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第2章 細胞工程
第1節 植物細胞工程
思考： 欲培育地上長番茄和地下結馬鈴薯的“超級作物”。你有什么好妙招？
1.通過有性雜交能實現嗎？為什么？
不能，不同種物種間存在生殖隔離。
植物體細胞雜交技術。
2.有沒有方法可以打破生殖隔離，實現遠緣雜交育種，獲得“番茄-馬鈴薯雜種植株”呢？
新課導入
×
土豆
西紅柿
1. 通過有性雜交能實現嗎？為什么？
不能，不同物種之間存在生殖隔離。
植物體細胞雜交技術。
2. 有沒有方法可以打破生殖隔離，實現遠緣雜交育種，獲得“番茄-馬鈴薯雜種植株”呢？
【思考·討論】
四、植物體細胞雜交技術
【自主學習】閱讀教材P36-37，思考下列問題
1.兩個來自不同植物的體細胞融合，遇到的第一個障礙是什么？
2.用什么方法可以溫和地去除細胞壁而不傷害原生質體？
3.誘導原生質體融合的方法有哪些？與細胞膜的什么特性有關？
四、植物體細胞雜交技術
1、植物體細胞雜交的概念：
植物體細胞雜交是指將不同來源的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。
2、過程：
3、原理：
細胞膜具有一定的流動性
（原生質體融合）
植物細胞的全能性
（雜種細胞培養成雜種植株）
四、植物體細胞雜交技術
4、過程：
A細胞
B細胞
纖維素酶
去壁
酶解法
正在融合的原生質體
雜種細胞AB
誘導融合
物理法：
化學法：
電融合法、離心法等
聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+ —高PH融合法等
脫分化
再分化
移栽
植物細胞融合
植物組織培養
雜種植株
愈傷組織
A原生質體
B原生質體
移栽后的植株
去壁
植物細胞融合完成的標志
植物體細胞雜交完成的標志
（植物細胞的全能性）
（細胞膜具有一定的流動性）
再生細胞壁
果膠酶
原生質體：脫去細胞壁的細胞
植物細胞 = 細胞壁 + 原生質體
四、植物體細胞雜交技術
4、過程：
A細胞
B細胞
纖維素酶
去壁
酶解法
正在融合的原生質體
雜種細胞AB
誘導融合
物理法：
化學法：
電融合法、離心法等
聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+ —高PH融合法等
脫分化
再分化
移栽
植物細胞融合
植物組織培養
雜種植株
愈傷組織
A原生質體
B原生質體
移栽后的植株
去壁
植物細胞融合完成的標志
植物體細胞雜交完成的標志
（植物細胞的全能性）
（細胞膜具有一定的流動性）
再生細胞壁
果膠酶
原生質體：脫去細胞壁的細胞
植物細胞 = 細胞壁 + 原生質體
四、植物體細胞雜交技術
4、過程：
①去壁原因：細胞壁阻礙著細胞間的雜交（阻礙了原生質體間的融合）
②方法：酶解法
③相關酶：纖維素酶和果膠酶
④酶解法原理：植物細胞的細胞壁主要由纖維素和果膠構成；酶具有專一性
⑤纖維素酶和果膠酶的酶溶液中一般加入一定濃度的無機鹽離子和甘露醇，試分析原因？
使溶液具有一定的滲透壓，防止原生質體吸水過多而漲破，保持原生質體正常
（1）去除細胞壁
四、植物體細胞雜交技術
原生質體制備：
用纖維素酶和果膠酶去除植物細胞壁，得到原生質體。
原生質體
細胞壁
細胞膜
細胞質
液泡
細胞核
原生質層
原生質體：
指的是脫去細胞壁的細胞。
動物細胞也可看做是原生質體。
原生質層：
成熟植物細胞的細胞膜、液泡膜和介于這兩層膜之間的細胞質。
原生質層不包含細胞液和細胞核
四、植物體細胞雜交技術
4、過程：
理論基礎：細胞膜具有流動性
方法：
物理方法：電融合法、離心法
化學方法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法
植物細胞融合完成的標志*：
融合的原生質體重新產生細胞壁，形成雜種細胞
驗證再生出新壁的實驗：
質壁分離和質壁分離復原實驗
（2）原生質體間的融合
【注意】質壁分離的“質”指的是原生質層。
四、植物體細胞雜交技術
4、過程：
（2）原生質體間的融合
植物體細胞雜交完成的標志：
培育成新植物體
在此過程中活躍的細胞器是：
線粒體和高爾基體
獲得的所有細胞一定是需要的雜交細胞嗎？
未融合的細胞：A、B
兩兩融合的細胞：AA、BB、AB
多細胞融合體
需要進一步篩選AB
A
B
四、植物體細胞雜交技術
（3）雜種細胞培育成雜種植株
①技術：植物組織培養技術
②原理：植物細胞的全能性
③根據植株性狀對雜種植株進行篩選
植物體細胞雜交完成的標志：
培育出雜種植株
打破生殖隔離，實現遠緣雜交育種，培育植物新品種。
5. 意義：
四、植物體細胞雜交技術
A為2a=20
B為2b=30
生殖類型
變異類型
染色體數
染色體組數
基因組成
無性繁殖，育種過程中不遵循孟德爾定律
染色體數目變異
兩親本染色體數之和。2a+2b
兩親本染色體組數之和。2+2
兩親本基因型之和。AaBbCcDd
6. 植物體細胞雜交技術的實例
①培育出了白菜—甘藍、普通小麥—長穗偃麥草等雜種植株。
②在木本植物的體細胞雜交方面，培育出了多種柑橘屬不同種間的雜種植株。
仍有許多理論與技術問題沒有解決，還不能讓雜種植株表現出人們所需要的所有性狀。
四、植物體細胞雜交技術
1、白菜（2N=18）與甘藍（2N=18）體細胞雜交所得植株白菜-甘藍的細胞染色體數為 ，屬于 倍體。
36
（異源）四
2、白菜（2N=18）與甘藍（2N=18）進行雜交（相互授粉）
所得植株白菜-甘藍的細胞染色體數為 ，屬于 倍體。
（異源）二
18
基因重組
染色體數目變異
是否可育？
看減數分裂聯會、配對能否正常進行！
異源四倍體，含有同源染色體，能正常聯會。
四、植物體細胞雜交技術
3、A種原生質體與B種原生質體融合后，有哪幾種類型(只考慮兩兩融合)？而我們需要的是哪種類型？所以原生質體融合后，我們要進行怎樣的處理？
有3種類型：AA、BB、AB；我們需要的是AB；
因此要對融合后的原生質體進行篩選。
4、若A細胞具有2x條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb。B細胞含有2y條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd，則通過植物體細胞雜交技術獲得的新植株的染色體條數： ；染色體組數： 個；基因型： ；屬于可遺傳變異類型中的 。
2x＋2y
4
AabbccDd
染色體數目變異
四、植物體細胞雜交技術
植物組織培養 植物體細胞雜交技術
所屬范疇
原理
步驟
意義
聯系 無性繁殖
細胞全能性
①脫分化
②再分化
保持優良性狀，繁殖速度快
植物體細胞雜交技術應用了植物組織培養技術
克服不同種生物遠緣雜交的障礙
①去除細胞壁
②融合形成雜種細胞
③組織培養
細胞膜的流動性、細胞全能性
染色體變異、基因重組
植物組織培養 vs 植物體細胞雜交
習題檢測
（1）圖中過程：①為 ，②為 ，③為 ，④為 ，⑤為 。
（2）細胞融合成功的標志是 ，植物體細胞雜交技術成功的標志是 。
（3）植物體細胞雜交技術的原理是 。
（4）植物體細胞雜交技術的意義是 。
去除細胞壁
誘導細胞融合
再生出新的細胞壁
脫分化
再分化
再生出新的細胞壁
形成雜種植株
細胞膜的流動性和植物細胞的全能性
打破生殖隔離，實現遠緣雜交
習題檢測
植物組織培養 植物體細胞雜交技術
原理
過程
意義
聯系 細胞膜的流動性和植物細胞的全能性
植物細胞的全能性
離體的植物器官、組織或細胞
愈傷組織
脫分化
再分化
芽、根或胚狀體
植物體
生長發育
植物細胞A
植物細胞B
原生質體A
去壁
原生質體B
去壁
人工誘導
融合的原生質體AB
雜種細胞AB
愈傷組織
脫分化
再生細胞壁
雜種植株
再分化
保持優良性狀,繁殖速度快、大規模生產提高經濟效益
植物體細胞雜交技術應用了植物組織培養技術
克服不同種生物遠緣雜交的障礙
習題檢測
概念
植物細胞融合
原生質體制備
過程
變異類型
植物組織培養
原生質體融合
原理
育種類型
原理
過程
花藥離體培養
細胞全能性
操作步驟
脫分化
再分化
外植體
根、芽、胚狀體
愈傷組織
外植體消毒
接種
切塊
形成愈傷組織
誘導生芽生根
植物體細胞雜交
植物組織培養
植物細胞工程
優缺點
練習與應用
一、概念檢測
1.下圖是利用甲、乙兩種植物的各自優勢，通過植物細胞工程技術培育高產、耐鹽的雜種植株的實驗流程圖。下列相關敘述錯誤的是（ ）
A.進行a處理時能用胰蛋白酶
B.b是誘導融合后得到的雜種細胞
C.c是培養后得到的具有耐鹽性狀的幼芽
D.進行d選擇時要將植株種在高鹽環境中
√
2.科學家在制備原生質體時，有時使用蝸牛消化道提取液來降解植物細胞的細胞壁。據此分析，蝸牛消化道提取液中可能含有什么成分
纖維素酶和果膠酶
"番茄—馬鈴薯"沒有像人們預想的那樣地上結番茄、地下長馬鈴薯，主要原因是∶生物體內基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，所以"番茄—馬鈴薯"雜種植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達相互干擾，它們不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達，雜種植株自然就不能地上結番茄、地下長馬鈴薯了。
練習與應用
一、概念檢測
"番茄—馬鈴薯"雜種植株沒有如科學家所想象的那樣，地上結番茄，地下長馬鈴薯，這是為什么
二、拓展應用
1．下列有關細胞全能性的敘述，不正確的是(　　)
A．受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完整個體，因此全能性最高
B．生物體內的體細胞由于細胞分化，全能性不能表達
C．卵細胞與受精卵一樣，細胞未分化，全能性最高
D．植物細胞在一定條件下離體培養能表現出全能性
C
受精卵是未分化的細胞，在自然條件下能形成完整個體，全能性最高，A正確；生物體內的體細胞由于細胞分化，基因選擇性表達程度高，因此全能性不能表達，B正確；卵細胞屬于已分化的細胞，卵細胞的全能性相較于受精卵低，兩者全能性不同，C錯誤；植物細胞在離體狀態及適宜的條件下培養能夠形成完整的植株個體，具有全能性，D正確。
【隨堂訓練】
1．下列有關細胞全能性的敘述，不正確的是(　　)
A．受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完整個體，因此全能性最高
B．生物體內的體細胞由于細胞分化，全能性不能表達
C．卵細胞與受精卵一樣，細胞未分化，全能性最高
D．植物細胞在一定條件下離體培養能表現出全能性
C
受精卵是未分化的細胞，在自然條件下能形成完整個體，全能性最高，A正確；生物體內的體細胞由于細胞分化，基因選擇性表達程度高，因此全能性不能表達，B正確；卵細胞屬于已分化的細胞，卵細胞的全能性相較于受精卵低，兩者全能性不同，C錯誤；植物細胞在離體狀態及適宜的條件下培養能夠形成完整的植株個體，具有全能性，D正確。
【隨堂訓練】
2．下面關于植物組織培養過程，說法不正確的是(　　)
A．上述植物組織培養的過程依據的生物學原理是植物細胞具有全能性
B．在配制培養基時，需要添加生長素和細胞分裂素
C．若外植體是月季的花藥，脫分化過程不需要光照
D．若外植體是菊花的根尖組織，因細胞中沒有葉綠體，故培養成的新植株葉片無色
D
植物組織培養的原理是植物細胞具有全能性，A正確；配制培養基時，需要加入生長素、細胞分裂素，B正確；脫分化過程不需要光照，幼小植株形成后才需要光照，C正確；菊花根尖組織中含有控制葉綠體形成的基因，在培養過程中，基因的選擇性表達會使培養成的新植株葉片呈綠色，D錯誤。
3．下列關于植物組織培養過程中細胞脫分化的敘述，錯誤的是(　　)
A．已經分化的細胞失去其特有的結構和功能而轉變成未分化的細胞的過程
B．已經分化的細胞轉變成具有分生能力的薄壁細胞，進而形成植物的愈傷組織的過程
C．離體的植物組織在一定的培養條件下分化出根和芽的過程
D．離體的植物組織在脫分化形成愈傷組織的過程中必須經過有關激素的誘導
C
脫分化是指已經分化的細胞失去其特有的結構和功能而轉變成未分化的細胞(愈傷組織)的過程。
4.(多選)如圖是“白菜—甘藍”雜種植株的培育過程。下列說法不正確的
是(　　)
A．植物體細胞雜交技術體現了植物細胞膜的功能特點
B．愈傷組織的代謝類型是異養需氧型
C．上述培育過程中包含有絲分裂、細胞分化和減數分裂等過程
D．“白菜—甘藍”雜種植株產生的變異屬于染色體變異
A、C
植物體細胞雜交技術體現了植物細胞膜的結構特點，即細胞膜具有一定的流動性，A錯誤；愈傷組織不含葉綠體，不能進行光合作用制造有機物，因此其代謝類型是異養需氧型，B正確；題述過程中包含有絲分裂、細胞分化，沒有減數分裂，C錯誤；“白菜—甘藍”雜種植株產生的變異屬于染色體數目變異，D正確。

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