資源簡介

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第1節
植物細胞工程
的基本技術
第二章
細胞工程
1.概述植物組織培養的原理和過程。
2.概述植物體細胞雜交的原理和過程。
學習目標
1.細胞工程
(1)概念：應用細胞生物學、分子生物學和發育生物學等多學科的原理 和方法，通過細胞器、細胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的 細胞、組織、器官、個體或其產品的一門綜合性的生物工程。
(2)分類：依據操作對象分為植物細胞工程和動物細胞工程。 植物細胞工程分為植物組織培養技術和植物體細胞雜交技術。
植物細胞全能性
2.細胞的全能性
(1)概念：細胞經分裂和分化后，仍然具有產生完整生物體或分化成其他各 種細胞的潛能。
(2 )在生物的生長發育過程中，并不是所有細胞都表現出全能性的原因：在 特定的時間和空間條件下，細胞中的基因會選擇性地表達。
(3)原因：生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質。
(4)全能性的標志：細胞→完整個體或其他各種細胞
(1)概念：將離體的植物器官、組織或細胞等，培養在人工配置的培養基
上，給予適宜的培養條件，誘導其形成完整植株的技術。
這些離體培養的植物器官、組織或細胞被稱為外植體。
(2)植物組織培養的條件：(1)離體；(2)無菌；(3)培養基(種類齊全、比 例合適的營養物質及一定比例的植物激素);(4)適宜的培養條件(溫度、 光照等)。
(3)理論基礎：植物細胞具有全能性
植物組織培養技術
3.植物組織培養
生長素用量與細胞分裂素用量的比值
結果
比值高
有利于根的分化，抑制芽的形成
比值低
有利于芽的分化，抑制根的形成
比值適中
促進愈傷組織的形成
生長素和細胞分裂素是啟動細胞分裂、脫分化和再分化的關鍵激素。
它們的濃度、比例都會影響植物細胞的發育方向。
3.植物組織培養
(4)培養基激素：生長素、細胞分裂素
三
植物組織培養技術
(5)過程
脫分化：已經分化的細胞，經過誘導，失去其
特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程
愈傷組織：細胞排列疏松且無規則、
高度液泡化、不定形的薄壁組織團塊
再分化：愈傷組織重新分化為芽、根等器官的
過 程 。
脫分化不需要光照，再分化需要光照，光照有
利于葉綠體的合成。
植物組織培養技術 離體的植物器官、組織或細胞(外植體)
3.植物組織培養 脫分化
愈傷組織
再分化
根、芽
試管苗
馴化移栽
完整植株
植物組織培養技術
4.菊花組織培養(1)理論基礎：植物細胞的全能性
⑤ 將小芽切下接種到生根培 養基中
植物組織培養基本原理示意圖
⑥ 培養基中的試管苗
② 產生愈傷組織
③ 愈傷組織增殖
1.植物組織培養技術常用于商業化生產，其過程一般為：無菌培養物的建立→ 培養物增殖→生根培養→試管苗移栽及鑒定。下列相關敘述錯誤的是
A.為獲得無菌培養物，外植體要消毒處理后才可接種培養
B.組織培養過程中也可無明顯愈傷組織形成，直接形成胚狀體等結構
C.提高培養基中生長素和細胞分裂素的比值，有利于誘導生根
D.用同一植株體細胞離體培養獲得的再生苗不會出現變異
課堂練習
合液消毒
B.培養瓶用專用封口膜封口可防止外界雜菌侵入并阻止瓶內外的氣體交換
C.再生植株需要去除根部殘留的培養基進行鍛煉后才能移種大田
D.試管苗鍛煉時采用蛭石作為栽培基質的原因是蛭石帶菌量低且營養豐富
2.下列關于菊花組織培養的敘述，正確的是
A. 用自然生長的莖進行組織培養需要用適宜濃度的乙醇和次氯酸鈉的混
課堂練習
20世紀60年代，科學家嘗試將番茄和馬鈴薯
雜交，希望培育出一種地上結番茄、地下長馬 鈴薯的超級作物。
1978年，梅爾徹斯(G.Melchers) 等人首次 獲得了馬鈴薯與番茄的體細胞雜種植株。雖然 成功地培育出植株，但這種植株并不像科學家 預料的那樣，地上結番茄，地下結馬鈴薯，可 仍具有劃時代的意義，為植物體細胞雜交在生 活生產實踐中的應用拉開了帷幕。
植物體細胞雜交技術
植物體細胞雜交技術
1.概念：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 ：
脫分化 再分化 移栽
馬鈴薯細胞馬鈴薯原生質體
正在融合的
原生質體 雜種細胞 愈傷組織 雜種植株
移栽后的植株
番茄細胞 番茄原生質體
3.關鍵步驟：
(1)酶解法去壁：用纖維素酶和果膠酶去除植物細胞壁，獲得原生質體。
(2)人工誘導原生質體融合的方法
①物理法：電融合法、離心法等。
②化學法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca +— 高pH 融合法等。
3.原理：原生質體融合的過程利用了細胞膜的流動性，雜種細胞發育成雜 種植株利用了植物細胞的全能性。
4 .意義 ：打破生殖隔離，實現遠緣雜交育種，培育植物新品種。
植物體細胞雜交技術
4.思考：
1.A 種原生質體與B 種原生質體融合后，有3 種類型(只考慮兩兩融合),分 別是AA、BB、AB , 其中我們需要的是AB , 所以原生質體融合后，我們 要對融合后的原生質體進行篩選。
2.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：2x+2y ; 染色體組數：4 個；基因型：
AabbccDd ; 屬于可遺傳變異類型中的染色體數目變異。
植物體細胞雜交技術
①植物體細胞雜交的原理：a .細胞膜的流動性； b.植物細胞的全能性。
②植物組織培養的原理：植物細胞的全能性。
(2)過程：植物體細胞雜交包括原生質體融合和植物組織培養等過程。
(3)繁殖方式：植物組織培養和植物體細胞雜交都屬于無性繁殖；并且 后者還能打破生殖隔離，實現遠緣雜交育種。
植物體細胞雜交技術
5 . 總結：
(1)原理
(4)標志：
(1)原生質體融合成功的標志是再生出細胞壁。
(2)植物體細胞雜交的結果是獲得雜種植株。
“番茄一馬鈴薯”雜種植株沒有如科學家所想象的那樣，地上結番茄，地下結馬鈴薯，
這是為什么
主要原因：
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
“番茄一馬鈴薯”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。
植物體細胞雜交技術
3.人參皂苷是人參的主要活性成分。科研人員分別誘導人參根與胡蘿卜根產生
愈傷組織并進行細胞融合，以提高人參皂苷的產率。下列敘述錯誤的是
A.細胞融合前應去除細胞壁
B.高Ca +— 高 pH 溶液可促進細胞融合
C 融合的細胞即為雜交細胞
D.雜交細胞可能具有生長快速的優勢
課堂練習
A.經過程①獲得的a、b 稱為原生質體，過程②利用了細胞膜的流動性
B. d細胞只有AABB這一種類型
C.過程④和⑤分別是脫分化和再分化
D.獲得的植株d, 因為在減數分裂時同源染色體能正常配對，所以理論上
4.如圖為植物體細胞雜交技術的流程圖，其中甲和乙分別表示兩種二倍體植物細
胞，所含有的染色體組分別是AA和BB。據圖分析，下列敘述錯誤的是
課堂練習
是可育的
菊花的組織培養
植物體細胞
雜交技術
植物細
胞工程 的基本 技術
植物組織
培養技術
實 例
四 植物體細胞雜交技術
概念
原理
條件
過程
原理
意義
細胞的
全能性
概念
原 因

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