1、專題專題2 2 細胞工程細胞工程 19961996年年7 7月月5 5日日, ,世界上第一只體細胞克隆動物世界上第一只體細胞克隆動物-克隆羊多利誕生于英國克隆羊多利誕生于英國. .這樣的生物技術屬于何種生物工程？這樣的生物技術屬于何種生物工程？細胞工程細胞工程 細胞工程是指應用細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學細胞生物學和分子生物學的的原理和方法，通過原理和方法，通過 或或細胞器水平細胞器水平上的操作，上的操作，按照人們的意愿來按照人們的意愿來改變改變細胞內的細胞內的遺傳物質遺傳物質或或獲得細獲得細胞產品胞產品的一門綜合科學技術。的一門綜合科學技術。什么叫細胞工程？什么叫細胞工程？按操作對

2、按操作對象分象分植物細胞工程植物細胞工程動物細胞工程動物細胞工程研究水平研究水平細胞水平細胞水平原理原理方法方法研究研究目的目的前者前者是細胞水平或細胞器水平上生物技術是細胞水平或細胞器水平上生物技術, ,后者后者是分子水平上的生物技術。是分子水平上的生物技術。克隆多莉羊技術是克隆多莉羊技術是 水平上的技術，水平上的技術，培育轉基因抗蟲棉是培育轉基因抗蟲棉是 水平上的技術。水平上的技術。細胞工程與基因工程相比：細胞工程與基因工程相比：細胞細胞分子分子思考思考: :這些菊花怎么長出來的？這些菊花怎么長出來的？ 為什么由一片花瓣通過培養可以得到一株完整為什么由一片花瓣通過培養可以得到一株完整植株呢

3、植株呢? ?一、細胞的全能性：一、細胞的全能性：1 1、概念：、概念： 生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能，的潛能，選擇干細胞培育成一個器官是屬于全能性（選擇干細胞培育成一個器官是屬于全能性（ ）2.12.1植物細胞工程基本技術植物細胞工程基本技術X X 2 2、基礎（具有全能性的原因）：、基礎（具有全能性的原因）：生物體細胞都是由生物體細胞都是由受精卵受精卵經經 分裂形的，都含分裂形的，都含有該物種所特有的有該物種所特有的全套遺傳物質全套遺傳物質，都有發育成為完，都有發育成為完整個體所需的整個體所需的 。全部基因全部基因有絲有絲3 3、全能性的

4、程度：、全能性的程度：4 4、生物體內細胞并沒有表現出全能性，而是分化成、生物體內細胞并沒有表現出全能性，而是分化成為不同的組織器官的原因為不同的組織器官的原因基因選擇性表達的結果基因選擇性表達的結果（1 1） 受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 植物細胞植物細胞 動物細胞動物細胞 （3 3）（4 4）分化程度低的細胞）分化程度低的細胞 分化程度高的細胞分化程度高的細胞一、細胞的全能性（重點一、細胞的全能性（重點 理解）：理解）：受精卵受精卵生殖細胞生殖細胞體細胞體細胞（2 2）5 5、條件：、條件： （1 1）離體狀態）離體狀態 （2 2）完全營養物質、激素）完全營養物質、激素 （3 3）

5、其他外界條件）其他外界條件一、細胞的全能性：一、細胞的全能性： 怎樣才能由一塊組織通過培養得到一株完整植怎樣才能由一塊組織通過培養得到一株完整植株株, , 應該如何操作應該如何操作? ?植物組織培養技術植物組織培養技術( (重點重點 理解理解 ) )：植物組織培養植物組織培養實驗實驗 胡蘿卜的組織培養技術胡蘿卜的組織培養技術 原理：原理： 植物根、莖、葉一般都具有全能性，在一定的營養植物根、莖、葉一般都具有全能性，在一定的營養和激素等條件下，可以和激素等條件下，可以 形成形成 , , 將愈傷組織轉接到含有不同激素成分的培養基上，將愈傷組織轉接到含有不同激素成分的培養基上，就可以誘導其生成胚狀體

6、或叢芽，進而發育成完整就可以誘導其生成胚狀體或叢芽，進而發育成完整的小植株。的小植株。l 證明：分化的植物細胞，能具有形成完整植株所需證明：分化的植物細胞，能具有形成完整植株所需要的要的 。 愈傷組織愈傷組織再分化再分化全部基因全部基因 (1)(1)在組織培養實驗中，為什么要強調所用器械的滅在組織培養實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？菌和實驗人員的無菌操作？ 防止雜菌污染，因為雜菌生長快，會和培養防止雜菌污染，因為雜菌生長快，會和培養物爭奪營養。雜菌生長過程中會產生有害的物質，物爭奪營養。雜菌生長過程中會產生有害的物質，導致培養物迅速死亡。導致培養物迅速死亡。(2)(2)

7、在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切取含在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷組織。胡蘿卜的其他部分（組織。胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花如莖、葉、花），是），是否也能培養成小植株？否也能培養成小植株？能。可以培養再生形成小植株，只是誘導愈傷組織能。可以培養再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。比較困難。u1 1、概念：、概念： 在在無菌無菌和人工控制條件下，將和人工控制條件下，將離體離體的的植物器官、植物器官、組織、細胞組織、細胞，培養在人工配制的培養基上，給予適宜的培，培養在人工配制的培養基上，給予適

8、宜的培養養條件條件，誘導其產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植，誘導其產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。株。u 2 2、理論基礎：植物細胞的全能性、理論基礎：植物細胞的全能性( (即原理即原理) )u 3 3、過程：、過程： 二、植物組織培養技術（重點二、植物組織培養技術（重點 理解）：理解）：也叫：外植體如：莖尖、根尖 適宜的溫度、PH值、養料、激素、充足氧氣條件 4 4、愈傷組織：、愈傷組織：由離體由離體 的植物組織或細胞，在培養的植物組織或細胞，在培養一段時間以后，通過一段時間以后，通過細胞分細胞分裂裂，形成的一群薄壁細胞。，形成的一群薄壁細胞。二、植物組織培養技術：二、植物組織培

9、養技術：有絲分裂有絲分裂特點：具分裂、分化能力特點：具分裂、分化能力即具有全能性（主要）即具有全能性（主要）無定形狀態無定形狀態 高度液泡化高度液泡化排列疏松、無規則排列疏松、無規則無葉綠體無葉綠體, ,不進行光合作用不進行光合作用u 5 5、脫分化脫分化：由：由高度分化高度分化的植物器官、組織或細胞的植物器官、組織或細胞產生產生愈傷組織愈傷組織的過程，又稱去分化。的過程，又稱去分化。條件：條件：適宜溫度、適宜溫度、避光避光、 pHpH和無菌環境。和無菌環境。無機物、有機物和植物激素（無機物、有機物和植物激素（生長素，細胞分裂素等生長素，細胞分裂素等）u6 6、再分化再分化：脫分化產生的愈傷組

10、織在培養過程中：脫分化產生的愈傷組織在培養過程中重重新分化根或芽新分化根或芽等器官的過程。（等器官的過程。（需光需光）二、植物組織培養技術：二、植物組織培養技術： 具分裂、分化能力具分裂、分化能力結果結果無細胞分裂、無細胞分裂、分化能力分化能力三、植物體細胞雜交技術：重點三、植物體細胞雜交技術：重點 理解理解不能不能存在生殖隔離存在生殖隔離嘗試用這兩種植物的嘗試用這兩種植物的體細胞體細胞進行雜交進行雜交這幅番茄這幅番茄馬鈴薯圖利用傳統有馬鈴薯圖利用傳統有性雜交方法能實現嗎？為什么？性雜交方法能實現嗎？為什么？1 1你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合

11、，遇到的第一個障礙是什么？到的第一個障礙是什么？2 2有沒有一種溫和的去壁方法呢？有沒有一種溫和的去壁方法呢？請思考：請思考：去細胞壁去細胞壁酶解法酶解法三、植物體細胞雜交技術（重點三、植物體細胞雜交技術（重點 理解）：理解）：原原生生質質體體番茄細番茄細胞胞原生質體原生質體融合融合再生出細再生出細胞壁胞壁雜種細胞雜種細胞脫分脫分化化愈傷組愈傷組織織雜種雜種植植株株再分再分化化三、植物體細胞雜交技術（重點三、植物體細胞雜交技術（重點 理解）：理解）：1 1、過程：、過程：馬馬鈴鈴薯薯細細胞胞標志：成功融合標志：成功融合人工誘導人工誘導去壁去壁植物組織培養植物組織培養植物細胞的融合植物細胞的融合

12、（1 1）、去壁的常用方法：）、去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等）酶解法（纖維素酶、果膠酶等） （2 2）、）、原生質體融合方法：原生質體融合方法：物理法：離心、振動、電刺激等物理法：離心、振動、電刺激等 化學法：聚乙二醇（化學法：聚乙二醇（PEGPEG） 三、植物體細胞雜交技術（重點三、植物體細胞雜交技術（重點 理解）：理解）：1 1、過程：、過程：（3 3）、組織培養）、組織培養利用電激法將野生馬鈴薯與栽培馬鈴薯進行細胞融合利用電激法將野生馬鈴薯與栽培馬鈴薯進行細胞融合三、植物體細胞雜交技術（重點三、植物體細胞雜交技術（重點 理解）：理解）：2 2、概念：、概念： 將不同種的將不

13、同種的植物體細胞植物體細胞，在一定條件下融合成雜種，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體新的植物體的技術。的技術。4 4、優勢：、優勢：（與有性雜交方法比較）與有性雜交方法比較） 克服植物遠緣雜交不親和性克服植物遠緣雜交不親和性 主要：原生質體融合主要：原生質體融合結果結果3 3、原理：、原理： 細胞膜的流動性細胞膜的流動性和和細胞全能性細胞全能性三、植物體細胞雜交技術（重點三、植物體細胞雜交技術（重點 理解）：理解）：如如 馬、驢馬、驢之間之間白白菜菜甘甘藍藍白菜甘藍白菜甘藍“白菜甘藍白菜甘藍”同普通白菜相比，具有生長期同普通白菜相比，具有生長期短

14、、耐熱性強和易于貯藏等優點。短、耐熱性強和易于貯藏等優點。三、植物體細胞雜交技術（重點三、植物體細胞雜交技術（重點 理解）：理解）：原原生生質質體體原生質體原生質體融合融合再生出細再生出細胞壁胞壁雜種細雜種細胞胞脫脫分分化化愈傷組愈傷組織織白菜白菜甘藍甘藍再分再分化化白菜愈傷白菜愈傷組織組織去壁去壁植物組織培養植物組織培養白菜組織白菜組織脫分化脫分化紫甘藍組織紫甘藍組織紫甘藍愈傷組織紫甘藍愈傷組織脫分化脫分化為什么為什么“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”超級雜種植株超級雜種植株沒有沒有如如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯？鈴薯？原因：原因：生物基因的表

15、達不是孤立的，它們之間是相生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，互調控、相互影響的，馬鈴薯馬鈴薯番茄雜交植株的細番茄雜交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受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植質的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達。株中的遺傳物質一樣有序表達。三、植物體細胞雜交技術（重點三、植物體細胞雜交技術（重點 理解）：理解）：5 5、未解決問題：、未解決問題：植物組織培養植物組織培養植物體細胞雜交技術植物體細胞雜交技術所屬范疇所屬范疇原理原理步驟步驟意義意義聯系聯系無性

16、繁殖無性繁殖細胞全能性細胞全能性脫分化脫分化再分化再分化保持優良性狀保持優良性狀 繁殖速度繁殖速度快大規模生產提高經濟效快大規模生產提高經濟效益益雜交技術應用了組織培養雜交技術應用了組織培養克服不同種生物遠緣克服不同種生物遠緣雜交不親和的障礙雜交不親和的障礙去除細胞壁去除細胞壁融合形成雜種細胞融合形成雜種細胞組織培養組織培養膜流動性、細胞全能性膜流動性、細胞全能性染色體變異、基因重組染色體變異、基因重組原生原生質體質體番茄細胞番茄細胞原生質體融合原生質體融合再生出細胞再生出細胞壁壁雜種細胞雜種細胞脫分脫分化化愈傷組愈傷組織織雜種雜種植株植株再分再分化化三、植物體細胞雜交技術（重點三、植物體細胞

17、雜交技術（重點 理解）：理解）：1 1、過程：、過程：馬馬鈴鈴薯薯細細胞胞(4N(4N1 1,48),48)(2N(2N2 2,24),24)？ ( (4N4N1 1+2N+2N2 2,60,60) )異源六倍體異源六倍體 ( (4N4N1 1+2N+2N2 2,60,60) )異源六倍體異源六倍體1 1、植物體細胞融合完成的標志是、植物體細胞融合完成的標志是 A A產生新的細胞壁產生新的細胞壁 B B細胞膜發生融合細胞膜發生融合 C C細胞質發生融合細胞質發生融合 D D細胞核發生融合細胞核發生融合A A2 2、用不同種植物的兩個體細胞融合成一個雜種細、用不同種植物的兩個體細胞融合成一個雜種

18、細胞的過程。該過程是指胞的過程。該過程是指A.A.不同植物的精子和卵細胞的融合不同植物的精子和卵細胞的融合 B.B.不同植物的原生質體的融合不同植物的原生質體的融合C C完整的兩個體細胞的融合完整的兩個體細胞的融合 D.D.植物花粉細胞的兩兩融合植物花粉細胞的兩兩融合B B鞏固練習鞏固練習3 3、右圖為植物體細胞雜交過程示意圖。據圖回答：、右圖為植物體細胞雜交過程示意圖。據圖回答：1 1）步驟是）步驟是_ _ 最常用的方法是最常用的方法是_。2 2）步驟一般常用的化學試劑是）步驟一般常用的化學試劑是 _ _ 目的是目的是_。3 3）在利用雜種細胞培育成為雜種）在利用雜種細胞培育成為雜種 植株的

19、過程中，運用的技術手段植株的過程中，運用的技術手段 是是_ _ ，其中步驟相，其中步驟相 當于當于_，步驟相當于，步驟相當于_。去掉細胞壁分離出有去掉細胞壁分離出有 酶解法酶解法 聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEG） 誘導原生質體融合誘導原生質體融合脫分化脫分化再分化再分化植物組織培養植物組織培養活力的原生質體活力的原生質體科技探索之路科技探索之路 19021902年，哈伯蘭特提出了年，哈伯蘭特提出了 的理論。的理論。 19371937年，懷特用煙草莖段形成層作材料，在試管中培年，懷特用煙草莖段形成層作材料，在試管中培養出了煙草植株。養出了煙草植株。 19581958年，斯圖爾德利用胡蘿卜的組織培養再次證明了年，斯圖爾德利用胡蘿卜的組織培養再次證明了 l 19651965年，沃索在一定培養基上由煙草的單細胞得到再年，沃索在一定培養基上由煙草的單細胞得到再生植株生植株 。l 19701970年，斯圖爾德年，