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2.1植物细胞工程选修3现代生物技术专题专题2细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术细胞工程1、什么是细胞工程？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，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，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。应用的原理和方法研究的水平研究的目的细胞生物学和分子生物学细胞水平或细胞器水平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概念：前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术,后者是分子水平上的生物技术。克隆多莉羊技术是水平上的技术，培育抗虫棉是水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞（细胞器）分子思考:按照研究对象分细胞与组织培养细胞融合细胞核移植等2、细胞工程的分类植物细胞工程动物细胞工程按照操作技术分一、植物组织培养一）、原理：细胞的全能性细胞的全能性1.概念:已高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。2.原因：生物体细胞含有本物种所特有的全套遗传信息。一、植物组织培养具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有生长分化成为一个完整生物体的潜能。植物细胞全能性是细胞分化的理论基础和植物组织培养技术的理论依据。3.全能性高低：①受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞（卵细胞＞精子）＞体细胞②植物细胞＞动物细胞③分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞④具有持续分裂能力的细胞＞不分裂的细胞受精卵全能性最高4.全能性表达的条件：离体、无菌、一定的营养物质、激素和其他外界条件例题1.下列有关细胞全能性的含义，正确的（）A.每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能B.生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能C.生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能D.生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程C（1）取材与消毒（2）外植体接种到诱导培养基上脱分化（3）愈伤组织转移到分化培养基上（4）分化出丛芽、生根（幼苗）再分化（5）移栽到大田，培养成植株2、植物组织培养技术的流程简图（1）在实验中，“消毒”是如何进行的？为什么要灭菌和无菌操作？（2）“接种”和“转接”过程培养基有什么不同作用？固体培养基的基本成分是什么？酒精、次氯酸钠易污染。一旦污染不但会与培养物争夺营养，且杂菌在生长时会生成大量有害的物质而导致培养物大量死亡细胞分裂素/生长素比值大是诱导根芽增殖分化，比例小诱导生根和愈伤组织的形成固体基本培养基（MS）成分：无机营养成分：无机盐离子有机营养成分：碳源、氨基酸、维生素、等生长调节剂：植物激素（细胞分裂素、生长素、赤霉素）琼脂（3）在上述实验过程中，“培养”的外界条件是什么？为什么要避光？培养基条件：PH、温度、光照等在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。（但再分化时需要光，光能使细胞内形成叶绿体、叶绿素，进行光合作用）3、过程示意图：离体的植物器官、组织或细胞丛芽脱分化愈伤组织再分化胚状体植物体一、植物组织培养遮光光照外植体诱导培养基分化培养基一、植物组织培养一、植物组织培养技术4、相关概念：（1）植物组织培养：植物组织培养就是指在无菌和人工的控制下，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，再分化成胚状体或丛芽，最终形成完整的植株。一、植物组织培养技术4、相关概念:（2）脱分化（又称去分化）：让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。（3）再分化：由同一种类的细胞经细胞分裂后，逐渐在形态结构和功能上形成稳定性差异，产生不同细胞类群的过程。脱分化的实质和结果分别是什么？实质是恢复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。一、植物组织培养技术（5）愈伤组织：一些分化的细胞，经过植物激素诱导可以脱分化为具有分生能力的薄壁细胞组织。细胞特点：细胞排列疏松无规则，高度液泡化的薄壁细胞。（6）外植体：在植物组织培养过程中，从植物体上被分离下来的，接种在培养基上供培养用的原生质体、细胞、组织、器官等5、植物组织培养的意义:植物繁殖的新途径等作用。4、相关概念:影响脱分化和再分化的因素:较低有利于生根有利于芽的产生较高细胞分裂素生长素有利于愈伤组织的形成适中植物激素细胞分裂素生长素细胞分裂素生长素小结：植物组织培养的过程外植体愈伤组织从芽或胚状体植物体脱分化再分化（离体的,已分化组织或细胞）（未分化）（分化）条件？优点？特点？繁殖速度快不受季节限制工厂化生产幼苗无毒保持优良性状①适宜温度、光照、pH和无菌环境。②无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素等）排列疏松、无规则高度液泡化无定形状态薄壁细胞无叶绿体,不进行光合作用例题2、下列不能作为植物组织培养的材料是：A、秋海棠的叶B、马铃薯的块茎C、成熟的花粉D、木质部中的导管细胞D二、植物体细胞杂交技术：因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？“Potamato”植物体细胞杂交技术1、过程：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？融合完成的标志植物细胞B①、去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）②、原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电激等化学法：聚乙二醇（PEG）③、细胞融合的基础：细胞膜的流动性2、植物体细胞杂交技术分析④、细胞融合的标志：形成新的细胞壁⑦、植物体细胞杂交的基础：细胞膜的流动性、细胞全能性细胞核物质的融合⑥、细胞融合的实质：原生质体间的融合⑤、细胞融合的关键：⑧、杂交细胞是如何发育成一个新的植物体：植物组织培养利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合二、植物体细胞杂交技术：例题3.不能人工诱导原生质体融合的方法是：A、振动C、PEG试剂、B、电刺激、D、重压2、概念：将不同种的植物体细胞，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。3、优势：（与有性杂交方法比较）克服了不同种生物远缘杂交不亲和的障碍，打破生殖隔离二、植物体细胞杂交技术：4、未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良5、意义：原生质体在一定条件下除了能实现诱导融合外，还能摄入DNA质粒、病毒、细菌、细胞器等外源物质，是细胞工程进行遗传操作、基因转移的良好材料。白菜甘蓝白菜－甘蓝“白菜－甘蓝”同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。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？主要原因是：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，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。二、植物体细胞杂交技术：思考与探究自然界中有一种含有叶绿体的原生动物──眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。思考与探究二、植物体细胞杂交技术：•例题4：絮凝性细菌分泌的具有絮凝活性的高分子化合物，能与石油污水中的悬浮颗粒和有机物等形成絮状沉淀，起到净化污水的作用。为进一步提高对石油污水的净化效果，将絮凝性细菌和石油降解菌融合，构建目的菌株。其流程图如下。据图回答：（1）溶菌酶的作用是__________________。（2）PEG的作用是_____________________。（3）经处理后，在再生培养基是哪个，未融合的A、B难以生长。图中AB融合菌能生长和繁殖的原因是_____________________。（4）目的菌株的筛选：筛选既能分泌具有絮凝活性的化合物，又能在含有___________的培养基上生长的AB融合菌，选择效果最好的最为目的菌株。石油分解细胞壁诱导原生质体融合两亲本失活部位不同，融合后活性部位互补（5）为探究目的菌株不同发酵时间发酵液的絮凝效果，将目的菌株进行发酵培养，定时取发酵液，加入石油污水中：同时设置_______________________为对照组。经搅拌、静置各3分钟后，分别测定上层水样的石油浓度COD值（COD值越高表示有机物污染程度越高）,计算石油去除率和COD去除率，结果如下图。（6）目的菌的种群增长曲线是_____型。在40～44小时，发酵液对石油污水的净化效果最好，其原因是_________________________________________________________。此期间，目的菌及其产生的絮凝活性高分子化合物的含量高不加发酵液的石油污水S所采用技术的理论基础植物细胞工程通常采用的技术手段植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞的全能性小结比较植物组织培养植物体细胞杂交技术所属范畴原理步骤意义联系无性繁殖细胞全能性①脱分化②再分化保持优良性状繁殖速度快、大规模生产提高经济效益杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源杂交的障碍①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养膜流动性细胞全能性染色体变异、基因重组例题5：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位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同