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1、专题2 细胞工程,阅读提纲:,1、什么是细胞工程？ 2、细胞工程依据的原理是什么？ 3、体现细胞全能性的条件是什么？ 4、用箭头表示植物组织培养的过程。 5、用箭头表示植物体细胞杂交的流程。,专题2 细胞工程,细胞工程 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，通过细胞整体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。,根据操作对象的不同，可以把细胞工程分为植物细胞工程和动物细胞工程两大类。,细胞工程分类：,细胞 工程,技术手段,植物组织培养 植物体细胞杂交,理论基础:细胞的全能性,技术手段,动物细胞培养 核移植技术 动物细胞融合 单
2、克隆抗体的制备,植物细胞工程产生的历史,1.1902年，德国 哈伯尔特“细胞全能性”理论 2.1937年，美国 怀特 烟草茎段的形成层 3.1958年，美国 斯图尔德 胡萝卜的根 4.1965年，美国 沃索 烟草的单细胞 5.1970年，美国 斯图尔德 悬浮培养的单细胞,一、细胞的全能性,第一节 植物细胞工程,细胞的全能性 所谓细胞的全能性，具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都能经细胞分裂、分化，发育成完整生物体的潜能。 从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性，因为生物体的每一个细胞中都含有本物种所特有的全套遗传信息，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。在生物体的所有细胞中，
3、受精卵的全能性是最高的。,细胞的全能性,概念 原 因 大 小 必要条件,细胞在离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件,生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫做细胞的全能性。,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，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。,植物体,二、植物组织培养技术,脱 分 化,再 分 化,讨论：1、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？ 2、在整个组织培养过程中，为什么要进行一系列的消 毒、灭菌，并且要求无菌操作？,植物组织培养 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
4、导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。,脱分化(去分化)： 已经 分化的植物细胞,经过诱导后,失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。,再分化： 脱分化产生的愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，分化生成胚状体或丛芽的过程。,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，近年在各地发展很快。但是生姜在生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，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%50%。,案例一,脱分化,再分化,植物组织培养的过程,（分化）,（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 工厂化植物组织培养的
5、应用生产 幼苗无毒 保持优良性状,适宜温度、 pH、无光照和无菌环境。 无机物、有机成分和植物激素（生长素，细胞分裂素和赤霉素） 金榜P254,分化程度低脱分化较易,离体的植物器官、组织或细胞,高度液泡化、排列疏松、无规则形态的薄壁细胞,实例：非洲紫罗兰的组织培养：,因为细菌等微小生物的存在，它们比植物细胞生长繁殖快，而且会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。,植物组织培养技术的注意点,植物细胞培养要想获得成功，必须有效地防止细菌的污染，保证外殖体、培养基、所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作。,愈伤组织形成后，要及时进行转接。,影响脱分化的一个重要因素是植物激素。,愈伤组织形态发生常见有两
6、种：一是不定芽方式，二是胚状体方式。,三、植物组织培养技术的应用,（一）植物繁殖的新途径,(二)作物新品种的培育,1.单倍体育种,1.微型繁殖:果树和花卉的快速繁殖,(三)细胞产物的工厂化生产,生产药物、蛋白质、脂肪、糖类、香料、紫草素、紫杉醇，生物碱等,2.突变体的应用,3.培育转基因植物,2. 作物脱毒,3.神奇的人工种子,四、植物体细胞杂交,番茄和马铃薯杂交的思考：,2、你认 为来自两个不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，遇到的第一个障碍是什么？,3、如果来自两个不同的原生质体发生了融合，下一步该如何处理？,4、如何将杂种细胞培育成杂种植株？,1、要实现这一设想，你认为可以采用何种方法？
7、能否用传统的有性杂交方法做到这一点？,杂种植株,再生壁,脱分化,再分化,（一）植物体细胞杂交的过程,A、B原生质体在融合过程中，除了形成AB型的融合细胞外，还形成AA型和BB型，其中，只有AB型是符合要求的杂种细胞。因此，在进行组织培养前，还要做好杂种细胞的筛选工作。,如何培育出上结大豆、下结花生的新品种？,请你们讨论后设计,案例二,植物体细胞杂交过程,植物细胞 A（大豆）,植物细胞 B（花生）,去除细胞壁,原生质体 A,原生质体 B,原生质体融合,正在融合的原生质体,再生出细胞壁,杂种细胞,细胞分裂,愈伤组织,杂种植株(大豆花生),方法？,促融方法？,类型？,遗传物质？ 优势？,2.诱导植物
8、细胞融合的方法：,(二)什么是植物体细胞杂交 (三)实验方法：,1.去细胞壁的方法：,最常用的方法是酶解法,物理法：离心、振动、电激 化学法：聚乙二醇（PEG）,在温和的条件下，用纤维素酶、果胶酶等分解植物细胞的细胞壁,实例 番茄-马铃薯 烟草海岛烟草 白菜甘蓝 胡萝卜羊角芹,克服远源杂交不亲和的障碍、培育作物新品种,（四）植物体细胞杂交的成果和存在问题,1.科学家利用植物体细胞杂交的方法，已经成功培育出种内杂种、种间杂种和属间杂种植株，克服远源杂交不亲和的障碍等技术难题，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。 2.这项技术仍处在研究阶段，许多理论和技术问题还没有解决，距离推广应用还有一定的距离
9、。,五、练习,1、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 2、植物体细胞融合完成的标志是 A、产生新的细胞壁 B、细胞膜发生融合 C、细胞质发生融合 D、细胞核发生融合,C,A,3、下列植物细胞的全能性在提供了适宜条件的情况下最易表达的是（ ） A、枝条上的一个芽 B、柱头上的花粉 C、胚珠中的珠被细胞 D、根尖分生区细胞 4、能刺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,B,A,5、植物体细胞杂交要先除去细胞壁的原因（ ） A
10、、植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁 B、细胞壁使原生质体失去活力 C、细胞壁阻碍了原生质体的融合 D、细胞壁不是原生质体的组成部分,C,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.以上三者均是,D,7.植物体之所以具有不同的组织器官是由于,A.基因选择表达的结果 B.部分基因功能丧失的结果 C.分成不同基因细胞的结果 D.外界环境影响的结果,A,B,9 .杂种细胞的原生质体融合是 A.不同细胞的原生质体直接融合在一起形成 B.并没有实现融合的两部分 C.必需通过人工诱导才能实现细胞融合 D.只有细胞核融合,C,8. 番茄和马铃薯杂交过程不需要
11、的细胞结构是 A 细胞膜 B.细胞壁 C.细胞核 D.高尔基体,10.现有甲、乙两个烟草品种（2n=48），其基因型分别为aaBB和 AAbb，这两对基因位于非同源染色体上，且在光照强度大于800勒克斯时，都不能生 长，这是由于它们中的一对隐性纯合基因(aa和bb)作用的结果 取甲乙两品种的花粉分别培养成植株，将它们的叶肉细胞制成原生质体，并将两者相混，使之融合，诱导产生细胞团。然后，放到大于800勒克斯光照下培养，结果有的细胞团不能分化，有的能分化发育成植株。请回答下列问题： (1)甲、乙两烟草品种花粉的基因型分别为 和 ； (2)将叶肉细胞制成原生质体时，使用 破除细胞壁；,aB,Ab,纤维素酶 和果胶酶,(3)在细胞融合技术中，常用的促融剂是 ； (4)细胞融合后诱导产生的细胞团叫 ； (5)在大于800勒克斯光照下培养，有 种细胞团不能分化；能分化的细胞团是由 的原生质体融合来的（这里只考虑2个原生质体的相互融合）；由该细胞团分化成发育成的植株，其染色体数是 ，基因型是 ；该植株自交后代中，在大于800勒克斯光照下，出现不能生长的植株的概率是 。,聚乙二醇(PEG),愈伤组织,2,甲、乙,48,AaBb,7/16,