专题二 细胞工程受精卵受精卵有丝有丝分裂分裂细胞细胞分化分化系系统统人人体体骨细胞骨细胞上皮上皮细胞细胞肌肉肌肉 细胞细胞神经神经细胞细胞上皮组织上皮组织肌肉组织肌肉组织神经组织神经组织结缔组织结缔组织器器官官植物器官切片图植物器官切片图天竺葵天竺葵筛管筛管导管导管根冠根冠分生区分生区伸长区伸长区成熟区成熟区(根毛区根毛区)根尖根尖保卫细胞保卫细胞气气孔孔这些形态结构和这些形态结构和功能不同的细胞功能不同的细胞都有可能发育成都有可能发育成完整个体吗？完整个体吗？细胞工程细胞工程 1 1概念概念: :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分细胞生物学和分子生物学子生物学细胞整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平按照人们的意愿来改变按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获细胞内的遗传物质或获得细胞产品得细胞产品2 2分类分类: :植物细胞工程和动物细胞工程植物细胞工程和动物细胞工程 3基本技术：基本技术： 植物组织培养技术植物组织培养技术植物组织培养技术植物组织培养技术植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术1.植物组织培养的原理是什么？植物组织培养的原理是什么？阅读教材阅读教材P33-34页页 回答下列问题回答下列问题3.什么是细胞的全能性什么是细胞的全能性?5.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？织、器官？细胞的全能性4.4.全能性大小比较全能性大小比较受精卵受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞 第二组第二组第一组第一组植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞基因在特定空间和时间条件下基因在特定空间和时间条件下选择性表达选择性表达的结果。的结果。具有某种生物具有某种生物_ _ _的任何一个细胞，都具的任何一个细胞，都具有有_的潜能。的潜能。全部遗传信息全部遗传信息发育成完整生物体发育成完整生物体一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术阅读培养过程回答下列问题阅读培养过程回答下列问题：组织培养的实例：组织培养的实例： 胡萝卜的组织培养胡萝卜的组织培养1.1.概括植物组织培养技术的流程简图概括植物组织培养技术的流程简图制备制备外植体外植体接种接种脱分化脱分化培养培养再分再分化培养化培养试管苗试管苗正常植株正常植株转接转接移栽移栽形成层容易诱导产生愈伤组织，其它部分也可以但诱导愈伤组织形成层容易诱导产生愈伤组织，其它部分也可以但诱导愈伤组织较困难。较困难。2.2.在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层形成层部分，原部分，原因是什么？胡萝卜的其他部分是否也能培育成小植株？因是什么？胡萝卜的其他部分是否也能培育成小植株？19581958年，美国科学家斯图尔德（年，美国科学家斯图尔德（F.C.StewardF.C.Steward）将）将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜新植株。胡萝卜新植株。植物组织培养技术植物组织培养技术6.6.植物组织培养的基本过程植物组织培养的基本过程植物体植物体离体的植物器离体的植物器官组织或细胞官组织或细胞愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化再分化再分化幼根和幼芽幼根和幼芽胚状体胚状体(外植体外植体)（1 1）什么是细胞脱分化？什么是细胞脱分化？（2 2）愈伤组织有什么特点？）愈伤组织有什么特点？ (3)高度分化的植物细胞表现全能性条件：高度分化的植物细胞表现全能性条件：细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件条件请同学们讨论如何实现？1 1 概念：概念： 用用两个两个来自不同植物的体细胞融合成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一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。新的植物体的方法。 二、植物体细胞杂交二、植物体细胞杂交 2 2 过程过程马铃薯马铃薯细胞细胞 番茄细胞番茄细胞杂种细胞杂种细胞1.阻碍植物细胞亲和的结构是什么？阻碍植物细胞亲和的结构是什么？怎么去除？怎么去除？融融 合合长壁长壁原生原生质体质体纤维素酶纤维素酶和果胶酶和果胶酶2.去壁以后的结构叫什么？去壁以后的结构叫什么？3.用什么方法才能让细胞紧密接触并发用什么方法才能让细胞紧密接触并发生融合？生融合？4.融合的过程是怎样的？其原理是什融合的过程是怎样的？其原理是什么？么？5.融合完成的标志是什么？融合完成的标志是什么？6.杂种细胞遗传物质有什么特点？杂种细胞遗传物质有什么特点？7.融合后除杂种细胞外还有哪些融合细胞？融合后除杂种细胞外还有哪些融合细胞？ 物理方法：离心、振动、电击物理方法：离心、振动、电击. . 化学方法：聚乙二醇（化学方法：聚乙二醇（PEGPEG）诱导）诱导细胞膜融合细胞膜融合细胞质融合细胞质融合细胞核融合细胞核融合细胞膜的流动性细胞膜的流动性单核、长出新的细胞壁单核、长出新的细胞壁具有两个物种的遗传物质具有两个物种的遗传物质具有两个物种的遗传物质具有两个物种的遗传物质马马马马马、番马、番马、番马、番-番番番番所以还要经过所以还要经过所以还要经过所以还要经过筛选筛选筛选筛选才能得到杂种植株才能得到杂种植株才能得到杂种植株才能得到杂种植株杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株植物细胞植物细胞A A植物细胞植物细胞B B 原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B正在融合的原生质体正在融合的原生质体去细胞壁去细胞壁! !再生细胞壁再生细胞壁植物组织培养植物组织培养植植物物细细胞胞融融合合2.过程3 3、成果和尚未解决的问题：、成果和尚未解决的问题：成果：培育出成果：培育出“番茄马铃薯番茄马铃薯”杂种植株杂种植株未解决问题：尚未让杂种植物按照人们的未解决问题：尚未让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状需要表现出亲代的优良性状4、意义可以克服远缘杂交不亲和的障碍，可以克服远缘杂交不亲和的障碍，定向改变定向改变生物性状生物性状白菜甘蓝白菜 甘蓝同学们设计一下白菜甘蓝培育过程？同学们设计一下白菜甘蓝培育过程？讨论白菜甘蓝细胞内的染色体数目？讨论白菜甘蓝细胞内的染色体数目？秋水仙素处理幼秋水仙素处理幼苗苗BBBBAAAA白菜白菜甘蓝甘蓝ABAB白菜甘蓝白菜甘蓝AABBAABB三、植物细胞工程技术的应用三、植物细胞工程技术的应用1、植物繁殖新途径、植物繁殖新途径(1)微型繁殖技术：特点和优点试管苗大规模培养植物细胞工程的实际应用繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径微型育种微型育种作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子育种新方法育种新方法单倍体育种单倍体育种诱导突变体诱导突变体细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产概念：概念：应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技术）快速繁殖技术）原理：原理：植物细胞的全能性植物细胞的全能性优点：优点：繁殖率高，可大批量生产繁殖率高，可大批量生产 取材少取材少 培养周期短培养周期短 保持优良性状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，会导致作物产病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差量降低，品质变差分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极少，分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极少，甚至没有甚至没有采用茎尖进行组织培养采用茎尖进行组织培养人工种子人工种子结构：结构：人工薄膜人工薄膜+ +胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）优点：优点：不受气候、季节、地域的限制不受气候、季节、地域的限制保留优良性状保留优良性状时间短，占地少时间短，占地少技术：技术：组织培养组织培养原理：原理：细胞全能性细胞全能性养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌生长调节剂生长调节剂单倍体育种方法：方法：花药离体培养花药离体培养 技术：技术：组织培养获得单倍体组织培养获得单倍体秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍优点：优点：明显缩短了育种年限明显缩短了育种年限后代稳定遗传后代稳定遗传突变体的利用利用组织培养时，分裂状态的细胞易受利用组织培养时，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）的影响而产生突变的原理，诱导质等）的影响而产生突变的原理，诱导并筛选出对人类有用的突变体。并筛选出对人类有用的突变体。细胞产物的工厂化生产红豆杉与紫杉醇红豆杉与紫杉醇人参皂甘的生产人参皂甘的生产 紫草紫草 愈伤组织愈伤组织紫草素紫草素植物细胞工程的实际应用繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径微型育种微型育种作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子育种新方法育种新方法单倍体育种单倍体育种诱导突变体诱导突变体细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产细胞分裂素细胞分裂素/ /生长素生长素基本相等时基本相等时：维持愈伤组织的生长维持愈伤组织的生长细胞分裂素细胞分裂素/ /生长素生长素维持在高水平时维持在高水平时：诱导芽的形成诱导芽的形成细胞分裂素细胞分裂素/ /生长素的生长素的比例低时比例低时：诱导根的形成诱导根的形成使用顺序使用顺序实验结果实验结果先使用生长素或使用细先使用生长素或使用细胞分裂素胞分裂素有利于细胞分裂但不分有利于细胞分裂但不分化化先使用细胞分裂素，后先使用细胞分裂素，后使用生长素使用生长素细胞分裂也分化细胞分裂也分化同时使用同时使用分化频率加快分化频率加快资料资料1根据以上资料，你得出什么结论？根据以上资料，你得出什么结论？资料资料2植物激素对脱分化和再分化起到决定性的作用，培养基中植物植物激素对脱分化和再分化起到决定性的作用，培养基中植物激素的种类、浓度、比例和使用顺序都会影响实验结果。激素的种类、浓度、比例和使用顺序都会影响实验结果。1.植物组织培养属于哪种植物组织培养属于哪种 生殖方式？生殖方式？2.植物组织培养得到的植物体植物组织培养得到的植物体细胞中染色体数目？细胞中染色体数目？4.要想获得遗传物质来自两个亲本的要想获得遗传物质来自两个亲本的番茄番茄马铃薯（番茄、马铃薯之间存马铃薯（番茄、马铃薯之间存在生殖隔离，有性杂交不能成功），在生殖隔离，有性杂交不能成功），需要用什么技术手段？需要用什么技术手段？3.植物组织培养得到的植物，遗传植物组织培养得到的植物，遗传物质来自物质来自 个亲本？个亲本？（3 3）名贵花卉进行离体培养时不应采用该株的（）名贵花卉进行离体培养时不应采用该株的（ ）A A、茎尖茎尖 B B、子房壁子房壁 C C、花粉粒花粉粒 D D、叶片叶片练习练习1 1、阅读下列材料，分析后简要回答问题：、阅读下列材料，分析后简要回答问题：材料材料1 1：植物的器官植物的器官组织或细胞组织或细胞培养基培养基中培养中培养取下并取下并放入放入B B（A A）胚状体胚状体植物体植物体材料材料2 2：植物细胞植物细胞a a植物细胞植物细胞b b杂种细胞杂种细胞融合并再生融合并再生出细胞壁出细胞壁细胞细胞分裂分裂再分化再分化（C C）（D D）（2 2）（）（A A）过程是否需要光照？过程是否需要光照？再分化是否需要光照？再分化是否需要光照？植植物物体体脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织C CD D（1 1）写出以下过程或结构的名称：）写出以下过程或结构的名称：A AB B原生质体原生质体a a原生质体原生质体b b否否需要需要 C C（08海南海南18分）分） ：某二倍体植物是杂合体，图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上：某二倍体植物是杂合体，图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：培养产生完整植株的过程。据图回答：（1）图中）图中表示的是该花粉培养过程中的表示的是该花粉培养过程中的 过程，过程，表示的是表示的是 过程，过程，X代表代表的是的是 ，表示的是表示的是 过程，过程，表示的是诱导表示的是诱导 过程。过程。（2）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过那一条途径主要取决于培养）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过那一条途径主要取决于培养基成分中基成分中 的种类及其浓度配比，最后获得的来源于为成熟花粉的完整植株都称为的种类及其浓度配比，最后获得的来源于为成熟花粉的完整植株都称为 植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明为成熟花粉具有植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明为成熟花粉具有 。（3）对植株进行）对植株进行 ，才能使其结实产生后代（乙），否则植株甲只有通，才能使其结实产生后代（乙），否则植株甲只有通过过 的方式才能产生后代（丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的的方式才能产生后代（丙）。乙、丙两种植株中，能产生可育花粉的是是 植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为植株，该植株群体中每一植株产生可育花粉的基因组成种类数为 种，该群体植种，该群体植株产生可育花粉的基因组成种类数为株产生可育花粉的基因组成种类数为 种。花药培养在育种上的特殊意是种。花药培养在育种上的特殊意是 ， 从而开辟育种新途径。从而开辟育种新途径。脱分化脱分化再分化再分化胚状体胚状体分化分化激素激素单倍体单倍体生根生根无性繁殖无性繁殖乙乙一一多多缩短育种周期缩短育种周期细胞的全能性细胞的全能性染色体加倍染色体加倍 如下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请根据图回答下列问题：要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括营养物质包括 和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和和 两类植物激素。两类植物激素。此过程依据的原理是此过程依据的原理是 。A A和和B B阶段主要进行的分裂阶段主要进行的分裂方式是方式是 ，B B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞阶段除了细胞分裂外，还进行细胞 等。等。此过程要无菌操作，主要是指对此过程要无菌操作，主要是指对 进行灭菌消毒。进行灭菌消毒。 B B阶段需要光照，原因是阶段需要光照，原因是 。试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因绿素，这是基因 的结果。的结果。答案答案无机物无机物 生长素生长素 细胞的全能性细胞的全能性 有丝分裂有丝分裂 分化分化培养基培养基 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件 选择性表达选择性表达练习练习3 3：