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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 经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤 中。 人们曾经有这样一个幻想:让一株植株 地上部分结番茄,地下部分长土豆。这个幻 想可能实现吗?

细胞工程
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 概念

细胞生物学和 分子生物学

研究的水平
研究的目的

细 胞 工 程 分类

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

植物细胞工程 理论基础 细胞的 全能性 动物细胞工程

主 要 技 术

植物 细胞 工程 技术 动物 细胞 工程 技术

植物体细胞杂交 植物组织培养 动物细胞融合 动物细胞培养 单克隆抗体技术

核移植
胚胎移植

异种 植物 细胞
植物体细 胞杂交

异种 动物 细胞
动物细 胞融合

体细 胞细 胞核

去核 卵细 体外 受精 胞
核移植

重组细胞

受精卵

杂种细胞
植物组 织培养
动物细 胞培养

早期胚胎
胚胎移植

转基因 植物

动物细 胞群

克隆动物 试管婴儿

植 物 细 胞 工 程

所采用技术 的理论基础

植物细胞的全能性

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 (一) 细胞的全能性
生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个 1、定义: 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
(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。

4、大小 受精卵 > 生殖细胞 > 体细胞

5.细胞表现出全能性的条件
? 离体状态 ? 有一定营养物质、激素和其他外界条件 例一:非洲爪蟾实验 突变型蝌蚪肠上皮细胞 取出细胞核 (含有一个核仁) 移入 野生型未受精卵细胞 紫外线破坏细胞核 无核的未受精卵

“重组细胞” 发育 发育 发育 囊胚 囊胚 蝌蚪 成蛙(细胞核含一个核仁) 已经分化的动物细胞可以发育成为一个动物体

例二:

蜜蜂(2N=32)

减数分裂
卵细胞(N=16) 发育 雄蜂(N=16)

卵细胞可以直接发育成为一个新个体

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?
基因在特定空间和时间条件下选择性表达 的结果。在个体发育的不同时期,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,从而形成了不同的组织和器官。

5、例题辨析:

下列有关细胞全能性的含义,正确的是:
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

Schwann在1839 年明确的指出:“如果具 有与有机体内一样的条件时,每个细胞应该可 以独立生活和发展”。

德国著名植物学家G.Haberlandt在细胞学 说的基础上于1902年提出了细胞全能性学说。 他认为,高等植物的组织、器官可以不断分割, 直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一 样的性质和能力,那么,可以通过植物细胞培 养使单个细胞发育成为一个新个体。

植物组织培养的发展简史
? ① 探索阶段(19世纪初-30年代中) 德国植物生理学家HaHerlandt首次进行了植物细胞 培养实验 ② 奠基阶段(30-50年代) 1934年,White培养番茄离体根尖成功 1939年,Gautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成 功 White:烟草种间杂种的瘤组织进行组培 Nobecourt:胡萝卜进行组培 以上三人是植物组织培养的奠基人 ? ③ 迅速发展阶段(60年代后) ? 原生质体,花药,快繁技术迅速发展

植物组织培养的发展简史
1958年Steward和Reinert用胡萝卜根的 愈伤组织诱导成了体细胞胚,并进而获得了 完整植株。 科学研究表明,处于离体状态的植物活 细胞,在一定的营养物质、激素和其他外界条 件的作用下,就可能表现出全能性,发育成完 整的植株。人工条件下实现的这一过程,就是 植物组织培养。

植物组织培养
必要条件: 细胞离体、一定的营养物质、
激素和其他外界条件

关键词:
外植体、脱分化、再分化、愈伤组织

植物组织培养
? 外植体:从活植物体上切下进行培养的那部分 组织或器官 ? 1)外植体灭菌消毒(根尖、茎、芽、嫩叶、 种子、花粉等) ? 2)用消毒过的器械将外植体置于培养皿上 ? 3)切取所需的外植体 ? 4)将外植体接种于培养容器的培养基上 ? 整个试验在超净工作台上进行,保持无菌! ? 外植体经过一段时间在培养基上生长后,会形 成愈伤组织

植物组织培养的培养基
? 定义:含有一定营养成分,供组织培养植物生长的 基质 ? 无机营养成分:C,H,O大量元素及部分微量元素 ? 有机营养成分 ① 含N物质:包括维生素和氨基酸 ② 碳源:2%—5%的蔗糖 ③ 琼脂:起支持作用 ④ 生长激素:生长素,细胞分裂素和赤霉素 ? PH值:5.0-6.0

试 管 苗 大 规 模 培 养

植物组织培养
离体的植物器官、组织或细胞 过程 脱分化

外植体

愈伤组织
再分化 根、芽

植物激素: 细胞分裂素、生长素

植物组织培养条件:
含有全部营养成分的 培养基、一定的温度、空 气、无菌环境、适合的PH、 适时光照等。

植物体

1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间 原生质体的融合,获得了第一个体细胞杂种。 1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得 了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种—— “Potamato”。

目前,已得到栽培烟草与野生烟草、栽培 大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、 小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代,获得了有 价值的新品系或育种上有用的新材料。

(三) 植物体细胞杂交 植物体细胞杂交
1、定义:
用两个来自不同植物的体细胞融合成 一个杂种细胞,且把杂种细胞培育成 新的植物体的方法。

2、优势: 打破了不同种生物间的生殖隔离限制,
(与有性杂交大大扩展了可用于杂交的亲本组合范 方法比较) 围。

植物体细胞杂交过程示意图
植 物 细 胞 原 生 质 体 原 生 质 体 融 合 再 生 细 胞 壁 愈 伤 组 织 杂 种 植 株

去壁

等量 去壁

杂 种 细 去 胞 分 化

再 分 化

纤维素酶 果胶酶

离心、 筛 激素 振动、 电刺激、 选

激素

聚乙二 醇

植物体细胞杂交 过程示意图
植物A细胞 去壁 植物B细胞 杂种植株 原生质体B 愈伤组织 细胞分裂 杂种细胞 原生质体A
原生质体融合

融合体 再生壁

去壁的常用方法: 酶解法(纤维素酶、果胶酶等) 原生质体融合方法:
物理法:离心、振动、电刺激等 化学法:聚乙二醇(PEG)

制备原生质体:酶解法去掉细胞壁
诱导融会

新的原生质体
生出细胞壁

杂种细胞
组织培养

杂种植株
意义:克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种

几个概念:
? 愈伤组织:离体的植物器官、 组织或细胞,在培养一段时 间以后,通过细胞分裂,形 成一种高度液泡化、无定形 状态薄壁细胞组成的排列疏 松无规则的组织。

? 植物细胞的脱分化:由高度分化的植物
器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程, 又称去分化。

? 植物细胞的再分化:脱分化产生的愈伤
组织在培养过程中重新分化根或芽等器

官的过程。

植物体细胞杂交尚未解决的问题有:
A、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体 B、将杂种细胞培育成植株 C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性 D、尚未培育出属间杂种植物

不能人工诱导原生质体融合的方法是:
A、振动 B、电刺激、

C、PEG试剂、

D、重压

在生物体内,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:
A、细胞丧失了全能性 B、基因的表达有选择性 C、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期,细胞内的基因发生 了变化

植物组织培养形成的愈伤组织进行培养, 又可以分化形成根、芽等器官,这一过程称为:
A、脱分化 C、再分化 B、去分化 D、脱分化或去分化

下列不能作为植物组织培养的材料是:
A、秋海棠的叶 C、成熟的花粉 B、马铃薯的块茎 D、木质部中的导管细胞

1、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组 织而处于离体状态时,下列有可能使其表现出全 能性,发育成完整的植株的是( ) A、细胞分裂素 B、生长素 C、一定的营养物质 D、以上三者均是 2、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术 不属于细胞工程( ) A、有性杂交 B、体细胞杂交 C、组织培养 D、细胞核移植
3、在生物体的所有细胞中,全能性最高的是 A、卵细胞 B、植物花粉 C、体细胞 D、受精卵

4、在生物体内 ,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( ) A、细胞丧失了全能性 B、基因的表达有选择性 C、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期,细胞内的基因发生了 变化 5、植物体细胞杂交尚未解决的问题是( ) A、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体 B、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良 性状 C、将杂种细胞培育成植株 D、尚未培育出属间杂种植物

6、用植物组织培养技术,可以培育或生产出 A、食品添加剂 B、无病毒植物 C、人工种子 D、A、B、C均是 7、不能人工诱导原生质体融合的方法是( ) A、振动 B、电剌激 C、PEG试剂 D、重压 8、能剌激愈伤组织形成的激素是 ( ) A、细胞分裂素 B、赤霉素 C、生长素和赤霉素 D、细胞分裂素和乙烯

一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖

(1)微型繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物 组织培养技术.
(2)特点: 保持优良品种的遗传特性; 高效快速地实现种苗的大量繁殖.

2.作物脱毒 (1)材料:无病毒的茎尖 (2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得

3.神奇的人工种子
(1)特点:

后代无形状分离
不受气候,季节和地域限制 (2)技术:植物组织培养. (3)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.

二、作物新品种的培育
1.单倍体育种 (1)方法:花药的离体培养

(2)优点:
后代稳定遗传,都是纯合体;

明显缩短育种年限.

2.突变体的利用
(1)产生:植物组织培养

(2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种

三、细胞产物的工厂化生产
1.种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.

2.技术:植物的组织培养.


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