植物细胞工程 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概念：细胞的全能性是指生物体的细胞具有 使后代细胞形成完整个体的潜能。原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种 所特有的全套遗传物质及发育为完整 个体所必需的全部基因。 细胞的全能性受精卵的全能性最高； 其次是生殖细胞（尤其是卵 细胞）； 体细胞的全能性比生殖细胞 低得多。 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。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。 全能性表现的条件？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。植物组织培养关键词：外植体、脱分化、再分化、愈伤组织细胞离体、一定的营养物质 、激素和其他外界条件必要条件：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， 会形成愈伤组织愈伤组织的形成 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 ）。 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。过程离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体脱分化植物激素： 细胞分裂素、生长素 再分化植物组织培养植物组织培养条件： 离体、含有全部营养成分 的培养基、激素、一定的 温度、空气、无菌环境、 适合的PH、适时光照等。植物组织培养再分化脱分化愈伤组织外植体试管苗植株相关问题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？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？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？植物体细胞杂交过程原生质体制备（酶解法去细胞壁）原生质体融合（人工诱导） 杂种细胞的筛选和培养（形成愈伤组织）杂种植株的再生与鉴定物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇等试剂纤维素酶、果胶酶等植物体细胞杂交过程植物细胞A植物细胞B去掉细胞壁去掉细胞壁原生质体A原生质体B原生质体融合杂合的原生质体再生出细胞壁杂种细胞（筛选）脱分化再分化愈伤组织杂种植株相关问题（1）植物体细胞杂交原理？ （2）植物细胞融合原理：细胞膜流动性；形成杂 种植物原理：细胞的全能性 （3）过程？ （4）细胞融合成功的标志：杂种细胞壁的形成。 （5）意义：克服了不同生物远缘杂交不亲和的障 碍。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繁殖作物脱毒人工种子 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概念：应用组织培养技术，快速繁殖植物（ 也叫快速繁殖技术） 原理：植物细胞的全能性 优点：繁殖率高，可大批量生产取材少培养周期短保持优良性状微型繁殖作物脱毒 病毒在作物体内逐年积累，会导致作 物产量降低，品质变差 分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极 少，甚至没有 采用茎尖进行组织培养人工种子 结构：人工薄膜+胚状体（不定芽、 顶芽、腋芽） 优点：不受气候、季节、地域的限制保留优良性状时间短，占地少 技术：组织培养 原理：细胞全能性 养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、 有益菌 生长调节剂单倍体育种 方法：花药离体培养 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 优点：明显缩短了育种年限后代稳定遗传突变体的利用 突变体：组织培养时，分裂状态的细胞易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变，由此发育的个体成为突变体。 利用：从突变体中筛选出对人类有利的突变体，进行培育得到新品种。细胞产物的工厂化生产红豆杉与紫杉醇人参皂甘的生产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（选用分生区组 培）人工种子（培养至胚状体 ） 育种新方法单倍体育种（得到的是纯 种）诱导突变体（不一定是纯 种） 细胞产物的工厂化生产（培养至 愈伤组织）