怎样把植物的一个花瓣细胞培 养成完整的植株呢？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。什么叫细胞工程？应用的原理：细胞生物学和分子生物学细胞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分类植物细胞工程动物细胞工程概念解读研究的水平：研究的目的：植物细胞工程的基本技术植物组织培养技术植物体细胞杂交技术切取植物的组织或细胞（外植体）植物组织培养技术植物组织培养过程无菌接种形成愈伤组织愈伤组织：在人 工培养基上由外 植体长出来的一 团无序生长的薄 壁细胞（细胞排 列疏松、无规则 ）。试管苗的形成试管苗大规模培养移栽大田移栽切取 形成层无菌 接种诱导愈伤组织 的形成试管苗的形成扩大培养大田移栽脱分化再分化(1)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？防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和 培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有 害的物质，导致培养物迅速死亡。(2)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。(3)请根据上面的实验过程，概括出植物组 织培养技术的流程简图。植物材料植物材料 （消毒）（消毒）脱分化脱分化（无菌接种、诱导）（无菌接种、诱导）愈伤组织愈伤组织再分化再分化试管苗试管苗移栽到大田移栽到大田, ,培培 养成正常植株养成正常植株强调几个概念：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、由薄 壁细胞组成的、排列疏松、无固定形 态的、不规则的组织。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。脱分化的实质和结果分别是什么？实质是恢复细胞的全能性 结果是形成愈伤组织再分化：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探究：1、为什么已分化的植物组织或细胞能 培养成完整植物体？植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性2、什么是细胞的全能性？具有某种生物全部遗传信息的任何一个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，细胞，都具有发育成完整生物体的潜能， 也就是说，每个生物细胞都具有全能性的也就是说，每个生物细胞都具有全能性的 特点特点 。在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表 达的结果。生物体的每一个细胞都含生物体的每一个细胞都含有有本物种的全套遗本物种的全套遗 传物质，都有发育成完整个体的全套基因。传物质，都有发育成完整个体的全套基因。 4 4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性， 而是分化成不同的组织器官？而是分化成不同的组织器官？3 3、已分化的细胞为什么具有发育成完整个、已分化的细胞为什么具有发育成完整个 体的潜能？体的潜能？5、全能性大小有何规律 （1） 受精卵的全能性最高 受精卵生殖细胞体细胞（2）植物细胞动物细胞 （3）（4）分化程度低的细胞分化程度高的细胞7、克隆羊“多利”的诞生说明了什么？动物细胞的全能性很低，但动物细胞核 中含有保持物种遗传性所需的全套基因，并 没有因为细胞分化而丢失基因，高度分化的 细胞的细胞核仍具有全能性。6.细胞表现全能性的条件有哪些？ 离体、提供营养物质、激素及其它适宜条 件（无菌培养、温度、水分、PH）。1、有关全能性的表述中，不正确的（ ）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，全能性很高在一定条件下,植物细胞离体培养能表现出全能性C趁热打铁：2、离体的器官、组织或细胞，如果不进行脱 分化处理能否培养成完整的植物体？不能，因为不进行脱分化处理就不能 形成愈伤组织外植体愈伤组织根、芽植物体脱分化再分化一、植物组织培养（离体的组 织或细胞）（未分化）（分化）幼芽或幼根？条件？优点？特点？繁殖速度快 不受季节限制 工厂化生产 幼苗无毒 保持优良性状适宜温度、光照 、 pH和无菌环境 。 无机物、有机物 和植物激素（生长 素，细胞分裂素等 ）无定形状态 薄壁细胞 高度液泡化 排列疏松、无规则 无叶绿体,不进行光合作用分化程度低 去分化较易反馈练习1.下列属于组织培养的是：（ ） 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.未受精的卵发育成雄蜂A2.在离体的植物器官、组织或细胞脱 分化形成愈伤组织的过程中，下列 哪一项条件是不需要的（ ） A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素C3、若用“ ”表示植物组织培养的过程。请回答：（1） 表示 ，能被培养成为的根本原因是（2） 表示 ， 脱分化再分化离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性愈伤组织愈伤组织由于不同种生物之间存 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。二、植物体细胞杂交技术这幅番茄马铃薯图利 用传统有性杂交方法能实 现吗？为什么？理想图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 “马铃薯番茄”。 目前，已培育得到白菜甘蓝等大量 农作物新品种白菜白菜甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝“ “白菜甘蓝白菜甘蓝” ”同普通白菜相比，具有生长同普通白菜相比，具有生长 期短、耐热性强和易于贮藏等优点。期短、耐热性强和易于贮藏等优点。1你认为两个来自不 同植物的体细胞完成 融合，遇到的第一个 障碍是什么？ 2有没有一种温和的 去壁方法呢？ 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 的原生质体发生了融 合，下一步该做何处 理？ 5如何将杂种细胞培 育成杂种植株？请思考：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1、过程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？植物细胞B二、植物体细胞杂交技术(1)(1)(2)(3)(4)(5)过程示意图2 2、概念、概念将不同种的植物体细胞，在一定条件下融将不同种的植物体细胞，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合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植 物体的技术。物体的技术。3 3、意义、意义在克服不同在克服不同种种生物远缘杂交的障碍上，取生物远缘杂交的障碍上，取 得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的 亲本组合。亲本组合。4.4.未能解决的问题未能解决的问题未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲 代的优良性状。代的优良性状。1.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，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，所以杂 交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。问题讨论2.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。比较比较植物组织培养植物体细胞杂交技术所属 范畴原理步骤意义联系无性繁殖细胞全能性脱分化 再分化保持优良性状 繁殖速度快、大规模生产 提高经济效益杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源杂交 的障碍去除细胞壁 融合形成杂种细胞 组织培养膜流动性 细胞全能性染色体变异、基因重组一、植物繁殖新途径 、微型繁殖技术概念:是快速高效实现种苗繁植培育优良 植物品种的植物组织培养技术特点 繁殖速度快； 因为是无性繁殖，能保持优良品种的遗传 特性 不受自然生长季节的限制，易于工业化生 产。 应用快速、大量繁殖名贵花卉或经济作物设计无毒生姜幼 苗的培育方案案例2、 作物脱毒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，而植物的分生 区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织 培养，就能得到大量的脱毒苗。 作物脱毒材料:分生区的细胞 作物脱毒方法:进行组织培养 结果:脱毒苗脱毒草莓普通草莓实际问题微型繁殖试管苗的大量贮藏和运输相 当困难；天然种子由于在遗传上具有因减 数分裂引起的重组现象，因而会造成某些 遗传性状的改变；天然种子在生产上受季 节等自然环境条件限制，一般每年只繁殖1 2次，有些甚至十几年才繁殖一次。能否找到天然种子的替代品？种 子 的 结 构胚种皮胚乳3 3、人工种子、人工种子通过植物组织培养的方法 获得的胚状体（包括不定芽、 顶芽和腋芽等材料），外面包 被着人工薄膜，在适宜的条件 下可以发芽成幼苗。 技术：组织培养 特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗 优点：后代无性状分离，保持优良特性不受季节、气候和地域 的限制生产周期短，易于储藏和运输发芽率高、发芽整齐用途：解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖 困难等问题人工胚乳是保证包裹在其中的胚状体顺利生长 成小植株的关键部分，请探讨人工胚乳中应该具 有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发 育，我们还可以向人工胚乳中加入哪些物质？问题问题针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的 包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机 碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚 状体的生长发育，还可以向人工胚乳中加入一些 植物生长调节剂。 人工种子一一、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径1.微型繁殖(1)方法: (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.植物组织培养技术植物组织培养技术快速繁殖优良品种的.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.人工种子(1)特点:(2)技术:(3)结构:后代无性状分离 不受气候,季节和地域限制植物组织培养.人工种皮、 胚乳、胚状体胚状体或不定芽不定芽或顶芽顶芽或腋芽腋芽.二、作物的新品种培育传统方法：杂 交 杂交育种的原理:基因的自由组合定律，优良的基因自由组合。缺点:要不断进行(多年)纯化和选择， 才得到一种符合理想要求的新品种 1.单倍体育种概念:是指由配子发育成的个体 实例:蜜蜂中的雄蜂植物花药离体培养获得的植株花药离体培养过程:原理:花药离体培养得到单倍体，单倍体植 株幼苗经秋水仙素等处理使其染色体加 倍，得到纯合新品种 优点：单倍体育种可以快速得到纯合体，因此 能明显缩短育种年限。2、突变体的利用突变体产生: 植物组织培养 突变体的利用:筛选对人有利的突变体 培育新品种二二、作物新品种的培育作物新品种的培育1.单倍体育种(1)方法:(2)优点：花药的离体培养 秋水仙素诱导后代都是纯合体，稳定遗传； 明显缩短