1、 专题2 细胞工程 细胞工程细胞工程 指应用细胞生物学和分子生物学的原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。品的一门综合科学技术。应用的原理和方法应用的原理和方法 研究的水平研究的水平 研究的目的研究的目的 细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学 细胞整体水平或细胞整体水平或细胞器水平细胞器水平 按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质变细胞内的
2、遗传物质或获得细胞产品或获得细胞产品 前者前者是是细细胞水平或胞水平或细细胞器水平上生物技胞器水平上生物技术术,后者后者是分子水平上的生物技是分子水平上的生物技术术。克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 水平上的技术，水平上的技术，培育抗虫棉是培育抗虫棉是 水平上的技术。水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞工程与基因工程相比：细胞细胞 分子分子 思考思考:根据细胞类型的不同，可以把细根据细胞类型的不同，可以把细胞工程分为胞工程分为植物细胞工程植物细胞工程和和动物细动物细胞工程胞工程两大类两大类。细胞工程分类：细胞工程分类：通常采用的技术手段有通常采用的技术手段有哪些？哪些？植物细胞工程的理论
3、植物细胞工程的理论基础是什么？基础是什么？植物细胞工程 通常采用的技 术 手 段 植物组织培养植物组织培养 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 植物细胞的全能性植物细胞的全能性 所采用技术的理论基础 1.概念概念:：生物体的细胞具有使后代细胞形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。成完整个体的潜能的特性。2.原因：原因：生物体的每一个细胞都包含有该物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，育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个从理论上讲，生物体的每一个活细活细胞胞都应该具有全能性。都应
4、该具有全能性。一一 植物细胞的全能性植物细胞的全能性 2、原理：、原理：3 3、差异：、差异：（1 1）受精卵的全能性最高受精卵的全能性最高 （2 2）受精卵分化后的细胞中，体受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的细胞的全能性比生殖细胞的低。低。4、大小、大小 4.4.全能性高低：全能性高低：受精卵生殖细胞体细胞 植物细胞动物细胞 1.下列植物细胞全能性最高的是（下列植物细胞全能性最高的是（）A.形成层细胞形成层细胞 B.韧皮部细胞韧皮部细胞 C.木质部细胞木质部细胞 D.叶肉细胞叶肉细胞 2下列细胞全能性最高的是（下列细胞全能性最高的是（）A植物的卵细胞植物的卵细胞 B植物的精子细
5、胞植物的精子细胞 C被子植物的受精卵被子植物的受精卵 D被子植物的的叶肉细胞被子植物的的叶肉细胞 A C 思考讨论：为什么体内细胞没有表现出思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？全能性，而是分化成为不同的组织、器官？基因在特定空间和时间条件下选择性基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在表达的结果。在个体发育个体发育的不同时期，的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。不同的组织和器官。5.5.细胞表现出全能性的条件细胞表现
6、出全能性的条件 体外体外:在一定条件下表达在一定条件下表达 离体（细胞、组织或器官）、一定的营离体（细胞、组织或器官）、一定的营养物质、激素和其他外界条件养物质、激素和其他外界条件 3 3、有关全能性的表述中，不正确的是（、有关全能性的表述中，不正确的是（）受精卵在自然条件下能使后代细胞形成受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高完整个体，因此全能性最高 生物体内细胞由于分化全能性不能表达生物体内细胞由于分化全能性不能表达 卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能性很高能性很高 植物细胞离体培养在一定条件下能表现植物细胞离体培养在一定条件下能表现
7、出全能性出全能性 C 趁热打铁：趁热打铁：4.下列有关细胞全能性的含义，正确的是：下列有关细胞全能性的含义，正确的是：A A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能 B B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能功能 C C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能的潜能 D D、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程生长、衰老、死亡的全过程 C 5.在生物体内，细胞没有表现出全能性，而在生
8、物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为：是分化为不同的组织、器官，是因为：A A、细胞丧失了全能性、细胞丧失了全能性 B B、基因的表达有选择性、基因的表达有选择性 C C、不同的细胞内基因不完全相同、不同的细胞内基因不完全相同 D D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生生 了变化了变化 B 要把一块组织通过培养得到一株完整植株,应该如何操作呢?生姜是药食两用的经济作物，具有生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生近年在各地发展很快。但是生姜
9、在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产缩，生长缓慢，一般减产30%30%50%50%。设计无病毒生姜幼苗的培育方案设计无病毒生姜幼苗的培育方案 请你设请你设计计 请你设计请你设计 植物组织培养就是在无菌和人工控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、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。织、丛芽，
10、最终形成完整的植株。二、植物组织培养二、植物组织培养 1、概念、概念 离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织愈伤组织 根、芽根、芽 植物体植物体 外植体外植体 脱分化脱分化 植物激素：植物激素：细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素 再分化再分化 2、过程、过程 植物组织培养条件植物组织培养条件：含有全部营养成分的含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的气、无菌环境、适合的PHPH、适时光照等。适时光照等。脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可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，这个过程叫做以重新分化成
11、根或芽等器官，这个过程叫做再分化。再分化。外植体：外植体：愈伤组织：愈伤组织：脱分化（去分化）：脱分化（去分化）：再分化：再分化：用于离体培养的植物器官或组织片段。用于离体培养的植物器官或组织片段。离体的植物器官、组织或细胞，在培养离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间以后，会通过细胞分裂，形了一段时间以后，会通过细胞分裂，形成一团细胞而形成的组织叫愈伤组织。成一团细胞而形成的组织叫愈伤组织。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。薄壁细胞。由高度分化的植物器官、组织或由高度分化的植物器官、
12、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。植物细胞的脱分化。植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基 定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质长的基质 无机营养成分：无机营养成分：C C，H H，O O大量元素及部分微量大量元素及部分微量元素元素 有机营养成分有机营养成分 含含N N物质：包括维生素和氨基酸物质：包括维生素和氨基酸 碳源：碳源：2%2%5%5%的蔗糖的蔗糖 琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PHPH值：值：5.05.06
13、.06.0 (1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？械的灭菌和实验人员的无菌操作？培养基一旦被污染，迅速生长的各种培养基一旦被污染，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。害的物质，导致培养物迅速死亡。(2)(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切在本实验中，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取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。
14、请思考一下，胡萝卜的其他部分成愈伤组织。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，（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？你能用实验的方法进行验证吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。诱导愈伤组织比较困难。(3)(3)请根据上面的实验过程，请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的概括出植物组织培养技术的流程简图。流程简图。植物材料消毒植物材料消毒 接种到接种到诱导培养基诱导培养基 诱导出愈伤组织诱导出愈伤组织 可直接诱导分化可直
15、接诱导分化 愈伤组织接种到愈伤组织接种到分化培养基分化培养基 分化出幼苗分化出幼苗 接种到接种到生根培养基生根培养基 完整植株完整植株 移栽到大田移栽到大田 愈伤组织转接愈伤组织转接到到继代培养基继代培养基 得到大量的得到大量的愈伤组织愈伤组织 继代培养基继代培养基:更换新鲜的更换新鲜的培养基来繁殖同种类型的培养基来繁殖同种类型的材料材料 试 管 苗 大 规 模 培 养 外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 新植株新植株 切取切取 形成层形成层 无菌无菌接种接种 诱导愈伤组织诱导愈伤组织 的形成的形成 试管苗的形成试管苗的形成 培养室培养室 移栽移栽 脱分化脱分化 再分化再分化 非洲紫罗兰的组织培养
16、非洲紫罗兰的组织培养：1、为什么诱导愈伤组织的过程中应避、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？光培养？在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。能力提高能力提高 2、决定植物脱分化、再分化的关键因、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？素是什么？植物激素 番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。经常食用的蔬菜。人们曾经有这样一个梦想：让一株植株地人们曾经有这样一个梦想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个梦想上部分结番茄，地下部分长土豆。这个梦想可能实现吗？可能实现吗？二二 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 1 1、定义：、定义：用两个来自不同植物的体细胞融用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。胞培育成新的植物体的方法。2 2、优势：、优势：（与有性杂交与有性杂交方法比较）方法比较）打破了不同种生物间的生殖隔打破了不同种生物间的生殖隔离限制离限制，大大扩展了可用于杂，大大扩