植物细胞工程的基本技术学案

专题二 细胞工程

一、细胞工程

1、概念:是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的

操作，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。

2、对细胞工程概念的理解：

⑴、原理和方法：细胞生物学和分子生物学。

⑵、操作水平：细胞水平或细胞器水平。

⑶、工程目的：按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

二、细胞工程的类型

1、按研究对象可分为：植物细胞工程、动物细胞工程

2、按所用技术可分为：

植物细胞工程的基本技术：植物组织培养和植物体细胞杂交。其中植物组织培养是基础。 动物细胞工程常用的技术手段：动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体,其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。

三、细胞工程的发展历程

1、1902年，德国科学家哈伯兰特提出细胞全能性的理论

2、1937年，美国科学家怀特在试管中培养出烟草植株

3、1958年，美国科学家斯图尔德用胡萝卜根的组织培养再次证明植物细胞的全能性 4、20世纪70年代，以植物细胞克隆为代表的细胞工程诞生

5、1907年，美国科学家哈里森实验证明了动物组织体外培养的可能性

6、1975年，英国科学家米尔斯坦和德国科学家科勒创立单克隆抗体技术

7、1996年，英国科学家维尔穆特博士世界上首次成功克隆羊---多利

8、2001年，中国首例克隆牛康康诞生在山东莱阳农学院

第一节 植物细胞工程

2.1.1植物细胞工程的基本技术

一、植物细胞的全能性

1、概念：生物体内几乎每一个细胞内都含有该物种的全套遗传物质，具有发育成为完整个

体所必需的全部基因，因此，这些细胞都具有发育成为一个新的生物个体的潜能。细胞的这种特性称为细胞全能性。

2、理论依据：生物体内几乎每一个细胞内都含有该物种的全套遗传物质，具有发育成为完

整个体所必需的全部基因。

二、植物细胞工程的原理：植物细胞的全能性。

三、细胞全能性表达的难易程度：

①植物细胞>动物细胞；

②同一个体：受精卵>生殖细胞＞干细胞>体细胞 ；

③同一细胞：刚产生>成熟>衰老；

④分裂能力强>分裂能力弱>不分裂 ；

⑤分化程度低>分化程度高。

四、植物组织培养技术

1、概念：是指在无菌和人工条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制

的培养基上，给予适宜条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。

2、植物组织培养技术概念的理解：

①培养对象：离体的植物组织、器官或细胞。

②培养条件：无菌、人工配制的培养基、相关激素等人工控制条件。

③培养结果：产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。

3、植物组织培养的过程：

4、相关概念

①愈伤组织：排列疏松、高度液泡化、无定形态，具有分生能力的薄壁细胞团。 ②脱分化：由已分化的植物细胞形成愈伤组织的过程。

③再分化：愈伤组织生长一段时间后再移植到新的培养基上继续培养，重新诱导分化形

成根、芽等器官的过程。

5、实现植物细胞全能性的条件：

①离体状态。

②环境条件适宜（如营养物质、激素、温度等）。

6、植物组织培养优点：取材少、耗时短、繁殖率高、便于自动化管理。

7、组织培养用途：快速繁殖名贵的花卉和果树；培育无病毒植物等。

8、进行植物组织培养时应注意的五个问题

(1)无菌：植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，

接种过程进行严格的无菌操作。

(2)取材：外植体的遗传特征、取材位置都会影响愈伤组织的再分化能力。

(3)营养比：培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质，其中生长素和细

胞分裂素用量的比例对器官的生成起决定作用。

(4)光照时期：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养。

(5)培养顺序：试管苗培养，要先进行生芽培养，再进行生根培养，试管苗培养要在光

照条件下进行。

3

五、常见易错点：

(1)幼嫩的组织脱分化较为容易，如茎尖、根尖、形成层细胞易脱分化，而植物的茎、

叶和成熟的组织则较难。

(2)对外植体要进行消毒处理，而对各种器械要彻底灭菌。

(3)植物组织培养中用到的有机碳源一般为蔗糖，用葡萄糖也可以，但后者的成本高。

(4)不同细胞的全能性不同，具体表现为：受精卵>生殖细胞>体细胞，离体细胞的全能

性表达与分化程度呈负相关，但生殖细胞特殊。

(5)脱分化形成愈伤组织的过程不需要光，再分化过程需要光，因为愈伤组织利用有机

营养成分，而试管苗需要进行光合作用以自养。

(6)植物组织培养中不同培养阶段培养基含有的激素不同，因为培养的目的不同(生根或

生芽)。

六、植物体细胞杂交：

1、概念：用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物

体的方法。包括植物细胞融合和植物组织培养。

2、植物体细胞杂交过程图示如下：

3、植物体细胞杂交过程解析：

⑴植物体细胞杂交的时间：从细胞融合开始，到培育成的新植物体结束。

⑵原生质体：是指去除植物细胞壁后获得的裸露的植物细胞结构等。

⑶理论基础（原理）：细胞膜具有一定的流动性；植物细胞具有全能性

⑷原生质体融合包括膜融合和核融合两个过程，诱导融合只能诱导细胞膜的融合，膜融合是细胞融合的关键，两个核的融合则是在杂种细胞第一次有丝分裂时进行的，而植物体细胞融合完成的标志是产生出新的细胞壁。

⑸繁殖类型：无性繁殖

⑹变异类型：染色体数目变异

4、意义（优点）：克服远缘杂交不亲和障碍。

5、植物组织培养和植物体细胞杂交的比较