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专题二细胞工程学习目标1.明确细胞工程的概念2.细胞工程的分类、植物细胞工程的主要内容3.植物组织培养技术的基本操作、原理、条件4.植物体细胞杂交技术的基本操作、原理细胞工程的概念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整体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。蛋白质工程是水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞分子思考:分子细胞工程的分类细胞工程植物细胞工程动物细胞工程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生物体的潜能。生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。1、定义：2、基础：3、体内细胞未表现全能性的原因：基因选择性表达的结果一、植物细胞工程的理论基础---细胞全能性1）离体条件（为什么要离体？P34）2）无菌3）适宜的外界环境条件（适宜的温度、湿度、光照等）4）培养基（一定的营养物质，激素）4、全能性表达的条件（植物组织培养的条件）：5、全能性的高低：①受精卵生殖细胞（精、卵）体细胞②植物体细胞动物体细胞③分化程度低的细胞分化程度高的细胞④分裂能力强的细胞分裂能力弱的细胞有关细胞全能性的叙述，不正确的是（）A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此其全能性最高B.生物体内细胞由于进行分化，全能性不能表达C.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D.在一定条件下，植物细胞离体培养能表现出全能性即时应用C⑤胚胎干细胞其他干细胞体细胞二、植物组织培养3、理论基础：植物细胞的全能性1、植物组织培养的概念在无菌和人工控制的条件下,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。2.条件：⑴离体⑵无菌⑶人工控制一定的营养物质和激素（生长素、细胞分裂素）（4）适宜的条件（无菌、适宜的温度、pH、光照等）、二、植物组织培养下列属于植物组织培养的是（）A.花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成植株即时应用A3.植物组织培养的过程胡萝卜外植体单个细胞愈伤组织脱分化胚状体再分化试管植物离体的植物器官、组织或细胞脱分化（又叫去分化）P33愈伤组织再分化（P33）胚状体、根或芽等器官植物体（试管苗）（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体A、脱分化B、再分化植物激素：细胞分裂素、生长素植物组织培养过程1、A过程进行有丝分裂2、B过程进行有丝分裂同时也进行分化3、A不需光照，而B需光照，叶绿素的合成需光照生长素∕细胞分裂素＞1，有利于根的形成；生长素∕细胞分裂素＜1，有利于芽的形成；生长素∕细胞分裂素=1，促进愈伤组织的生长。植物激素在植物组织培养中的作用：组织培养的实例：胡萝卜的组织培养3.概括植物组织培养技术的流程简图制备外植体接种脱分化培养再分化培养试管苗正常植株转接移栽形成层容易诱导产生愈伤组织，其它部分也可以但诱导愈伤组织蕉困难。2.在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层部分，原因是什么？胡萝卜的其他部分是否也能培育成小植株？1.为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？杂菌和培养物争夺营养、以及杂菌生长过程中产生大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。试管苗大规模培养人工种子结构：人工薄膜+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）优点：不受气候、季节、地域的限制保留优良性状时间短，占地少技术：组织培养原理：细胞全能性×二、植物体细胞杂交1概念：不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，杂种细胞发育成新的植物体的方法2理论基础：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性3过程：植物细胞A植物细胞B植物细胞A植物细胞B去壁(酶解法:纤维素酶和果胶酶)去壁原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分原生质体A原生质体B原生质体B诱导融合原生质体A诱导融合：物理法（离心、振动、电激）化学法（PEG,聚乙二醇）融合的原生质体融合的原生质体物化法再生壁杂种细胞脱分化愈伤组织脱分化再生壁再分化杂种植株再分化（无性生殖）（植物体细胞杂交）（植物组织培养）4变异类型：染色体数目的变异(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交过程示意图5意义：克服了远源杂交不亲和性的障碍6未解决的问题：还不能让杂种植物按照人们的要求表现出亲代性状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B回顾、植物体细胞杂交基本过程酶解法（纤维素酶、果胶酶等）物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）白菜甘蓝白菜－甘蓝即时应用1、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是()A．利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株B．利用花药离体培养得到单倍体植株C．利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株D．利用细胞工程培养“番茄—马铃薯”杂种植株A异想天开1、细胞全能性的概念、全能性大小的比较2、植物组织培养的概念、原理、过程。3、植物组织培养实验所需的条件：离体、无菌、培养基、环境条件。4、植物体细胞杂交的概念、原理、过程。本节内容小结1．(2011·连云港模拟)植物组织培养的过程可以归纳为：①――→脱分化②――→再分化③―→④。对此叙述有错误的是()A．②→③的再分化过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的生成B．植物组织培养所依据的原理是细胞的全能性C．③→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段D．②包裹上人造种皮可获得人工种子【解析】只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而②是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子。【答案】D2．(2011·苏北四市调研)下图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成白菜—甘蓝杂种植株的示意图。请据此回答：(1)图中①过程用到的酶是________，作用的结果是获得________。(2)在②过程中，常用的化学诱导剂是________，若在容器中放置若干a、b，诱导完成且假设所有细胞发生了融合(只考虑细胞两两融合)，然后经③过程，形成的d细胞的类型有________种，从中选出________进行培养。(3)图中④过程是________，④⑤过程合称________技术。【答案】(1)纤维素酶和果胶酶(具有活力)原生质体(2)聚乙二醇(PEG)3杂种细胞(3)脱分化植物组织培养(2011·扬州模拟)如图为植物体细胞杂交流程图，请回答下列问题：(1)制备原生质体时，常用的酶是____________________。(2)诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是____________。(3)杂种细胞再生出细胞壁，此过程与细胞内________(细胞器)有密切关系。在对杂种细胞进行植物组织培养时，通常还需要加入的两种植物激素是________________。通过该技术得到的杂种植株在形态上表现为_____________________，其根本原因是___________________________。(4)通常情况下，马铃薯和番茄杂交是不成功的，原因是____________。该项研究解决了育种过程________________的问题。(5)通过细胞工程获得的杂种植株是否可育，为什么？________________________________________________。6)若马铃薯是四倍体，番茄是二倍体，则杂种植株是____________倍体。纤维素酶、果胶酶PEG(聚乙二醇)高尔基体细胞分裂素和生长素同时具有两个亲本的特性具有双亲细胞的全部遗传物质存在生殖隔离远缘杂交不亲和可育，因为马铃薯和番茄这两种植物各自都是可育的，杂种植株也可正常进行减数分裂，产生配子并能受精形成种子六(2011·泰州模拟)我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。下图是细胞培养形成兰花植株示意图，请据图分析回答：(1)过程③和④分别表示__________和__________。(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入________________。同时，在培养过程中，除必需的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证________。(3)从育种的角度看，植物组织培养与有性生殖相比，优势主要有(列举2条)：________________________________________________________。(4)植物组织培养的过程中，可以对__________进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品种。(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒经组织培养形成植株，这种育种方法称为____________，其优点是________________。脱分化再分化植物激素无菌能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株愈伤组织单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种【答案】(1)脱分化再分化(2)植物激素(或植物激素类似物)无菌(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株(4)愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种(1)微型繁殖，实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养，因此该过程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。(2)微型繁殖具有选材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理等优点，有利于进行工厂化培养。(3)作物脱毒，人工种子中的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽的获得采用的技术还是微型繁殖。