第2章細胞工程第1節

植物細胞工程

照片中兩只可愛的小猴，分別叫“中中”和“華華”，它們誕生于2017年，一出生就轟動了全世界，這是我國科學家的研究成果。你知道它們是如何培育出來的嗎？

在這之前，科學家培育了胚胎細胞克降猴，你知道兩者有什么不同嗎？其實，自1996年首個體細胞克隆動物多莉羊（Dolly）誕生以來，人類已經成功克隆了馬、牛和豬等大型家畜，但為什么體細胞克隆猴的誕生能轟動世界呢？第2章細胞工程1902年，哈伯蘭特，提出細胞全能性的理論。1958年，斯圖爾德，發現胡蘿卜的體細胞可分化為胚，為細胞全能性理論提供了強有力的支持。1960年，科金，用真菌的纖維素酶分解番茄根的細胞壁，成功獲得了原生質體。1964年，古哈，在培養毛曼陀羅的花藥時，首次得到了由花藥中的花粉粒發育而來的胚。1971年，卡爾森，誘導煙草種間原生質體融合，獲得了第一株體細胞種間雜種植株。1974年，土壤農桿菌的Ti質粒發現。之后，該質粒應用于植物分子生物學領域，促進了植物細胞工程與分子生物學技術的緊密結合。【科技探索之路

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植物細胞工程的發展歷程】1975年，米爾斯坦和科勒，創立單克隆抗體技術1890年，希普，世界上首例胚胎移植成功1907年，哈里森，首創了動物組織體外培養法1951年，張明覺，發現哺乳動物精子獲能現象1958年，格登，體細胞核移植成功1959年，試管家兔誕生1978年，胚胎分割移植工程1981年，埃文斯，分離和培養小鼠胚胎干細胞1996年，克隆羊誕生2006年，山中伸彌，獲得誘導多能干細胞2014年，單細胞基因組測序進行遺傳病篩查的試管嬰兒誕生2017年，我國科學家首次培育了體細胞克隆猴【科技探索之路·動物細胞工程的發展歷程】

“其茅葺，其葉青青，猶綠衣郎，挺節獨立，可敬可慕。迨（dài）夫開也，凝情瀼（ráng）露，萬態千妍，薰風自來，四坐芬郁，豈非入蘭室乎！豈非有國香乎”這是我國歷史上第一部蘭譜——《金漳蘭譜》（宋·趙時庚）中對蘭花的一段描述。

從古至今，我國人民都把蘭花看作高潔、典雅的象征，很多人喜歡養蘭花。但是，蘭花種子通常發育不全，在自然條件下萌發率極低；傳統分株繁殖的方法又存在繁殖周期長、繁殖率低等問題，如果靠自然繁殖，蘭花的價格可想而知了。如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入尋常百姓家呢？從社會中來利用植物組織培養技術可以大量、快速地培育蘭花。葉子花瓣花粉細胞植物體

一植物細胞工程的基本技術植物細胞工程的基本技術植物組織培養植物體細胞雜交植物細胞工程的理論基礎是什么?細胞的全能性1.概念：細胞經過分裂和分化后，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.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（或基因或遺傳信息）。3.體現全能性的標志：細胞（或組織或器官）→完整個體或其他各種細胞

實例：胡蘿卜韌皮部細胞發育成完整植株

受精卵發育成個體（動植物）蜜蜂受精卵發育成工蜂，卵細胞發育成雄峰用一片葉子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株4.發育過程中不體現全能性的實例：芽原基只能發育為芽，葉原基只能發育為葉5.發育過程中不體現全能性的原因：基因在特定時間、空間條件下選擇性表達（一）

細胞的全能性6.全能性大小的比較：①受精卵>胚胎干細胞>生殖細胞>體細胞；②植物細胞>動物細胞。隨著細胞分化程度的不斷提高,細胞的全能性逐漸降低。如何激活細胞的全能性呢？植物組織培養技術外植體脫分化愈傷組織再分化根、芽等試管苗馴化移栽完整植株1.概念：3.一般過程：指將離體的植物器官、組織或細胞等，培養在人工配制的培養基上，給予適宜的培養條件，誘導其形成完整植株的技術。移栽成活2.理論基礎：植物細胞的全能性外植體生殖方式：無性生殖（外植體為體細胞時）或有性生殖（外植體為生殖細胞時）分裂方式：有絲分裂（二）植物組織培養技術（二）植物組織培養技術在___________________條件的誘導下，已經分化的細胞失去其特有的結構和功能，轉變為_____________，進而形成_________的過程。一定的激素和營養等未分化的細胞愈傷組織排列不規則，高度液泡化，不定形具有很強分裂能力的薄壁組織團塊。愈傷組織重新分化成芽、根等器官的過程。（1）離體狀態（2）無菌操作（3）種類齊全、比例適合的營養物質（4）植物激素（主要是生長素和細胞分裂素）誘導和調節（5）適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）

相關概念脫分化：愈傷組織：再分化：適宜的培養條件：培養基：（1）狀態：固體培養基，其中需加入凝固劑，如瓊脂等（2）成分：水、有機物（如蔗糖等）、無機物、植物激素等

①蔗糖：提供能量、調節滲透壓。

②無機物：包括大量元素（如N、P、S、K、Ca、Mg等)和微量元素（如Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu等）

③植物激素：主要是生長素和細胞分裂素（3）其他條件：適宜的溫度、pH等用酒精擦拭雙手和超凈工作臺臺面

→流水沖洗

→酒精消毒30s

→無菌水清洗2～3次

→次氯酸鈉溶液處理30min

→無菌水清洗2～3次。外植體的消毒外植體的切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽外植體的消毒外植體的切段將消過毒的外植體置于無菌培養皿中→用無菌濾紙吸去表面的水分→用解剖刀將外植體切成0.5～1cm長的小段。探究?實踐（三）菊花的組織培養外植體的消毒外植體的切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3～1/2插入誘導愈傷組織的培養基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養瓶上作好標記。注意：接種時注意外植體的方向，不要倒插！（將“形態學上端”朝上，下端朝下）接種外植體探究?實踐（三）菊花的組織培養外植體的消毒外植體的切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽誘導愈傷組織培養基及培養條件：

生長素和細胞分裂素比例1：1、置于黑暗、提供有機碳源（蔗糖）、

18~22℃培養箱中探究?實踐（三）菊花的組織培養外植體的消毒外植體的切段接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽生根移栽誘導生芽生根注意：先誘導生芽，再誘導生根！須經兩次轉接培養基。生芽過程：生根過程：

生長素比例少、有機營養、不需光照；生長素比例多、無機營養、需光照。移栽移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養箱內生長幾日。用流水清洗掉根部的培養基后，將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環境中，待其長壯后再移栽入土。探究?實踐（三）菊花的組織培養1）雙手和超凈工作臺臺面（酒精）2）培養基的滅菌（高壓蒸汽滅菌）3）外植體的消毒（酒精、次氯酸鈉）4）切段用解剖刀滅菌（干熱滅菌）5）接種和轉接的無菌操作（酒精燈——灼燒）6）培養箱中的培養；7）移栽到消過毒的環境中生存一段時間。2、在整個操作過程中，是如何來實現無菌環境的？思考：1.為什么整個過程要保證無菌操作？避免雜菌在培養基上迅速生長消耗營養，同時防止有些雜菌危害培養物的生長。17探究?實踐（三）菊花的組織培養回顧實驗①外植體消毒②外植體切段③接種外植體④誘導愈傷組織⑤誘導生芽生根⑥移栽探究?實踐（三）菊花的組織培養1.接種3~4d后，檢查外植體的生長情況，統計有多少外植體被污染，試分析它們被污染的可能原因。

2.從剛接種的外植體到長出愈傷組織需經歷多少天？3.培育的試管苗能直接移栽到露地嗎？應如何操作？培養基、接種工具滅菌不徹底；外植體消毒不徹底；操作過程不符合無菌操作要求等。2周左右

生根苗移栽技術的關鍵是既要充分清洗根系表面的培養基，又不能傷及根系。一般使用無土栽培方法。培養基質要提前消毒，可以向培養基質噴灑質量分數為5%的高錳酸鉀，并用塑料薄膜覆蓋12h，掀開塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的組培苗要在溫室過渡幾天，待其長壯后再移植到大田或盆中。結果分析與評價探究?實踐（三）菊花的組織培養4.進一步探究

若想探究生長素與細胞分裂素的使用比例對植物組織培養的影響，則應如何設計對照實驗？①

空白對照：不加任何激素；②

實驗組1：生長素用量與細胞分裂素用量的比值為1；③

實驗組2：生長素用量與細胞分裂素用量的比值大于1；④

實驗組3：生長素用量與細胞分裂素用量的比值小于1。使用比例實驗結果生長素細胞分裂素>生長素細胞分裂素<生長素細胞分裂素＝有利于根的分化有利于芽的分化，抑制根的分化促進愈傷組織生長探究?實踐（三）菊花的組織培養總結：菊花的植物組織培養根、芽植物體脫分化再分化培養條件：①無菌

②營養物質③適宜環境條件（溫度、PH、光等）

④植物激素：遮光一定的光照芽發育成葉，葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照愈傷組織離體的植物器官、組織或細胞（外植體）愈傷組織重新分化為芽、根等器官失去特有結構和功能轉變成未分化的細胞植物激素中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。生長素和細胞分裂素的比例和濃度都會影響植物細胞的發育方向。如：胡蘿卜的形成層、菊花幼莖段、月季的花藥…排列不規則，高度液泡化，呈不定型狀態的薄壁細胞自我檢測1.植物組織培養是將離體的植物器官、組織或細胞等,培養在人工配制的培養基上,給予適宜的培養條件,誘導其形成完整植株的技術,判斷下列有關植物組織培養的表述是否正確。(1)高度分化的細胞只有發育成一個完整的生物個體,才能體現出細胞的全能性。(×)(2)植物的每個細胞在植物體內和體外都能表現出全能性。(×)(3)在植物組織培養過程中,細胞的遺傳物質一般都會發生改變。(×)(4)誘導愈傷組織期間需要給予光照。(×)2.下圖為植物組織培養過程,有關說法正確的是(

)A.②試管中的愈傷組織細胞全能性最高B.④試管中培育出的個體都是純合子C.①→②的過程需要光照D.①→④過程培養基保持不變答案A解析①試管中的外植體經脫分化形成②試管中的愈傷組織,愈傷組織是未分化的細胞,在本實驗中全能性最高;植物組織培養屬于無性生殖,不改變基因型,所以產生的個體基因型與母本是相同的,可能是純合子也可能是雜合子;脫分化形成愈傷組織的過程中一般不需要光照;植物組織培養的不同階段需要的條件不同,培養基中所含有的物質比例也不同,如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、比例等都會影響植物細胞的發育方向。3.植物組織培養技術是指將離體的植物器官、組織或細胞等,在人工配制的培養基上,給予適宜的培養條件,誘導其形成完整植株的技術。關于菊花組織培養的操作,下列敘述錯誤的是(

)A.組織培養選擇植物幼嫩的部分作外植體,更易誘導脫分化B.接種時用鑷子夾取菊花的外植體,全部插入誘導愈傷組織的培養基中C.將愈傷組織轉接到誘導生芽的培養基上培養,長出芽后再誘導生根D.將幼苗先移植到消過毒的蛭石或者珍珠巖等環境中,待其長壯后再移栽入土答案B解析植物幼嫩部分全能性高,細胞分裂能力強,更容易經過脫分化形成愈傷組織,A項正確;接種時用鑷子夾取菊花的外植體,將其部分插入誘導愈傷組織的培養基中,而不是全部插入,B項錯誤;植株組織培養時,將愈傷組織轉接到誘導生芽的培養基上培養,長出芽后再轉移至生根培養基中誘導生根,C項正確;