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专题2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的基本技术和理论基础植物细胞工程的理论基础是：植物细胞的全能性植物细胞工程常用的技术是植物组织培养植物体细胞杂交1、定义：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。2、原理：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。3、差异：（1）受精卵的全能性最高4、潜在全能性的原因：基因表达的选择性（2）受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。一、细胞的全能性植物组织培养的概念植物组织培养就是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。植物组织培养的过程离体的植物器官、组织或细胞脱分化（又叫去分化,由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。)愈伤组织（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）再分化根或芽等器官植物体植物组织培养的条件：适宜的养料和激素，适宜的温度和无菌条件脱分化产生的愈伤组织继续进行培养又可以重新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。相关问题1、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？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？3、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？【实验胡萝卜的组织培养】在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。可以让学生参考利用胡萝卜根进行组织培养的实验，尝试设计出利用胡萝卜的茎、叶、花进行组织培养的实验流程。1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？3、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？细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。想一想胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。切取形成层无菌接种诱导愈伤组织的形成试管苗的形成培养室移栽脱分化再分化植物体细胞杂交的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。（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）相关问题（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？（2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？（3）为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？（4）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？（5）如何将杂种细胞培育成杂种植株？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二、植物体细胞杂交过程纤维素酶、果胶酶等物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇等试剂问题为什么“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。问题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。异想天开植物细胞工程的实际应用繁殖植物的新途径微型育种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（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）一植物繁殖的新途径1.概念:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术2.优点:3.成就:1）保持优良品种的遗传特性2）高效快速地实现种苗的大量繁殖（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）一植物繁殖的新途径讨论P38利用了植物“微型”繁殖技术的：1）保持优良品种的遗传特性2）高效快速地实现种苗的大量繁殖在短时间中获得大量的优质种苗一植物繁殖的新途径（二）作物脱毒1.作物脱毒的原因:2.作物脱毒的材料:3.作物脱毒的方法:4.作物脱毒的结果: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，品质变差分生区（如茎尖）的细胞进行组织培养获得脱毒苗5.成就:（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径1.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（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径2.人工种子胚状体（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径通过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。（1）人工种子概念（2）人工种子组成胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径诱导植物愈伤组织↓体细胞胚的诱导↓体细胞胚的成熟↓体细胞胚的机械化包裹↓贮藏或种植思考设计人工种子制备技术的主要流程图（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径讨论P40①培植周期短②后代无性状分离③不受气候,季节和地域限制④可以很方便地贮藏和运输加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌、植物生长调节剂等1）优点：2）人工种皮的有效成分（一）单倍体育种二作物新品种的培育体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体1.单倍体定义：2.单倍体形成：3.单倍体植株的特点：由配子不经过受精作用而直接发育成的个体。例：蜜蜂中的雄蜂长得弱小，而且高度不育（一）单倍体育种二作物新品种的培育4.回顾单倍体育种的一般过程并设计出一种通过植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。花粉细胞培养脱分化愈伤组织分化出小植物再分化移栽花药接种单倍体植株正常植株染色体加倍单倍体育种的原理:染色体（数目）变异技术：组织培养获得单倍体；秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍单倍体育种的优点：后代都是纯合子，明显缩短育种年限（二）突变体的利用二作物新品种的培育植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变1.产生：筛选对人们有利突变体,进而培育新品种2.利用：蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等1.细胞产物种类：三细胞产物的工厂化生产植物的组织培养2.技术：3.成就：细胞产物的工厂化生产红豆杉与紫杉醇人参皂甘的生产例1：03江苏用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是A.该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的B.该愈伤组织的细胞没有全能性C.该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成D.该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构典例精析例2：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1）步骤①是__________________________________________最常用的方法是_________.2）步骤②一般常用的化学试剂是______________目的是___________________.3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是___________，其中步骤④相当于_____，步骤⑤相当于_____去掉细胞壁分离出有活力的原生质体酶解法聚乙二醇（PEG）诱导原生质体融合植物组织培养脱分化再分化例2：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使____________能够在新的植物体上有所表现，其根本原因:5）从理论上讲，杂种植株的育性_____。若运用传统有性杂交方法能否实现？_____。并说明理由：因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于：.两个亲本的遗传性状杂种植株获得了双亲的遗传物质可育不能因为不同种生物之间存在生殖隔离克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围1、植物的微型繁殖技术是指（）A．植物体细胞杂交技术B．嫁接C．营养繁殖D．植物组织培养2、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是（）A．彼此性状相似B．变异频率较高C．单倍体D．都是纯合子课堂演练3．用植物组织培养技术，可以培养或生产（）A．食品添加剂B．无病毒植物C.人工种子D．前三项都是4．下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是（）A．花药离体培养得到单倍体植株B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株C．人工种子的培育D．“番茄——马铃薯”杂种植株的培育过程5、马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（）A．选择优良品种进行杂交B．进行远缘植物体细胞杂交C．利有芽尖进行组织培养D．人工诱导基因突变6.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（）A.有丝分裂B.分化C.减数分裂D.全能性7.基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得___________________________等营养物质。（2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有___________和________________两类激素。水、无机盐、维生素和小分子有机物细胞分裂素植物生长素（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是_____________能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。（4）试管苗的细胞核中含_____条脱氧核糖核苷酸链。（5）培育成的试管苗可能出现的基因型有_____________。叶绿体24AB、aB、Ab、ab