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细胞工程简介,通过基因工程的方法，可将能分解三种烃类的基因都转移至能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。如果我们换用另一种方法：将三种假单孢杆菌与第四种假单孢杆菌融合或将其内的细胞器移入第四种假单孢杆菌体内，使之具有分解四种烃类化合物的功能，这样的生物技术应属于何种生物工程?,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，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平，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,细胞生物学和分子生物学,细胞整体水平或细胞器水平,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,植物细胞工程,所采用技术的理论基础,植物细胞工程,通常采用的技术手段,植物组织培养,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,什么是细胞的全能性?为什么？什么细胞的全能性最强？,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要包含有该物种所特有的全套遗传物质。受精卵的全能性最强。其次是生殖细胞，再次是体细胞。,一、细胞的全能性,克隆羊“多莉”的诞生说明了什么?,动物体细胞核也具有全能性。,多细胞生物体内的细胞能表现出全能性吗？为什么？,在生物体内，细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官，这是基因在特定的时间和空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相同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。,为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体?,科学研究表明，当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，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。科学家用植物组织培养的方法，已经把许多种植物的离体的器官、组织或细胞，培养成了完整的植物体。,植物组织培养是植物细胞工程中研究得比较早、也比较成熟的技术。试管苗的快速繁殖、无病毒植物的培育等研究成果已经处在应用、推广阶段。那么，怎样才能将植物器官、组织或细胞，培养成完整的植物体的呢?,二、植物组织培养,1、植物细胞表现出全能性的必要条件是什么?2、离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整的植物体?3、愈伤组织细胞的状态如何？4、什么是脱分化？什么是再分化？5、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么?6、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?7、胚状体是怎样形成的？培养胚状体有何意义？8、生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等，需从某些植物的细胞中提取，那么还需要进行组织培养吗？应怎样做？,1、植物细胞表现出全能性的必要条件是什么?,细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件,2、离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整的植物体?,不能。,3、愈伤组织细胞的状态如何？,愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。,由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。或者叫做去分化。脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官这个过程叫做再分化。,4、什么是脱分化？什么是再分化？,5、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么?,影响脱分化的一个重要因素是植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进愈伤组织的形成，而两者不同的浓度配比在再分化过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利于芽的发生；浓度比低时，有利于根的发生。,6、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?,植物组织培养用的培养基，含有植物生长发育所需要的各种营养物质，这些营养物质同样为细菌等微小的生物提供了适合的营养。在这种培养基上，细菌等微小的生物比植物细胞具有更强的新陈代谢能力，它们比植物细胞生长、繁殖得更快，而且它们会产生毒素，使培养的植物细胞很快中毒死亡。因此，植物组织培养要想取得成功，必须有效地防止细菌等的污染，保证培养材料、培养基、培养用具完全无菌。为了达到这一要求，就要在植物组织培养过程中进行一系列的消毒、灭菌，并目要求无菌操作。,7、胚状体是怎样形成的？培养胚状体有何意义？,愈伤组织的形态发生主要有不定芽方式和胚状体方式两种。而后者需要在愈伤组织形成后，对其进行处理，形成分散的单个细胞，再诱导其分化出具有胚芽、胚轴、胚根的胚状体，进而发育成完整植株。诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状结构，包裹上人造种皮制成人工种子可以解决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。,8、生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等，需从某些植物的细胞中提取，那么还需要进行组织培养吗？应怎样做？,应进行大规模的细胞培养而非组织培养，只需培养至愈伤组织即可，而组织培养则需诱导产生完整的植物体。,植物组织培养具体操作方法和过程,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）外植体灭菌消毒（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,植物组织培养的培养基,定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有机营养成分 含N物质：包括维生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖 琼脂：起支持作用 生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PH值：5.06.0,试管苗大规模培养,愈伤组织,愈伤组织分化出芽,形成试管苗,三、植物体细胞杂交,20世纪60年代，有的科学家提出这样一个设想：让番茄和马铃薯杂交，培育出一种地上结番茄果实，地下结马铃薯块茎的植物。用传统的有性杂交方法能够实现吗？为什么？,要求学生阅读课文P66-67。思考下列问题：1、什么是植物体细胞杂交？2、你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么?3、有没有一种温和的去壁方法呢?4、将不同植物的原生质体放在一起后，能自动完成融合吗？如何处理可达到相互融合的目的？,植物体细胞杂交过程示意图,1、什么是植物体细胞杂交？,植物体细胞杂交是用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新植物体的方法。,2、你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么?,位于细胞外侧的细胞壁。,3、有没有一种温和的去壁方法呢?,细胞壁的主要分成是纤维素和果胶。因为酶具有专一性，所以用纤维素酶和果胶酶去壁将不会对其内的原生质体造成损伤。,4、将不同植物的原生质体放在一起后，能自动完成融合吗？如何处理可达到相互融合的目的？,不能，必须经过一定的技术手段进行人工诱导才能实现。人工诱导原生质体融合有物理法和化学法两大类。物理法是利用离心、振动、电刺激促使原生质体的融合；化学法是用聚乙二醇(PEG)等试剂作为诱导剂诱导融合。,如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一部该做何处理?,应该诱导其再生壁，才能成为完善的杂种细胞。,如何将杂种细胞培育成杂种植株?,运用植物组培技术。,在上图所示的植物体细胞杂交过程中，除了形成AB型融合细胞外。还能形成其他哪些类型的融合细胞?哪类融合细胞是植物体细胞杂交所需要的杂种细胞?为什么？,A,B,在上图所示的植物体细胞杂交过程中，除了形成AB型融合细胞外，还能形成AA型和BB型两种融合细胞。但是只有AB型细胞是植物体细胞杂交所需要的杂种细胞。因为体细胞杂交的目的，是为了获得新的植物体，使植物A和植物B的特性能够在新的植物体上有所表现，而AA型细胞发育成的植物体不会表现出植物B的特性，BB型细胞发育成的植物体也不会表现出植物A的特性，AA型细胞和BB型细胞都是由同种细胞融合而成的，不是杂种细胞，应在体细胞杂交过程中被筛选出去。,与传统的有性杂交方法相比，植物体细胞杂交有什么优越之处？,植物体细胞杂交与传统的有性杂交方法相比，在培育作物新品种方面具有较大的优越性。植物体细胞杂交能够在一定程度上克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。,植物体细胞杂交尚未解决的问题有：,A、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体B、将杂种细胞培育成植株C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代 的优良性D、尚未培育出属间杂种植物,不能人工诱导原生质体融合的方法是：,A、振动 B、电刺激、C、PEG试剂、D、重压,C,D,5、例题辨析：,下列有关细胞全能性的含义，正确的是：（）,A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能,B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能,C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能,D、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程,C,植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：,下列不能作为植物组织培养的材料是：,C,D,