳學(xué)研究、發(fā)育生物學(xué)研究、代謝研究。植物激素對植物的作用答：植物激素是指在植

6、物體內(nèi)合成的、通常從合成部位運往作用部位、對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生顯著調(diào)節(jié)作用的微量小分子有機物。在眾多植物離體培養(yǎng)中證明，細胞分裂素和生長素對于細胞生長和分化具有同等重要的協(xié)同作用，它們的量與比值的不同配合，對細胞分化起著重要調(diào)節(jié)作用。生長素的生理作用：促進細胞生長和細胞分裂；誘導(dǎo)受傷組織表面細胞恢復(fù)分裂能力；形成愈傷組織，促進生根；與一定量的細胞分裂素配合共同誘導(dǎo)不定芽的分化、側(cè)芽的萌發(fā)與生長、胚狀體的誘導(dǎo)。細胞分裂素的生理作用：促進細胞的分裂和分化、誘導(dǎo)芽的分化、促進側(cè)芽的萌發(fā)和生長、抑制衰老。生長素/細胞分裂素的比值高，促進生根，反之則促進莖、芽的產(chǎn)生；此外，在離體條件下，如果用生長素和細

7、胞分裂素處理的順序不同，其作用也不一樣：如果先用生長素處理，后用細胞分裂素處理，則有利于細胞分裂而不利于細胞分化；反之則有利于細胞分化。如果兩者同時處理，則可促使分化頻率的提高。體細胞胚與合子胚比較答：（1）合子胚在發(fā)育初期具有明顯的胚柄，而體細胞胚一般沒有真正的胚柄，只有類似胚柄的結(jié)構(gòu)；（2）合子胚的子葉是相當(dāng)規(guī)范的，可以作為分類的依據(jù)，體細胞胚的子葉常不規(guī)范；（3）與相同植物比較，體細胞胚的體積明顯小于合子胚，在一些貯藏物質(zhì)的含量上也存在較大差異，并且體細胞胚不能有明顯的脫水干燥過程；（4）合子胚在胚胎發(fā)育完全進入子葉期胚以后，經(jīng)過一系列的物質(zhì)積累和脫水就進入休眠，而體細胞胚則直接形成植株

8、，在不同的培養(yǎng)條件和植株種類中，形成植株的胚胎時期有所不同，一般在心形期以后的各個階段均可直接發(fā)育成小植物。離體培養(yǎng)下變異的特點答：（1）變異的普遍性：多種植物離體培養(yǎng)都會發(fā)生變異；就單個變異體來講，離體培養(yǎng)中變異性狀往往是單一的，或少數(shù)幾個性狀的變異；同一培養(yǎng)體系的再生群體，變異又具有多樣性。（2）從表型上看，在不同植物類型中經(jīng)常發(fā)生的變異主要是植株形態(tài)（株高、葉形、葉色等）、生長勢、育性、某些抗性等性狀的變異；從生理生化特性上看，容易出現(xiàn)同功酶譜、次生代謝的消長等變異；一些單基因控制的性狀不僅發(fā)生隱形突變，也發(fā)生顯性突變。（3）嵌合性：嵌合性是指同一有機體中同時存在有遺傳組成不同的細胞，它

9、是組織培養(yǎng)中常見的現(xiàn)象。實際上，愈傷組織在大多數(shù)情況下是一種具有不同染色體數(shù)和遺傳變異程度不同的細胞組成的嵌合體，這些細胞各自進行不同步的分裂。影響體細胞遺傳與變異的因素答：（1）供體植物：植物種內(nèi)基因型間變異頻率差異較大；以分生組織為外植體的再生植株體細胞變異頻率很低；體細胞在活體內(nèi)組織分化期間會出現(xiàn)多倍性。培養(yǎng)物的類型：原生質(zhì)體培養(yǎng)的體細胞變異細胞培養(yǎng)組織器官培養(yǎng)；性細胞培養(yǎng)再生植株的變異要大于體細胞培養(yǎng)的植株；培養(yǎng)類型的變異是多樣性的。（2）培養(yǎng)基和培養(yǎng)方式：培養(yǎng)基激素濃度和不同激素配比對再生植株的染色體倍性有一定影響；培養(yǎng)基的物理狀態(tài)以及培養(yǎng)類型引起細胞的變異。（3）繼代次數(shù)引起的體細

10、胞變異：繼代時間越長，繼代次數(shù)越多，細胞變異的幾率就越高。植物細胞工程的中心內(nèi)容：植物細胞和組織的離體培養(yǎng)。離體無性繁殖：利用離體培養(yǎng)技術(shù)，將來自優(yōu)良植株的莖尖、腋芽、葉片、鱗片等器官、組織和細胞進行離體培養(yǎng)，在短期內(nèi)獲得大量遺傳性狀一致的個體的方法，也稱之為微繁、快速繁殖。離體繁殖的使用范圍：（1）用于加速某些難繁殖或繁殖速度很低的植物，或某些需要加速繁殖的特殊基因型；（2）用于自然繁殖極易感染病毒的植物；（3）用于有性繁殖變異范圍大而自然條件下又不易無性繁殖的植物。單株無性系或單芽無性系：利用離體無性繁殖培養(yǎng)技術(shù)得到的植株群體來自一個單株或單芽，他們的遺傳組成相同，稱為單株無性系或單芽無性

11、系。植物脫毒：利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，脫除植物細胞中浸染的病毒，生產(chǎn)健康的繁殖材料，叫植物脫毒。愈傷組織用途：（1）用繼代培養(yǎng)的方式長期保存；（2）可以通過懸浮培養(yǎng)而迅速增殖，用作無性系；（3）用作原生質(zhì)體培養(yǎng)，是原生質(zhì)體的來源。繼代培養(yǎng)：是指愈傷組織在培養(yǎng)基上生長一段時間后，營養(yǎng)物枯竭，水分散失，并已經(jīng)積累了一些代謝產(chǎn)物，此時需要將這些組織轉(zhuǎn)移到新的培養(yǎng)基上，這種轉(zhuǎn)移稱為繼代培養(yǎng)或傳代培養(yǎng)。繁殖系數(shù)：也叫繁殖率，指每塊外植體在一個培養(yǎng)周期內(nèi)增殖的倍數(shù)。脫毒與快繁的意義：（1）能夠有效地保持優(yōu)良品種的特性；（2）快速繁殖新品種，使優(yōu)良品質(zhì)迅速應(yīng)用；（3）生產(chǎn)無病毒苗，防止品種退化；（4）節(jié)約耕地

12、，提高農(nóng)產(chǎn)品的商品率；（5）便于運輸。分生組織病毒含量低的原因：能量競爭、傳導(dǎo)抑制、激素抑制、酶缺乏、抑制因子。影響脫毒的因素：母體材料病毒侵染的程度；外植體的生理狀態(tài)；起始培養(yǎng)的莖尖大小。不定芽：從現(xiàn)存的芽以外的任何器官、組織上通過器官發(fā)生重新形成的芽稱之為不定芽。不定芽增殖特點：（1）繁殖系數(shù)高（2）遺傳穩(wěn)定性較好，但繼代次數(shù)有限。生根培養(yǎng)：生根培養(yǎng)基一般要求降低礦物營養(yǎng)的濃度，提高生長素的濃度，具體應(yīng)根據(jù)植物不同而定。生產(chǎn)用苗的培育：煉苗假植定植生產(chǎn)用苗。促使試管苗生根的方法：浸泡的方法、生根粉（APT）浸泡、生根粉黑暗處理、嫁接法、放置濾紙橋法。人工種子:狹義的人工種子是指植物離體培養(yǎng)

13、中產(chǎn)生的胚狀體（包括體細胞胚和性細胞胚），包裹在含有養(yǎng)分和具有保護功能的物質(zhì)中，并在適宜條件下能夠發(fā)芽出苗的顆粒體。廣義的人工種子是在胚狀體或一塊組織（頂芽、腋芽）、一個器官（小鱗莖等）之外加上必要的營養(yǎng)成分（人工胚乳）后，用具有一定通透性而無毒的材料將其包裹起來，形成的與天然種子相似的顆粒體。分類：根據(jù)包被的程度可將人工種子分為三大類：裸露的或休眠的繁殖體、人工種皮包被的繁殖體、水凝膠包埋再包被人工種皮的繁殖體；根據(jù)繁殖體的類型可分為兩類：體細胞胚人工種子、非體細胞胚人工種子。人工種子的意義：（1）在無性繁殖植物中，有可能建立一種高效快速的繁殖方法，它既能保持原有品種的特性，又可以使之具有實

14、生苗的復(fù)壯效應(yīng)；（2）可以對優(yōu)異雜種種子不通過有性制種而快速獲得大量種子，特別是對于那些制種困難的植物更具有主要的適用意義；（3）對于一些不能正常產(chǎn)生種子的特殊植物材料如三倍體、非整倍體、工程植物等，有可能通過人工種子在短期內(nèi)加大繁殖應(yīng)用；（4）與田間制種相比，可以節(jié)省制種用地，且不受季節(jié)限制，可以實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，同時還避免了種子攜帶病原菌的危險；（5）與利用試管苗相比，可以避免移栽困難，且可以實現(xiàn)機械化操作，同時還便于儲藏和運輸。人工種子的結(jié)構(gòu)：人工種皮、體細胞胚、人工胚乳。種質(zhì)：是決定生物遺傳性狀，并將遺傳信息從親代傳給子代的遺傳物質(zhì)。種質(zhì)庫：是指以種為單位的群體內(nèi)的全部遺傳物質(zhì)，它有許多

15、個體的不同基因組組成，又稱基因庫。種質(zhì)資源：具有種質(zhì)并能繁殖的生物體統(tǒng)稱為種質(zhì)資源或遺傳資源。花粉培養(yǎng)：將處于一定發(fā)育階段的花粉從花藥中分離出來，接種在人工培養(yǎng)基上，使其發(fā)育和分化成為植株的過程。為什么說花粉培養(yǎng)成為染色體工程遺傳育種的一個有效途徑由于花藥的染色體只有體細胞的一半，因此通過花藥培養(yǎng)的植株是單倍性的。由于單倍體沒有顯性基因的掩蓋作用，易于選擇，并能在很短時間內(nèi)獲得純和二倍體植株，因此在育種實踐中有獨特的優(yōu)越性，花藥培養(yǎng)也成為染色體工程遺傳育種的一個有效途徑?；ㄋ幣囵B(yǎng)的基本程序：外植體選擇外植體（花蕾）的預(yù)處理外植體消毒剝?nèi)』ㄋ幗臃N誘導(dǎo)培養(yǎng)分化培養(yǎng)移栽低溫處理的作用：（1）可以激發(fā)

16、花粉母細胞產(chǎn)生兩個相等核，而不是一個營養(yǎng)核和一個生殖核；（2）保持高比例的強生活力花粉，同時延緩體細胞組織的衰老；（3）激發(fā)花粉產(chǎn)生原胚；（4）促使細胞同步分裂。花粉培養(yǎng)方法：花粉看護培養(yǎng)、條件培養(yǎng)、雙層培養(yǎng)原生質(zhì)體：指除去細胞壁的細胞或是說一個被質(zhì)膜所包圍的裸露細胞。原生質(zhì)體特征：（1）無細胞壁障礙，可以方便地進行有關(guān)遺傳操作，并可以對膜、細胞器等進行基礎(chǔ)研究；（2）具有全能性，并能進行人工培養(yǎng)發(fā)育成完整植株；（3）原生質(zhì)體適合進行誘導(dǎo)融合形成雜種細胞。亞原生質(zhì)體：在原生質(zhì)體分離過程中，有時會引起細胞內(nèi)含物的斷裂而形成一些較小的原生質(zhì)體就叫做亞原生質(zhì)體，它可以具有細胞核或沒有細胞核。核質(zhì)體：

17、由原生質(zhì)膜和薄層細胞質(zhì)包圍細胞核形成的小原生質(zhì)，也稱為微小原生質(zhì)體。胞質(zhì)體：不含細胞核而僅含有部分細胞質(zhì)的原生質(zhì)體。原生質(zhì)體培養(yǎng)：將植物的體細胞（二倍體細胞）經(jīng)過纖維素酶等處理后去掉細胞壁，獲得的原生質(zhì)體在無菌培養(yǎng)基上生長、分裂，最終長成植物的方。不同的材料采用不用的酶處理 雙子葉（葉片）：纖維素酶+少量果膠酶；愈傷組織、懸浮細胞：纖維素酶+半纖維素酶+果膠酶；根尖細胞：果膠酶+（粗）纖維素酶；花粉母細胞、四分體小孢子：纖維素酶+果膠酶+蝸牛酶；成熟花粉：纖維素酶+果膠酶；木本植物：纖維素酶+半纖維素酶+果膠酶；酶處理條件：PH5.46.2；2530；424h懸浮培養(yǎng)：是將單個游離的單細胞或小

18、細胞團在液體培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)增殖的技術(shù)。優(yōu)點：（1）增加培養(yǎng)細胞與培養(yǎng)基的接觸面，改善營養(yǎng)供應(yīng)；（2）在震蕩條件下可避免細胞代謝產(chǎn)生的有害物質(zhì)在局部積累而對細胞產(chǎn)生毒害；（3）振蕩培養(yǎng)可以適當(dāng)?shù)母纳茪怏w交換。誘導(dǎo)疏松易碎愈傷組織的關(guān)鍵是：培養(yǎng)基中應(yīng)有（1）較高含量的無機氮源（2）豐富的有機物質(zhì)（3）低濃度的蔗糖（4）適當(dāng)縮短繼代培養(yǎng)的時間間隔（5）轉(zhuǎn)移接種時盡量將愈傷組織平鋪于培養(yǎng)基表面。一個成功的懸浮細胞培養(yǎng)體系必須滿足三個條件：（1）懸浮培養(yǎng)物分散良好，細胞團較小，一般在30-50個細胞以下；（2）均一性好，細胞形狀和細胞大小大致相同，懸浮系外觀為大小均一的小顆粒，培養(yǎng)基清澈透亮，細胞色澤

19、呈新鮮的乳白或淡黃色；（3）細胞生長迅速，懸浮細胞的生長量一般2-3天甚至更短時間便可增長一倍。細胞同步化：是指同一懸浮培養(yǎng)體系是所有細胞都同時通過細胞周期的某一特定時期。同步化的方法：饑餓法、抑制劑法、分選法、低溫處理法。平板培養(yǎng)：是指將一定密度的懸浮細胞接種到一薄層固體培養(yǎng)基中進行培養(yǎng)的技術(shù)?？醋o培養(yǎng)：其方法是在固體培養(yǎng)基上置入一塊生長活躍的愈傷組織，再在愈傷組織上放一小片濾紙，待濾紙濕潤后將細胞接種于濾紙上，當(dāng)培養(yǎng)細胞長出微小細胞團以后，將其直接轉(zhuǎn)移至瓊脂培養(yǎng)基上讓其迅速生長。雙層濾紙植板培養(yǎng)：在飼養(yǎng)層細胞 和靶細胞之間放兩張濾紙，上面一層濾紙用于將靶細胞轉(zhuǎn)移到其他培養(yǎng)基上繼續(xù)培養(yǎng)。細胞

20、微室培養(yǎng)：將細胞或原生質(zhì)體接種在培養(yǎng)板的微室中進行培養(yǎng)。成批培養(yǎng)：是指在一個培養(yǎng)體積中接種細胞和添加培養(yǎng)基后，中途不在添加培養(yǎng)基也不更換培養(yǎng)基的培養(yǎng)方式。連續(xù)培養(yǎng)：在培養(yǎng)過程中，不斷向反應(yīng)器中流加新鮮培養(yǎng)基，同時以相同的流量從系統(tǒng)中取出培養(yǎng)基，從而維持培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)在細胞密度、產(chǎn)物濃度以及物理狀態(tài)的相對平衡，這種培養(yǎng)方式即稱為連續(xù)培養(yǎng)。半連續(xù)培養(yǎng)：它是一種介于成批培養(yǎng)和連續(xù)培養(yǎng)之間的培養(yǎng)方式，其基本方法是在完成成批培養(yǎng)的一個周期后，只從反映其中取出大部分細胞懸液，保留小部分細胞懸液作為下個培養(yǎng)周期的種子細胞，然后加入新鮮培養(yǎng)基進行培養(yǎng)。植物細胞規(guī)模培養(yǎng)：在離體條件下將植物愈傷組織或其他組織通過培養(yǎng)使細胞增殖，從而獲得大量細胞群體的方法。植物生物反應(yīng)器：是指利用植物的組織培養(yǎng)、細胞懸浮培養(yǎng)或整體植物工廠化大量產(chǎn)生具有重要功能的植物產(chǎn)品（疫苗、抗體、食物添加劑等）或快速繁殖植物的方法。固定化植物培養(yǎng)生物反應(yīng)器：通過凝膠包埋、表面吸附、膜固定等方法將植物細胞固定，是無菌培養(yǎng)液循環(huán)通過固定化細胞，生產(chǎn)植物次生代謝產(chǎn)品的方式。植物次生產(chǎn)物的主要類型：（1）酚類化合物，包括黃酮類，醌類和簡單酚類（2）萜類化合物（3）含氮化合物，主要包括生物堿、胺類、非蛋白質(zhì)氨基酸和生氰苷。