2.1植物細胞工程市公開課一等獎?wù)n件公開課一等獎?wù)n件省賽課獲獎?wù)n件

專項2細胞工程植物細胞工程番茄與馬鈴薯都是茄科植物，但不是同屬的植物。番茄的果實和馬鈴薯的塊莖是我們經(jīng)常食用的蔬菜。馬鈴薯的塊莖生長在土壤中。

人們曾經(jīng)有這樣一種幻想：讓一株植株地上部分結(jié)番茄，地下部分長土豆。這個幻想可能實現(xiàn)嗎？一種夢想?細胞工程

指應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和辦法，通過某種工程學(xué)手段，在細胞整體水平或細胞器水平上，按照人們的意愿來變化細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。細胞工程應(yīng)用的原理和方法研究的水平研究的目的細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)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(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品概念分類植物細胞工程動物細胞工程理論基礎(chǔ)細胞的全能性重要技術(shù)植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合單克隆抗體技術(shù)胚胎移植核移植植物細胞工程技術(shù)動物細胞工程技術(shù)所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ)植物細胞工程普通采用的技術(shù)手段植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交植物細胞的全能性1、定義：

生物體的細胞含有使后裔細胞形成完整個體的潛能的特性。2、原理：生物體的每一種細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一種活細胞都應(yīng)當含有全能性。3、差別：（1）受精卵的全能性最高

（2）受精卵分化后的細胞中，體細胞的全能性比生殖細胞的低。植物細胞的全能性受精卵生殖細胞體細胞＞＞4、大小蜜蜂（2N=32）減數(shù)分裂卵細胞(N=16)發(fā)育雄蜂(N=16)卵細胞能夠直接發(fā)育成為一種新個體例：思考討論：為什么體內(nèi)細胞沒有體現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織、器官？基因在特定空間和時間條件下選擇性體現(xiàn)的成果。在個體發(fā)育的不同時期，生物體不同部位的細胞體現(xiàn)的基因是不同的，合成的蛋白質(zhì)也不同，從而形成了不同的組織和器官。5、例題辨析：

下列有關(guān)細胞全能性的含義，對的的是：A、每個生物體內(nèi)的全部細胞都含有相似的功效B、生物體內(nèi)的任何一種細胞能夠完畢該個體的全部功效C、生物體的每一種活細胞都含有發(fā)育成完整個體的潛能D、生物體的每個細胞都通過產(chǎn)生、分裂、分化、生長、衰老、死亡的全過程CSchwann在1839年明確的指出：“如果含有與有機體內(nèi)同樣的條件時，每個細胞應(yīng)當能夠獨立生活和發(fā)展”。背景資料德國出名植物學(xué)家G.Haberlandt在細胞學(xué)說的基礎(chǔ)上于1902年提出了細胞全能性學(xué)說。他認為，高等植物的組織、器官能夠不停分割，直到單個細胞。如果每個細胞都有植物個體同樣的性質(zhì)和能力，那么，能夠通過植物細胞培養(yǎng)使單個細胞發(fā)育成為一種新個體。植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史①探索階段（19世紀初－30年代中）德國植物生理學(xué)家HaHerlandt初次進行了植物細胞培養(yǎng)實驗②奠基階段（30－50年代）1934年，White培養(yǎng)番茄離體根尖成功1939年，Gautheret持續(xù)培養(yǎng)胡蘿卜根形成層初次成功White:煙草種間雜種的瘤組織進行組培Nobecourt：胡蘿卜進行組培以上三人是植物組織培養(yǎng)的奠基人③快速發(fā)展階段（60年代后）原生質(zhì)體，花藥，快繁技術(shù)快速發(fā)展科學(xué)研究表明，處在離體狀態(tài)的植物活細胞，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其它外界條件的作用下，就可能體現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。

1958年Steward和Reinert用胡蘿卜根的愈傷組織誘導(dǎo)成了體細胞胚，并進而獲得了完整植株。

植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史植物組織培養(yǎng)核心詞：外植體、脫分化、再分化、愈傷組織細胞離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其它外界條件必要條件：離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織根芽植物體脫分化再分化植物組織培養(yǎng)外植體：從活植物體上切下進行培養(yǎng)的那部分組織或器官1）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等）2）用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上3）切取所需的外植體4）將外植體接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上整個實驗在超凈工作臺上進行，保持無菌！外植體通過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會形成愈傷組織幾個概念：愈傷組織：離體的植物器官、組織或細胞，在培養(yǎng)一段時間后來，通過細胞分裂，形成一種高度液泡化、無定形狀態(tài)薄壁細胞團。脫分化讓已經(jīng)分化的細胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程，稱為植物細胞的脫分化。再分化脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng)又可以重新分化成根或芽等器官，這一過程稱為植物細胞的再分化。分化：個體發(fā)育中，由一種或一種細胞增殖產(chǎn)生的后裔，在形態(tài)、構(gòu)造和生理功效上發(fā)生穩(wěn)定性差別的過程。植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的基質(zhì)無機營養(yǎng)成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有機營養(yǎng)成分①含N物質(zhì)：涉及維生素和氨基酸②碳源：2%—5%的蔗糖③瓊脂：起支持作用④生長激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0注意：

培養(yǎng)基中必須含有植物生長發(fā)育所需要的全部營養(yǎng)物質(zhì)，其中生長素和細胞分裂素用量的比例對器官的發(fā)生起決定作用。試管苗大規(guī)模培養(yǎng)過程離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織根、芽植物體外植體脫分化植物激素：細胞分裂素、生長素再分化植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)條件：

離體，含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時光照等。正文中討論題

1.在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調(diào)所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？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，有助于培養(yǎng)物的生長，然而多個雜菌同樣也能夠在上面快速生長，因此植物組織培養(yǎng)過程中污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，快速生長的多個雜菌不僅會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，并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(zhì)，造成培養(yǎng)物快速死亡。造成培養(yǎng)基污染的因素有諸多，普通涉及：外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和多個器械滅菌不徹底、操作人員操作不規(guī)范等。因此在組織培養(yǎng)實驗中用到的植物材料和多個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。胡蘿卜的組織培養(yǎng)2.在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調(diào)要切取含有形成層部分，因素是這部分容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其它部分（如莖、葉、花），與否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實驗的辦法進行驗證嗎？提示：胡蘿卜的其它部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導(dǎo)愈傷組織比較困難。3.請根據(jù)上面的實驗過程，概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。

1972年卡爾森等通過兩個煙草品種之間原生質(zhì)體的融合，獲得了第一種體細胞雜種。背景資料1978年梅爾徹斯(Melchers)等初次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細胞雜種——“Potamato”。現(xiàn)在，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裔，獲得了有價值的新品系或育種上有用的新材料。（三）植物體細胞雜交1、定義：

用兩個來自不同植物的體細胞融合成一種雜種細胞，且把雜種細胞哺育成新的植物體的辦法。2、優(yōu)勢：（與有性雜交辦法比較）打破了不同種生物間的生殖隔離限制植物體細胞雜交去壁去壁纖維素酶果膠酶原生質(zhì)體植物細胞原生質(zhì)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等量激素再分化植物體細胞雜交過程示意圖細胞膜的流動性植物A細胞植物B細胞去壁原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體融合融合體再生壁雜種細胞細胞分裂愈傷組織雜種植株去壁的慣用辦法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等）原生質(zhì)體融合辦法：物理法：離心、振動、電刺激等化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）植物體細胞雜交過程示意圖制備原生質(zhì)體：酶解法去掉細胞壁

誘導(dǎo)融合

新的原生質(zhì)體

生出細胞壁

雜種細胞

組織培養(yǎng)

雜種植株植物體細胞雜交辦法及意義意義：克服遠緣雜交不親和的障礙、哺育新品種思考與探究

1.為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯？提示：1978年，梅爾徹斯（Melchers）等人初次獲得了馬鈴薯與番茄的屬間體細胞雜種。他們將哺育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細胞進行融合，所產(chǎn)生的雜交株被稱為“馬鈴薯番茄”。像大多數(shù)雜種同樣，雜交株同時含有馬鈴薯和番茄的形態(tài)特性。其中某些植株形成了“類似塊莖的生殖根”，但是沒有產(chǎn)生可結(jié)實的花、果實以及真正意義上的塊莖。到現(xiàn)在為止“馬鈴薯—番茄”一類的體細胞雜交植物還不能產(chǎn)生經(jīng)濟效益，但是其研究價值不可無視。至于馬鈴薯—番茄沒有像人們預(yù)想的那樣地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯，重要因素是：生物基因的體現(xiàn)不是孤立的，它們之間是互相調(diào)控、互相影響的，因此馬鈴薯—番茄雜交植株的細胞中即使含有兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的體現(xiàn)受到互相干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)同樣有序體現(xiàn)，雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)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，闡明植物的細胞器同樣能夠在某些動物細胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛毎c植物細胞之間能夠?qū)崿F(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請設(shè)計出具體實驗方案。提示：根據(jù)眼蟲的特點，動物細胞和植物細胞之間在理論上是能夠?qū)崿F(xiàn)雜交的。具體的實驗方案能夠設(shè)計以下：

植物體細胞雜交尚未解決的問題有：A、去掉細胞壁,分離出有活力的原生質(zhì)體B、將雜種細胞哺育成植株C、讓雜種植物按照人們的需要體現(xiàn)出親代的優(yōu)良性D、尚未哺育出屬間雜種植物不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的辦法是：A、振動B、電刺激、C、PEG試劑、D、重壓CD在生物體內(nèi)，細胞沒有體現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是由于：A、細胞喪失了全能性

B、基因的體現(xiàn)有選擇性C、不同的細胞內(nèi)基因不完全相似D、在個體發(fā)育的不同時期，細胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化B植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進行培養(yǎng)，又能夠分化形成根、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C1、當植物細胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處在離體狀態(tài)時，下列有可能使其體現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株的是（）A、細胞分裂素B、生長素C、一定的營養(yǎng)物質(zhì)D、以上三者均是2、細胞工程是一門綜合科學(xué)技術(shù)。下列哪項技術(shù)不屬于細胞工程（）A、有性雜交B、體細胞雜交C、組織培養(yǎng)D、細胞核移植3、在生物體的全部細胞中，全能性最高的是A、卵細胞B、植物花粉C、體細胞D、受精卵DAD作業(yè)：以流程圖形式表達出植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交技術(shù)的過程并寫明原理植物細胞工程的實際應(yīng)用一、植物繁殖的新途徑1.微型繁殖(1)微型繁殖技術(shù):用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù).(2)特點:保持優(yōu)良品種的遺傳特性;高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖.2.作物脫毒(1)材料:植物分生區(qū)（莖尖）的病毒極少，甚至無病毒。(2)脫毒苗:切取莖尖進行組織培養(yǎng)，再生的植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗（3）優(yōu)點：使農(nóng)作物不會或極少感染病毒3.神奇的人工種子(1)特點:后裔無性狀分離不受氣候,季節(jié)和地區(qū)限制(2)技術(shù):植物組織培養(yǎng).(3)構(gòu)造:人工薄膜胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽.二、作物新品種的哺育1.單倍體育種(1)辦法:花藥的離體培養(yǎng)(2)優(yōu)點:后裔穩(wěn)定遺傳,都是純合體;明顯縮短育種年限.2.突變體的運用(1)產(chǎn)生:植物組織培養(yǎng)(2)運用:篩選對人們有利突變體,進而哺育新品種三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.種類:蛋白質(zhì),脂肪,糖類,藥品,香料,生物堿等.2.技術(shù):植物的組織培養(yǎng).3.例子：運用組織培養(yǎng)技術(shù)來大量生產(chǎn)人參皂甙干粉2.1.2植物細胞工程的實際應(yīng)用

（一）思考與探究1.通過查閱資料，請你再列舉出植物組織培養(yǎng)技術(shù)在我們生活中的另外某些應(yīng)用。提示：a.拯救瀕危植物；

b.提供食品制作的原料；

c.運用愈傷組織進行轉(zhuǎn)基因操作2.請查閱植物人工種子制備技術(shù)的具體過程，設(shè)計出制備技術(shù)的重要流程圖。提示：誘導(dǎo)植物愈傷組織↓體細胞胚的誘導(dǎo)↓體細胞胚的成熟↓體細胞胚的機械化包裹↓貯藏或種植3.請查閱有關(guān)文獻，設(shè)計出一種植物花藥組織培養(yǎng)和染色體加倍的實驗流程。花藥花粉細胞培養(yǎng)愈傷組織分化出小植物單倍體植株正常植株（二）正文中討論題1.人們運用植物的微型繁殖技術(shù)來進行工廠化育苗生產(chǎn)，這是運用了該項技術(shù)的哪些特點？提示：植物“微型”繁殖技術(shù)含有高效性和能夠保持種苗的優(yōu)良遺傳特性的優(yōu)勢。工廠化大規(guī)模育苗生產(chǎn)正是運用了植物“微型”繁殖技術(shù)的這兩方面優(yōu)勢。運用植物“微型”繁殖技術(shù)我們能夠在短時間中獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗。2.人工種子之因此神奇，是由于它含有天然種子不可比擬的特點，想一想它們含有哪些優(yōu)點？提示：人工種子的優(yōu)點：（1）天然種子由于在遺傳上含有因減數(shù)分裂引發(fā)的重組現(xiàn)象，因而會造成某些遺傳性狀的變化；天然種子在生產(chǎn)上