植物细胞工程主体.

细胞工程细胞工程的概念细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。细胞工程植物细胞工程动物细胞工程植物细胞工程植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞工程的理论基础是：植物细胞工程常用的技术植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞的全能性全能性：是指具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整个体的潜能。原因：是生物体的每一个体细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质（全套基因）。在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整个体的能力。但是，在生物的个体发育中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择的转录翻译出各种不同的蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官。200多种1014个生物体的每一个体细胞都含有该物种所特有的全套遗传物质（全套基因）。基因的选择性表达。全能性高则分化程度低。全能性最高的是受精卵，还没有分化，个体发育其实就是受精卵不断分裂和分化的过程，越往后细胞的分化程度越高。体细胞是高度分化的细胞，也是全能性最低的细胞。细胞的全能性与细胞分化程度的关系：一、植物组织培养概念：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。再分化再分化：由愈伤组织重新分化出根、芽等器官，形成完整植株的过程。脱分化：已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而变成未分化的细胞。脱分化的细胞成为薄壁细胞，叫愈伤组织。过程：离体的植物细胞、组织或器官（外植体）脱分化愈伤组织再分化芽或根等器官植物体：愈伤组织重新分化出根、芽等器官的过程。：由外植体形成愈伤组织的过程：由排列疏松无规则，高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞组成的的组织。1、在植物组培过程中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？2、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？答：因为用于培养植物细胞的MS培养基也适合微生物的生长繁殖，若微生物大量繁殖则会消耗营养物质，并产生对所培养的植物细胞有害的代谢废物，导致实验失败。答：形成层细胞具有旺盛的分裂能力，容易诱导形成愈伤组织。其他部分的细胞当然也能培养成小植株，不过培养起来要困难一点。激素：细胞分裂素和生长素。两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。营养成分：大量元素、微量元素、有机物（氨基酸、维生素、蔗糖等）、水光照：脱分化无光、再分化需光3.影响植物组织培养的因素有哪些？生长素/细胞分裂素:比值高时，有利于根的分化；生长素/细胞分裂素:比值低时，有利于芽的分化；生长素/细胞分裂素:比值适中，促进愈伤组织的形成。二、植物体细胞杂交概念：将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。1、要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？如何温和的消除这一障碍？纤维素酶、果胶酶细胞壁原生质体物理：离心、振动、电刺激化学:聚乙二醇(PEG)2、两个原生质体发生融合，首先是什么融合？利用了什么原理？什么方法？细胞膜细胞膜的流动性3、植物细胞融合成功标志是什么？杂种细胞产生了新的细胞壁植物组织培养4、形成了杂种细胞后，如何才能得到杂种植株？2脱分化再分化杂种植株融合的原生质体AB再生出细胞壁脱分化愈伤组织再分化植物细胞的融合植物组织培养植物细胞A原生质体B原生质体A杂种细胞AB去壁去壁人工诱导方法？促进融合的方法？植物细胞B(1)(1)(2)(3)(4)(5)标志AB问题：为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄地下结马铃薯？主要原因：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯—番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交植株不能地上长番茄地下结马铃薯。意义：打破了植物远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本组合范围。白菜甘蓝白菜－甘蓝白菜－甘蓝的优点：生长周期短、耐热性强、易于储藏等。三、植物细胞工程的实际应用•繁殖植物的新途径–微型繁殖–作物脱毒–人工种子•育种新方法–单倍体育种–诱导突变体•细胞产物的工厂化生产微型繁殖概念：利用植物组织培养技术，快速繁殖植物优良品种（也叫快速繁殖技术）原理：植物细胞的全能性优点：取材少，培养周期短繁殖速度快，可大批量生产无性生殖，保持优良性状试管苗大规模培养有性生殖：经过两性生殖细胞结合成受精卵，再由受精卵发育成新个体的生殖方式。无性生殖：不经过两性生殖细胞结合，直接由母体的一部分发育成新个体的生殖方式。如：细菌的分裂生殖，酵母菌的出芽生殖，植物的扦插、嫁接。作物脱毒长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差。脱毒的原因:脱毒的材料:植物茎尖、根尖的分生区组织脱毒的方法:利用植物的分生区组织进行组织培养人工种子天然种子的局限：①培育周期长②优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性③生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地实现制种。人工薄膜，透气透水胚状体，不定芽营养基质+植物激素+抗生素种皮胚胚乳在植物组织培养的过程中，由于培养的细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。通过筛选，得到对人类有利的突变体，从而培育出新品种。突变体的利用细胞产物的工厂化生产产物的种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱、人参皂甙、紫杉醇、奎宁、茉莉花油等。技术：植物的组织培养现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。1、植物组织培养过程可以归纳为：相关叙述中错误的是（）A.从理论上讲，①可以是植物体的每一个活细胞B.将①经脱分化培养成②时，再植上人工种皮可获得人工种子C.②→③的再分化过程中，细胞增殖的方式为有丝分裂D.①→③的培养过程中，应在培养基中加入水、无机盐、蔗糖、氨基酸、植物激素等B2.将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（）A.具有完整细胞核的细胞B.一定的营养物质和植物激素C.离体状态D.导入指示基因【解析】选D。植物细胞具有全能性的原因是每一个细胞中都含有本物种体细胞的全套遗传物质。在进行组织培养时，需要离体的组织或细胞（具有完整细胞核），若不离体，只能选择性表达为不同的组织、器官，培养时还需要一定的营养物质和植物激素（细胞分裂素、生长素），不需要导入指示基因。3.在下列各育种方式中，与组织培养技术无关的是（）A.利用花药离体培养得到单倍体植株B.秋水仙素处理二倍体幼苗，获得四倍体植株C.通过组织培养培育人工种子D.通过体细胞杂交培养“番茄—马铃薯”杂种植株【解析】选B。花药离体培养实质是将花粉培育为新个体，人工种子是将植物细胞经组织培养形成胚状体再包装成人工种子，体细胞杂交形成的杂种细胞培育成杂种植株，也采用了组织培养技术。而秋水仙素处理二倍体幼苗获得四倍体植株，是利用了染色体变异的原理。4．下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，错误的是()A．花药、胚不能作为组织培养的材料B．植物细胞具有全能性C．外植体是指用于培养的植物组织或器官D．外植体可诱导出愈伤组织解析：考查植物组织培养的过程和原理。植物的器官、组织和细胞以及花药均可做为组织培养的外植体。故A不对。答案：A5．(2008江苏生物)某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染，为查找污染原因设计了4个实验，实验条件除图示外其他均相同。下列各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是(多选)()A．污染主要不是培养基灭菌时间短造成的B．污染主要来源于组织培养所用的离体组织C．调节培养基pH不能解决污染问题D．调节培养温度不能解决污染问题ABCD6．(2008年江苏生物)下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是()A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D．同一株绿色开花植物不同部分的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同解析：同一株绿色开花植物的细胞分体细胞和生殖细胞两类，自然这两类细胞经培养获得的愈伤组织细胞的遗传物质(基因)亦不相同。答案：D7.用植物细胞工程技术将天竺葵与香茅草进行杂交可产生驱蚊香草，使有驱蚊作用的香茅醛随着天竺葵的蒸腾作用散发到空气中，达到驱蚊的效果。下面有关培育过程的叙述，不正确的是（）A.原生质体的融合常用PEG作为诱导剂B.形成的愈伤组织其代谢类型是自养需氧型C.由杂种细胞→杂种植株，要通过有丝分裂和细胞的分化D.该项生物工程技术可克服远缘杂交不亲和的障碍【解析】选B。杂种细胞经组织培养形成的愈伤组织，自身不含叶绿素无法进行光合作用，其营养物质来自培养基，代谢类型是异养需氧型。组织培养无性单倍体有丝8、几乎不含病毒不会无菌脱毒苗极少缩短育种年限工程基因诱变植物体细胞杂交9.科学家用植物细胞杂交方法，将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄—马铃薯”杂种植株，如图，其中①～⑤表示过程，英文字母表示细胞、组织或植株。据图回答下列问题：(1)实现过程②的技术是_________________，在此之前使用_________________处理细胞以除去细胞壁。如果将已除去壁的植物细胞放入等渗溶液中，细胞是何形状？_____________。过程②如放在神舟七号飞船上更易进行，这是因为__________________。与过程③密切相关的具有单层膜结构的细胞器是_________。诱导原生质体融合圆球状纤维素酶、果胶酶高尔基体失去重力的影响（2）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，依据的原理是______________，其中过程④相当于__________过程，⑤涉及的分裂方式为____________。若利用此技术生产治疗癌症的抗癌药物——紫杉醇，培养将进行到________（填字母编号）。有丝分裂植物细胞的全能性脱分化e（3）若番茄细胞内有m条染色体，马铃薯细胞内含n条染色体，则“番茄—马铃薯”细胞内含_____条染色体；若杂种细胞培育成的“番茄—马铃薯”植株为四倍体，则此杂种植株的花粉经离体培育得到的植株属于几倍体植株？______________。（4）如果形成c细胞的a、b细胞都是番茄细胞，那么更简单的得到番茄植株f的处理方法____________________。m+n单倍体秋水仙素处理萌发的番茄种子或幼苗（5）用传统的方法能否得到上述杂种植株？_______理由：_______________________________________这项研究对于培育作物新品种有何重大意义：_____________________________________________________。不同种生物之间存在生殖隔离不能克服了远缘杂交不亲和的障碍，扩大了用于杂交的亲本组合范围10.（2007·广东高考）香蕉原产热带地区，是我国南方重要的经济作物之一。广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响，对香蕉生长发育影响很大。由香蕉束顶病毒（BBTV，单链环状DNA病毒）引起的香蕉束顶病，对香蕉生产的危害十分严重。当前香蕉栽培品种多为三倍体，由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式，缺少遗传变异性，因此利用基因工程等现代科技手段提高其种植水平，具有重要意义。请根据上述材料，回答下列问题：（1）简述香蕉大规模快速繁殖技术的过程。（2）脱毒香蕉苗的获得，可采用________________的方法，此方法的依据是_______________________和_____________________。选取香蕉外植体，通过诱导脱分化产生愈伤组织，然后通过调整植物激素比例，再分化形成芽和根，获得大量试管苗（