【生物】植物细胞工程教学课件 2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

1、第2章 细胞工程 细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性生物工程。1.1.原理方法：原理方法：_；2.2.操作水平：操作水平：_；3.3.目的：目的：_；4.4.分类：分类：_；细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞器、细胞或组织水平细胞器、细胞或组织水平获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品植物细胞工程、动物细胞工程植物细胞工程、动物细胞工程植物细胞工程的发展历程植物细胞工程的发展历程1.1902年年，哈伯兰特（，哈伯兰特（G.Haberlandt,1854-1945)提出了细胞全能性的理论，但相提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。关的实验尝试没有成功。2.1958年年，斯图尔德（，斯图尔德（E.C.Steward,1904-1993)等发现胡萝卜的体细胞可以分化为等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。胚，为细胞全能性理论提供

2、了强有力的支持。3.1960年年，科金（，科金（E.C.Cocking,1931-)用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。功获得了原生质体。4.1971年年，卡尔森（，卡尔森（P.S.Carlson,1944-2017)诱导烟草种间原生质体融合，获得了诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。第一株体细胞种间杂种植株。1964年，古哈（年，古哈（S.Guha,1938-2007)等在培养毛曼陀等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。5.1974年年，土壤农杆菌的，土壤农杆菌的Ti质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。域促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。动物细胞工程（含胚胎工程）动物细胞工程（含胚胎工程）1.1890年年，希普（，希普（W.Heape,1855-1929)将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管将安哥拉兔的胚胎移入比

3、利时兔的输卵管内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。2.1907年年，哈里森（，哈里森（R.G.Harrison,1870-1959)用一滴淋巴液用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。3.1951年年，张明觉（，张明觉（1908-1991)等发现了哺乳动物精子的获能现象。等发现了哺乳动物精子的获能现象。4.1958年年，格登（，格登（J.Gurdon,1933-)用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，成功培育用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，成功培育出性成熟个体。同一时期，我国科学家童第周（出性成熟个体。同一时期，我国科学家童第周（1902-1979)等开展了鱼类细胞核移等开展了鱼类细胞核移植工作。植工作。5.1959年年，试管家兔诞生。之后，多种试管动物相继出生。，试管家兔诞生。之后，多种试管动物相继出生。1975年，米尔斯坦年，米尔斯坦（C.Milstein,1927-2002)和科勒（和科勒（G.Kohler,1946-1995)等创立了单克隆抗

4、体技术。等创立了单克隆抗体技术。动物细胞工程的发展历程动物细胞工程的发展历程6.1975年年，米尔斯坦（，米尔斯坦（C.Milstein,1927-2002)和科勒（和科勒（G.Kohler,1946-1995)等创立了等创立了单克隆抗体技术。单克隆抗体技术。7.1978年年，小鼠的桑甚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵美羊。，小鼠的桑甚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵美羊。8.1996年年，世界上第一只体细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。，世界上第一只体细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。9.1981年年，埃文斯（，埃文斯（M.J.Evans,1941-)等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞。等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞。10.2006年年，山中伸弥（，山中伸弥（S.Yamanaka,1962-)等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用这种细胞培育出了小鼠。这种细胞培育出了小鼠。11.2014年年，世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞，世界上第一个用单细胞基因

5、组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。生。12.2017年年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。动物细胞工程的发展历程动物细胞工程的发展历程细胞工程细胞工程细 胞 工 程植物细胞工程动物细胞工程植物组织培养动物细胞融合植物体细胞杂交动物细胞培养单克隆抗体技术核移植第1节植物细胞工程兰花（学名：Cymbidiumssp.）单子叶植物纲、兰科、兰属植物通称兰花种子通常发育不全，自然条件下萌发率极低。传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？一植物细胞工程的基本技术ZHIWUXIBAOGONGCHENGDEJIBENJISHU一、细胞工程的理论基础1.细胞的全能性：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。2.具有全能性的原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。3.体现细胞全能性的标志：细胞完整个体或其他各种细胞4.在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现全能性的原因：基因在特

6、定时间、空间条件下选择性表达细胞全能性实例：细胞全能性实例：多肉进行叶插繁殖1.1.选取多肉上健康、选取多肉上健康、饱满的叶片。饱满的叶片。2.2.用剪刀切下整片叶用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整片，切口要平滑、整齐。也可以直接用手齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。轻轻掰下叶片。3.3.平躺放在沙床上，平躺放在沙床上，叶片间隔相聚叶片间隔相聚2 23 3厘厘米。米。4.4.叶片切口不要有叶片切口不要有碰脏，摆放通风处碰脏，摆放通风处2 23 3天，晾干。天，晾干。5.5.待叶片晾干后移至半待叶片晾干后移至半阴处养护。阴处养护。6.6.约约2 23 3周后生根，或周后生根，或从叶基处长出不定芽。从叶基处长出不定芽。7.7.叶插成功叶插成功5.实例（1）表现出全能性的例子：（2）未表现出全能性的例子：利用菊花茎段培养获得试管苗；利用胡萝卜的韧皮部细胞培养获得胡萝卜幼苗；芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶；受精卵发育成个体；一粒玉米种子长成一棵植株；神经干细胞分化形成各类神经细胞；蜜蜂的孤雌生殖中，卵细胞直接发育成雄蜂；通过花药离体培养，获得单倍体幼苗；胚胎干细胞可分化发育成

7、为各种组织器官的细胞；造血干细胞可分化形成多种血细胞；*多莉羊的诞生有没有表现出动物细胞的全能性？只表现了动物细胞核的全能性6.全能性大小比较（1）受精卵、体细胞、生殖细胞_（2）分化程度高的细胞、分化程度低的细胞_（3）分裂能力强的细胞、分裂能力弱的细胞_（4）植物细胞、动物细胞_（5）幼嫩的细胞、衰老的细胞_分化程度低的细胞分化程度高的细胞分裂能力强的细胞分裂能力弱的细胞受精卵生殖细胞体细胞植物细胞动物细胞幼嫩的细胞衰老的细胞（1）离体状态（2）种类齐全、比例适合的营养物质、激素等（3）适宜的外界条件7.细胞表现全能性的条件 植物组织培养是指在无菌条件下，将离体的植物的器官、组织、细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。（1）概念外植体如：茎尖、根尖无性生殖有丝分裂植物细胞的全能性生殖方式：分裂方式：原理：1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术（2）植物组织培养的条件：1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术离体无菌培养基适宜的外界条件培养基：种类齐全、比例适合的营养物质植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节生长素生长素/细胞分

8、裂素细胞分裂素 结果结果比值高比值高(1 1)比值低比值低(1)比值适中比值适中(=1 1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织的形成促进愈伤组织的形成蔗糖：提供能量、调节渗透压。1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术(3)一般过程：外植体愈伤组织根、芽等试管苗完整植株脱分化脱分化再分化再分化驯化驯化移栽移栽1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术(2)一般过程外植体愈伤组织根、芽等试管苗完整植株脱分化脱分化再分化再分化驯化驯化移栽移栽A.外植体：离体的植物器官、组织、细胞或原生质体。植物的茎尖、幼嫩的叶片、花药是常用的外植体。植物的茎尖、幼嫩的叶片、花药是常用的外植体。B.脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。思考：若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？为什么？愈伤组织中不含有叶绿体；培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，因此，愈伤组织中不含有叶绿体愈伤组织代谢类型？异养需氧型1.植物组织

9、培养二.植物细胞工程的基本技术(2)一般过程外植体愈伤组织根、芽等试管苗完整植株脱分化脱分化再分化再分化驯化驯化移栽移栽C.愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状态的薄壁细胞团。注意：无叶绿体，可进行有注意：无叶绿体，可进行有丝分裂丝分裂1.植物组织培养二.植物细胞工程的基本技术(2)一般过程外植体愈伤组织根、芽等试管苗完整植株脱分化脱分化再分化再分化驯化驯化移栽移栽D.再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养,又可以重新分化成胚状体、根、芽等,这个过程叫做再分化。脱分化过程中涉及的生命活动：脱分化过程中涉及的生命活动：_只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化再分化过程中涉及的生命活动：再分化过程中涉及的生命活动：_既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化 愈伤组织的细胞排列疏松而无规则是一种高度液泡化的无定形状态的细胞。愈伤组织形成以后，如果在原来的培养基上续培养，就会由于培养基中养分不足或有毒代谢产物的，导致愈伤组织生长停止，甚至老化变黑乃至死亡。如果要愈伤组织续生长增殖，必须定期地将它们分成

10、小块，接种到新鲜的培养基上，这样愈伤组织就可以长期保持旺盛的生长。愈伤组织的再分化主要有两种方式。一种是不定芽方式，就是在某些条件下，愈伤组织的细胞发生分化，形成不同的器官原基，再逐渐形成芽和根。另一种是胚状体方式，就是由愈伤组织诱导分化出的具有胚芽、胚根、胚轴的类似于胚的结构。能够产生胚状体的愈伤组织常见于胡萝卜、芦笋、玉米和小麦等植物。小贴士胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物（类似于自然种子胚(合子胚)的结构,），因而统称为胚状体。根、芽植物体脱分化再分化培养条件：无菌营养物质适宜环境条件（温度、PH、光等）植物激素：细胞分裂素生长素2.植物组织培养技术的一般过程细胞排列疏松不规则，高度液泡化，呈不定形状态的薄壁组织团块愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织重新分化愈伤组织重新分化为芽、根等器官为芽、根等器官失去特有结构和功能失去特有结构和功能转变成未分化的细胞转变成未分化的细胞特点：特点：子代与亲代子代与亲代性状性状高度遗传高度遗传菊花的组织培养1.实验原理植物细胞一般具有_；全能性在一定的激素和营养等条件的诱导下，已

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