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1专题二细胞工程细胞工程定义：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。根据操作对象的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。【植物细胞工程】原理：细胞的全能性1、全能性概念：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。2、具有全能性原因：生物体的任一细胞都含有包含本物种的全部遗传信息。3、在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整个体的潜能，但在生物的生长发育过程中，细胞并不表现全能性，而是分化成各种组织和器官。其原因是：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因进行了选择性表达，使细胞分化成不同的组织和器官4、表现出全能性的条件：脱离母体，适宜的营养物质等条件5、全能性表达的难易程度：受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞一、植物组织培养技术1、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。2、过程：离体的植物器官、组织或细胞脱分化愈伤组织再分化胚状体或丛芽―→试管苗⑴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转变成未分化细胞的过程。2⑵在植物中，一些分化的细胞，经过激素的诱导，可以脱分化为具有分生能力的薄壁组织，进而形成植物的愈伤组织。愈伤组织在一定的培养条件下，又可以再分化出幼根和芽，形成完整的小植株。3、用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、作物新品种的培养、细胞产物的工厂化生产。⑴人们形象地把用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术叫做植物的微型繁殖技术也叫快速繁殖技术。⑵植物分生区附近病毒极少，甚至无病毒，因此目前采用茎尖组织培养技术来脱除病毒，提高植物产量和品质。⑶人工种子就是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。特点：①后代无性状分离②不受气候、季节和地域的限制。⑷突变体产生的原因：在植物的组织培养过程中，由于培养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的影响而产生突变。⑸细胞产物的工厂化生产，其中细胞产物包括蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。例如人参皂甙，紫草和银杏的细胞产物都实现了工厂化生产。4、地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。★胡萝卜的组织培养1、原理：植物的根茎叶细胞一般都具有全能性，在一定的营养和激素等条件下，可以脱分化形成愈伤组织。将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上就可以诱导其再分化生成胚状体或丛芽，进而发育成完整的小植株。植物组织培养的全过程，证明了分化的植物细胞，仍具有形成完整植株所需要的全部基因。⑴固体培养基大多数都是由无机营养成分、有机营养成分、激素、琼脂四部分组成⑵一般情况下，细胞分裂素＞生长素，有利于芽的生成细胞分裂素＜生长素，有利于根的生成细胞分裂素和生长素比例适中，形成愈伤组织2、方法步骤：①．将胡萝卜根用自来水充分洗净，削去外皮，并切成段。用酒精棉球擦手消毒。②．在超净工作台(或接种箱)上将胡萝卜段用酒精溶液消毒30s后，立即用无菌水清洗2～3次，再用次氯酸钠溶液处理30min后，立即用无菌水清洗2～3次。③．用无菌的滤纸吸去胡萝卜段表面的水分。然后，在消毒瓷砖上，用无菌的解剖刀将胡萝卜段切成1cm厚的横切片，再选取有形成层的部位，切取1cm3左右的小块。④．将胡萝卜组织块接种到培养基上，用锡箔纸封盖瓶口，并用橡皮筋扎紧。然后，在培3养瓶上贴上标签，写明材料名称、接种日期和小组号。⑤．将接种后的胡萝卜组织块，放在23～26℃恒温避光条件下培养。4d后，检查培养材料的污染情况；14d后，观察愈伤组织的生长状况。然后，在恒温箱中继续避光培养。在培养过程中，注意定期观察和记录愈伤组织的生长情况。⑥．培养一段时间后，将生长良好的愈伤组织转接到分化培养基上，培养一段时间后，胡萝卜的愈伤组织就可以诱导出试管苗。然后将试管苗移栽到大田，培养成正常植株。3、注意事项⑴．外植体的选择与制备①选择外植体时，由于外植体的脱分化难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而有很大差异，因此，选择哪些作为外植体应该注意。一般来讲，烟草、胡萝卜，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对较易，而植物的茎、叶和成熟的老组织则较难。②制备外植体首先要消毒，其次要选取有形成层的部分，因形成层细胞易脱分化。⑵．植物组织培养注意的要点①培养基包括所有操作工具都应进行消毒和灭菌，谨防杂菌污染。②需在无菌条件下操作。③接种，继代培养的转移都应在接种箱内进行。⑶．对于植物组织培养来说，光照条件非常重要，包括光照强度、时间和波长。但在由高度分化的组织形成愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，而在分化形成试管苗的再生的过程中一定要有光照。诱导形成愈伤组织阶段的暗培养有利于细胞的脱分化产生愈伤组织，如果在光照条件下容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织。由愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗的过程中需要光照，原因是叶中叶绿素的合成需要光照条件。3、植物体细胞杂交技术概念：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。过程：离体的细胞果胶酶纤维素酶不同细胞原生质体人工诱导原生质体融合→杂种细胞→杂种植株。3．植物体细胞杂交步骤：(1)去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体，目前最常用的去细胞壁的方法是酶解法，也就是在温和条件下用纤维素酶、果胶酶去除植物细胞的细胞壁。保证了原生质体活性。(2)不同植物体细胞原生质体融合，必须通过物理法和化学法来诱导融合。物理方法有：离心、振动、电激等促使原生质体融合。化学法是用聚乙二醇(PEG)作为诱导剂来诱导融合。融合后4再生出细胞壁。(3)用植物组织培养方法进行培育，可得到杂种植株。在此过程中需要注意的问题有：①植物体细胞杂交过程中，植物细胞融合所依据的生物学原理是细胞膜的流动性；植物组织培养的理论基础是细胞的全能性。②体细胞融合成功以后，既有AB型杂种细胞，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所形成的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。③植物体细胞杂交技术两个关键点：去细胞壁，原生质体融合植物体细胞杂交完成的标志是新细胞壁的形成。④植物体细胞杂交过程仍以植物组织培养为前提，通过植物组织培养完成杂种植株的培育过程。⑤植物体细胞杂交的最大突破是克服远缘杂交不亲和的障碍，但是目前仍有许多理论和技术问题没有解决，离推广应用仍有一定距离。