细胞工程在环境治理方面的应用
摘要：细胞工程与基因工程一起代表着生物技术最新的发展前沿,伴随着试管植物、试管动物、转基因生物反应器等相继问世,细胞工程在生命科学、农业、医药、食品、环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。本文简要介绍了细胞工程的基本概念及其在环境治理中的应用状况,并对其应用前景提出展望。
关健词：细胞工程，细胞融合技术，细胞培养，细胞固定化，环境治理
一、细胞工程概论
细胞工程即是在细胞水平上应用细胞生物学和分子生物学等学科的理论和技术,按照人们的要求,有计划地大规模培养组织和细胞以获得生物极其制品,或以改变细胞的遗传组织或以生产新的品种的工程。围绕着生命活动这一中心,基因工程研究的是分子水平上DNA的复制和遗传信息的表达、蛋白质的合成等;细胞水平上的细胞工程研究的是细胞的增殖、分化、死亡;而个体水平上的研究则是遗传和发育。与基因工程相比,除被转移物质和转移方法不同外,在带有遗传信息的物质的选择、驯化、鉴定等方面二者基本相同;而细胞工程所要求的技术条件、实验设备以及经费等均比基因工程要求低一些,尤其是在人们对基因工程的安全性尚未给出确定的回答之前,细胞工程的价值格外受到重视。细胞工程的主要技术和应用川包括组织和细胞的培养技术,细胞的融合技术,细胞器移植技术,体外受精技术,物理、化学技术等。目前在环境治理中应用较多的是细胞培养技术,细胞的融合技术及物理、化学技术。
(一)细胞培养技术
细胞培养技术包括微生物的培养、植物细胞培养以及动物的组织与细胞培养。微生物的培养主要是指微生物营养结构的研究以及培养方法的研究,其目的是提供用于研究或生产的微生物菌种。植物细胞培养包括植物器官、组织、细胞、原生质体、胚和植株的培养。它是在植物组织技术基础上发展起来的,是指在离体条件下培养植物细胞的方法。与天然植物栽培相比,植物细胞培养因具有如下特点可能会成为能够解决有用代谢物长期供应问题的非常有希望的手段。: (二)细胞融合技术
细胞融合(cellfusion )，是指两个或多个细胞融合成一个双核或多核细胞，使一个细胞的遗传物质包括细胞核DNA和核外基因都进人另一个细胞。它是继转化、转导和接合之后一种更有效转移遗传物质的手段。细胞融合技术能克服遗传障碍，实现远源杂交，构建集双亲优良遗传性状于一体的融合子，创造有应用前景的生物}s。其整个过程包括:遗传标记筛选、原生质体的制备、融合与再生、融合子的鉴定。
1.遗传标记的筛选
融合子的筛选是融合过程中的关键。目前采用的亲本遗传标记和筛选主要有
下列几种方法。其一为营养缺陷型标记，即融合的双亲为营养缺陷型且为不同的缺陷型(单缺或双缺)，双亲缺陷的原生质体融合后于基本培养基上选择融合子。只有营养缺陷得到互补后的融合子才能恢复生长，亲本不能在基本培养基上生长。其二为抗药性标记，即利用菌种对药物的抗性存在差异。其三是利用荧光色素标记，在荧光显微镜下用显微操作挑出具有双亲两种荧光色素单细胞即为融合子。其四为失活原生质体供体法。其余尚有温度敏感型、糖发酵和同化性能、呼吸缺陷和形态等亲本标记选择方法。在实际应用中也有将上述某些方法结合起来使用，如营养缺陷型与抗药性、抗药性与灭活等。
2.原生质体制备与再生
根据细胞壁的不同结构与组成，菌体的处理方法不同。在制备细菌、放线菌的原生质体时，主要使用溶菌酶，其中革兰氏阳性菌(G一)用溶菌酶处理，革兰氏阴性菌(G一)用溶菌酶加乙二胺四乙酸钠(EDTA)处理。对于酵母、霉菌、大型真菌、植物，由于其细胞壁组成更为复杂，常用纤维素酶、蜗牛酶、几丁质酶等复合酶处理。原生质体的制备过程中受影响的因素主要有培养基成分、培养方法、菌龄、酶浓度、酶处理温度与时间、pH值、渗透压稳定剂等。制备的原生质体已经失去细胞壁，仅有一层厚约lOnm的细胞膜，它具有生物活性，但不是正常的细胞，在普通培养基上不能生长，必须涂布于再生培养基上，使之再生为正常的细胞。再生培养基需补加两类物质:一类是蛋白质、糖类或氨基酸等营养因子;另一类是渗透压稳定剂，如蔗糖(或甘露醇)、T二酸钠、KC1, Mgz‘等。
3.原生质体融合
1974年，匈牙利的Ferenczy}b〕采用离心力诱导的方法报道了白地霉( Geotrichumcandidum )的营养缺陷型突变株的原生质体的融合。随后人们相继用NaCI , KCl和Ca ( N03 )’等作为诱变剂进行融合，但融合频率都很低。同年Ka。发现PEG在适量Cap‘存在下能有效地诱导植物原生质体融合，从而使这一技术跃上了新的阶段，大大提高了融合频率。PEG多采用分子量4000和6000两种，Hopwood }']研究认为这两者融合的效果差别不大。融合率还受PEG和阳离子的浓度、诱导融合时间、pH值等因素的影响。林红雨等〔a]采用在融合液中添加新生磷酸钙的方法可以促进原生质体融合。在融合方法上，除了化学因子诱导融合外，电场诱导、激光诱导细胞融合的新技术，进一步提高了融合频率。
4.融合子的鉴定
在再生培养基上再生出的标记得到互补的菌落，我们可以初步判定它是融合子。由于这样检出的融合子中，还有部分杂合子、部分二倍体、异核体的存在，所以要对检出的融合子做进一步的鉴定。鉴定工作一般从形态学、生理生化性质、生物量、遗传学(基因型、DNA含量、GC比值)和同工酶等几个方面进行。近年来，也有人通过 DNA限制性内切酶酶切片段的比较、核甘酸序列分析、分子杂交RAPD
技术等分子生物学方法来鉴定融合子。到目前为止，虽然关于融合子中双亲株遗传物质重组的分子机制还不很明确，但有些问题人们已形成共识〔’{:原生质体融合后的细胞处于暂时的二倍体(或多倍体)状态，之后有两种可能:一是染色体DNA不发生重组，两种细胞的染色体共存于1个细胞内，形成异核体，这是不稳定的融合子;另一类是两亲株的整套基因组(包括细胞核、细胞质)相互接触，染色体DNA发生多位点交换产生真正的同源重组，从而产生各种各样的基因组合，获得多种类型的重组子，通过连续传代分离纯化可以将这两类融合区分开。另外，融合后染色体的重组是随机的种属间细胞对异源DNA的限制作用及染色体DNA 的非同源性，仍是融合的一大障碍。
(三)固定化细胞技术
固定化细胞技术(简称IMC )，也叫固定化微生物技术，是指通过化学或物理手段，将筛选分离出的适宜于降解特定废水的高效菌株，或通过基因工程技术克隆的特异性菌株进行固定化，使其保持活性并反复利用!’“一川。固定化细胞有细胞密度高、反应速度快、耐毒害能力强、产物分离容易、运转费用低、维护管理简单和剩余污泥少等优点，因此，固定化细胞技术已越来越受到人们的重视。
按照固定载体与作用方式不同，固定化细胞的制备方法可分为3种类型:吸附法、包埋法和交联法。
吸附法(载体结合法)通过物理吸附、化学或离子结合的方法，将细胞固定在非水溶性载
体上。该方法操作简单，细胞活性损失小，载体可反复使用，但所能固定的细胞数量有限，细胞和载体结合不牢，易脱落。废水处理中的生物膜法是其代表性例子。
包埋法是使细胞扩散进人多孔性载体内部或将细胞包裹在凝胶网格结构中或半透性聚合薄膜内，小分子的底物和产物可以自由扩散，而细胞却不会扩散到周围介质中去。该法操作简单，对细胞活性影响小，制作的固定化细胞球强度高，是目前研究最广泛的固定化方法，但包埋材料会一定程度阻碍底物和氧扩散，并对大分子底物不适用。
交联法(架桥法)是不用载体的，它利用两个以上功能团试剂，直接与细胞表面的反应基
团如氨基轻基等进行交联，形成共价键来固定细胞。此法化学反应条件剧烈，对细胞活性影响大，实际常与其他方法结合。聚集一交联固定法是使用凝聚剂将菌体细胞形成细胞聚集体，再利用双功能或多功能交联剂与细胞表面的活性基团发生反应，使细胞彼此交联形成稳定的立体网状结构。这样，高效菌体不易流失，生物浓度高，而提高了处理效果}iz}0
二、细胞工程在环境保护中的应用
(一)植物细胞培养用于可降解塑料的生产
利用植物本身作为生物反应器进行次生代谢产物的生产，发挥植物的生物合成能力，为人类生产出人类所需的原料，业已成为一颇具前途的新领域，现在已经有多种物质可以用培养转基因植物进行生产，例如利用植物可以进行可生物降解塑料的生产。聚经基烷醋(PHA)是一种可以用来制备可生物降解塑料的单体原料。以乙酞一CoA为前提合成的，现在主要用微生物发酵法进行生产。
自从 1992年美国科学家首次进行了植物生产PHB的尝试{”〕后，Somerville、小组于1994年改进了策略，将PHB定位于质体ya.u;。英国Zenica 公司将phbA, phbB, phbC基因导人了油菜，利用Rubisco小亚基转运肤将三个基因定位于叶绿体中表达，提高了产量。美国Monsanto公司的科研人员正在同时进行转基因油菜和大豆生产PHB的研究。德国Trethewey利用，今铃薯在块茎的胞质和线粒体中合成PHB}'6} o Padgett。等to 1在研究转基因植物生产PHB 的同时将植物生产共聚物PHBV也摆上了日程。利用环基因植物进行PHA的生产可以极大地降低成本，从而有利于推广可生物降解塑料的生产和使用。
(导)细胞融合技术构建环境治理工程菌
1 纤维素降解菌原生质体融合和沼泽红假单抱菌在PEC催化下得到光合细菌种间融合子}19J。其融合子对降解底物中COD的能力优于任一亲本菌株，表现出高效降解、利用有机污染物的优势。随后对光合细菌球形红假单胞菌P9479 (NtrSms)与酿酒酵母Y9407 (NtsSms)的融合细胞Fo。和Fzl的性能研究[zap表明:两融合子耐酸性能与酿酒酵母相似;Foa耐热性近与酿酒酵母，Fzl的耐热性近与球形红假单胞菌.在B. Braun反应器中，融合子Fzl的观测产率系数Yobs 和菌体产量△X高于球形红假单胞菌;对废水中污染物BOD，的去除率E和容积负荷U}在底物浓度BOD，为4b00m岁L时均优于双亲;融合子Fzl的生物负荷Ub 和菌体比降解率9高于酿酒酵母，絮凝效率P优于任一亲株。融合子在多方面综合了双亲菌株优势，可见将原生质体融合技术引人废水资源化处理的应用领域具有良好前景。
4.利用细胞融合技术构建抗污染型植物
工业革命以来，人类活动特别是工业活动造成了严重的环境污染。当生物群落受污染物胁迫时，不同物种的适应性反应不可能完全相同，某些物种因无抗性基因而被淘汰。有研究表明由于大气高浓度SO，的影响，美国俄亥俄州北部白松群体至少有40%的种质已丢失}”一。熏蒸实验和野外调查表明，在颤杨(Populustremuloides)和红械( Acerrubrum)中也有类似的情况!
污染胁迫的最显著效应是消除敏感物种或个体，改变生物群落的物种构成。研究表明，污染胁迫导致植物居群进化。矿山和冶炼厂污染区出现抗重金属生态型[’“。农业杂草中发现抗除草剂进化}”’。抗气体污染物进化也有若干报道!w1。
在研究过的实例中，除少数例外，抗污染性均表现为可遗传性状，而目前关于抗污染特性的遗传基础仍然研究得不充分!”}，所以我们可以利用细胞融合技术的优势，将抗污染性植人其他植物体内以保证该物种对环境污染良好的适应性。美国纽约州厄普顿Brookhaven国家实验室的微生物学家Daniel van der Lelie 和比利时林堡大学中心的环境生物学家]aco Vangronsveld领导的研究小组发现，向植物中注射一种细菌的菌株能够使植物降低甲苯致病的能力。于是研究人员采集了一种通常存在于黄羽扁豆内部的细菌，这些无害的细菌多位于细胞的表面，并且将它们与那些具有降解甲苯能力的细菌进行原生质融合，结果本地的黄羽扁豆在与细菌之间的基因交换过程中获得了能够降解甲苯的基因。这种新加载的细菌使得黄羽扁豆能够在受过污染的土壤中茁壮生长，而此前那些未经过改良的普通黄羽扁豆却无法生存。
三、细胞工程在环境治理中的应用前景
细胞工程技术是发展迅速的一项污染环境治理技术。实践证明,采用细胞工程技术治理污染环境,可以最大限度地去除环境中的污染物。是保障可持续发展的一项最有力的措施。随着细胞工程菌的出现,细胞工程技术将不断应用于更多的污染环境的治理工程中。培养出新的特效物种并进一步提高其应用效率、降低应用成本;运用各种相关技术加以优化组合,尤其是高效、低能耗易普及的特种微生物与特殊工艺的最佳结合;加强不同专业、不同学科之间的合作,如将毒理学和微生物学和环境工程学相结合;从根本上消除污染源充分协调人与自然之间的关系,充分实现废物资源化。
参考文献
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细
胞
工
程
论
文
专业：生物科学与生物技术
班级：B110710
学号：B11071019
姓名：赵满
专题2 细胞工程 一、单选题 1.下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是() A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞 B．克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变 C．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的 D．恶性细胞系的细胞可进行传代培养 2.下列有关细胞全能性的叙述，正确的是() A．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能现出全能性C．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同D．紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性 3.下列关于动物细胞培养的叙述不正确的是() A．动物细胞培养技术的原理是细胞的全能性 B．传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞 C．癌细胞在培养瓶中不会出现接触抑制现象 D．动物细胞培养一般需要使用CO2培养箱 4.下列哪种生物不能通过突变体的利用而获得() A．抗除草剂的白三叶草 B．生产胰岛素的大肠杆菌 C．高产的水稻 D．蛋白质含量高的小麦 5.下列不属于动物细胞工程应用的是() A．大规模生产干扰素，用于抵抗病毒引起的感染 B．为大面积烧伤的病人提供移植的皮肤细胞 C．大规模生产食品添加剂、杀虫剂等 D．利用胚胎移植技术，加快优良种畜的繁殖 6.与创造“番茄——马铃薯”杂交植株有关的生物技术是() ①转基因技术②细胞核移植③植物组织培养④细胞融合A．①③
B．③④ C．②③ D．①④ 7.植物组织培养技术，可以培养或产生() A．药物 B．无病毒植株 C．人工种子 D． A、B、C均是 8.植物体细胞杂交的结果是() A．产生杂种植株 B．产生杂种细胞 C．原生质体融合 D．形成愈伤组织 9.动物细胞融合的目的中最重要的是() A．克服远缘杂交不亲和 B．制备单克隆抗体 C．培育新物种 D．生产杂交细胞 10.下列关于现代生物技术的应用叙述，不正确的是() A．植物组织培养技术可用于转基因植物的培育 B．动物细胞培养技术可以克隆出动物个体 C．单克隆抗体技术用于制备“生物导弹” D．蛋白质工程可以改造自然界现有的蛋白质 11.运用细胞工程技术获得单克隆抗体时，下列操作不必要的是() A．对小动物注射抗原 B．融合并筛选杂交瘤细胞 C．培养杂交瘤细胞 D．将胰蛋白酶注入小鼠腹腔 12.关于动物细胞培养和植物组织培养的叙述，错误的是() A．动物细胞培养和植物组织培养所用培养基不同 B．动物细胞培养和植物组织培养过程中都要用到胰蛋白酶
细胞工程是指体外人工培养细胞，通过细胞杂交的方法人为改变细胞的某些生物学特性，加速动物或植物个体繁殖，改良种质或创造生物新品种及获得某些有用物质的过程[1]。植物细胞工程是一门以植物组织培养为基础，具有广泛应用前景和实用价值的生物技术，其理论基础是植物细胞的全能性。植物细胞培养是指可以把植物的胚、胚轴、根、茎、叶、花、果实、种子、花粉或分生组织等任一部分离体培养成为植株；植物细胞杂交是指分离植物体上的细胞后用纤维素酶除去细胞壁，使其变为原生质体，在灭活的仙台病毒或PEG 诱导下促进不同品种的两个细胞完成杂交过程，从而培养为杂种植株[2]。目前，根据人们的需要已经相继完善和发展了一些具有特色的植物细胞工程实用技术，包括植物细胞组织培养技术、无性快繁技术及单倍体育种技术等，这些技术在脱毒苗生产、经济植物快繁、植物新品种选育及有用次生代谢产物生产方面发挥了重要作用[3]。1 植物细胞工程在脱毒苗生产方面的应用 长期进行营养繁殖的农作物及果树、蔬菜等 往往会积累许多病毒和类病毒，病毒和类病毒的感染常导致亲本性状退化，使农产品的产量和质 量明显下降。 植物细胞工程可应用于脱毒苗生产，一般多采用茎尖脱毒的方法，通过茎尖组织培养 可以获得无病毒和类病毒感染的再生苗。如茎尖 脱毒获得的脱番茄斑萎病毒（TSWV ）[4] 、脱黄瓜花叶病毒（CMV ）[5]及脱菊花病毒B （CVB ）[6]的再生苗等。近年来，中国相继出现了许多脱毒试管苗生产工厂，黑龙江、内蒙古、湖南、湖北、河南和甘肃等地都建立了生产脱毒种薯的原种场，脱毒马铃薯已经推广了近30万hm 2，平均增产50%以上。目前，草莓、苹果、柑橘和葡萄等经济植物都已建立了脱毒苗生产技术。2 植物细胞工程在经济植物快繁方面的应用 植物快繁是指利用组织培养技术，将来自优良植株的植物组织或细胞进行离体培养，短期内获得大量遗传性状一致的个体的方法。植物快繁技术在农业上有着广泛的应用，如可以使生根困难的名贵花卉大量繁殖，还可应用于杂合植物材料的快繁，因为很多优良的观赏植物和经济植物 植物生理与生物技术 植物细胞工程在农业生产中的应用 柳成荫，杨洪兵 （青岛农业大学生命科学学院，山东青岛266109） 摘要：介绍了植物细胞工程在脱毒苗生产、经济植物快繁、植物新品种选育及有用次生代谢产物生产方面的应用情况。 关键词：细胞培养；细胞杂交；脱毒苗；生物发生器；育种中图分类号：Q813 文献标识码A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2011.05.003 Application of Plant Cell Engineering in Agricultural Production LIU Cheng-yin,YANG Hong-bing （College of Life Science,Qingdao Agricultural University,Qingdao ，Shandong 266109,China ） Abstract :This article introduced the application of plant cell engineering in production of virus-free seedlings,rapid propagation of economic plants,breeding of new plant variety and production of useful secondary metabolites.Key words:cell culture;cell hybridization;virus-free seedlings;bio-generator;breeding 2011，17（5）：9-11 天津农业科学Tianjin Agricultural Sciences 收稿日期：2011-05-10；修订日期：2011-07-26 基金项目：山东省自然科学基金项目（ZR2010CL019）；青岛农业大学院重点课程建设项目（YZDK1003）作者简介：柳成荫（1989-），男，山东青岛人，在读本科生，从事植物逆境生理研究。通讯作者为杨洪兵。
植物a 叶片叶组 织块 b 愈伤 组织 c 有生根发芽能力的胚 状结构 d 人工 种子 e 种苗 91 届高二生物选修 3 练习：专题二《细胞工程》 一、单项选择题 1、对细胞全能性的表达正确的是 A．离体的植物细胞均能够表现出全能性 B．动物细胞融合标志着动物细胞全能性的实现C．花粉可培育成单倍体植株是细胞全能性的表现 D．单克隆抗体的制备依据的原理是细胞的全能性 2、在下列选项中，需要采用植物组织培养技术的是 ①利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株②获取大量的脱毒苗 ③制备人工种子④单倍体育种⑤无子西瓜的快速大量繁殖 A.①②③ B.③④⑤ C.①②④⑤ D.②③④⑤ 3、植物组织培养过程的顺序是 ①离体的植物器官、组织或细胞②根、芽③愈伤组织④脱分化⑤再分化⑥植物体 A.①④③⑤②⑥ B.①④③②⑤⑥ C.①⑤④③②⑥ D.⑥①④③⑤② 4、下面为植物组织培养过程流程图解，以下相关叙述不正确的是 A.上述过程中脱分化发生在b 步骤，形成愈伤组织，在此过程中植物激素发挥了重要作用 B. 再分化发生在d 步骤，是愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程 C.从叶组织块到种苗形成的过程说明番茄叶片细胞具有全能性 D.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 5、下列关于植物体细胞杂交的叙述，错误的是 A.不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程 B.参与杂种细胞壁形成的细胞器主要是线粒体和核糖体 C．植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制，培育远缘杂种植株 D．杂种植株表现出的性状是基因选择性表达的结果 6、下图所示为植物体细胞杂交技术的过程，错误的是 A.A 和 B 细胞诱导融合前要先去除细胞壁，可用纤维素酶和果胶酶处理 B.从A 和B 细胞到 C 细胞的过程中，常用离心、振动、电刺激用聚乙二醇（PEG）作为诱 导剂 C.A 和 B 细胞融合完成的标志是再生出新的细胞壁 D. 植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞 7、在动物细胞培养过程中，下列处理不恰当的是 A．培养液和培养用具要进行无菌处理 B．提供种类齐全的营养物质 C．提供纯氧以保证细胞的呼吸作用D．保证提供适宜的温度和pH 8、下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是 A．培养中的人效应T 细胞能产生单克隆抗体B．培养中的人B 细胞能够无限地增殖C．人的成熟红细胞经过培养能形成细胞株D．用胰蛋白酶处理肝组织可获得单个肝细胞9、关于动物细胞培养的下列叙述中正确的是 A．动物细胞培养不能获得有重要价值的蛋白质生物制品 B．动物细胞培养前要用胰蛋白酶处理使细胞分散 C．细胞遗传物质的改变发生于原代培养过程中 D．培养至 50 代后能继续传代的细胞叫细胞株 10、动物细胞融合和植物原生质体融合比较，特殊性表现在 A．融合的原因B．融合的优点C．融合的诱导手段D．融合的过程
细胞工程 考点一植物细胞工程1.细胞工程 (1)操作水平：细胞水平或细胞器水平。 (2)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。 2.植物细胞的全能性 (1)概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。 (2)原理：细胞内含有本物种的全部遗传信息。 (3)全能性表达条件：具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。 3.植物组织培养技术 (1)原理：植物细胞具有全能性。 (2)过程： 4.植物体细胞杂交技术 (1)概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。 (2)原理：体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 (3)过程(4)意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。 5.植物细胞工程的实际应用 (1)植物繁殖的新途径 ①微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 ②作物脱毒技术：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。 ③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。 (2)作物新品种的培育 ①单倍体育种 a.实质：花药离体培养过程就是植物组织培养过程。 b.流程：花药单倍体幼苗――――――――→ 秋水仙素诱导 染色体数目加倍 纯合子。 c.优点：后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。 ②突变体的利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 (3)细胞产物的工厂化生产 1.植物组织培养的关键 (1)条件：离体，一定营养物质，激素(生长素、细胞分裂素)等。
植物细胞工程应用及发展前景 摘要本文主要阐述了植物细胞工程的发展前景及在农业、园林、医药、转基因技术中的应用现状。植物细胞工程是一门以植物组织培养为基础, 具有广泛应用前景和实用价值的生物技术。目前根据人们的需要已经相继完善和发展了一些具有特色的实用技术, 这些技术的发展和应用, 使植物细胞工程在人类现代生活中的地位更加突出, 并发挥着越来越重要的用。关键词植物细胞工程应用发展前景 正文 植物细胞工程是一门以植物组织培养为基础,具有广泛应用前景和实用价值的生物技术。随着该技术的不断完善和发展, 植物细胞工程已经在部分经济植物的育种和繁殖中发挥着十分重要的作用。目前根据人们的需要已经相继完善和发展了一些具有特色的实用技术, 包括植物细胞培养技术、无性快繁技术、制备转基因植物、单倍体育种及胚胎培养等。这些技术的发展和应用, 使得植物细胞工程在人类的现代生活中的地位更加突出, 并在经济植物快繁、植物新品种选育和有用次生代谢产物的生产方面发挥了重要的作用。 1 培养植物细胞 获得生物产品对于人类来说, 植物次生代谢产物一直是药物和工业原料的重要来源, 同时很多植物次生代谢产物又是优良的食品添加剂和名贵的化妆品原料, 有些甚至是生物毒素的主要来源, 可以用于杀虫、杀菌而对环境和人畜无害。植物细胞培养作为重组蛋白的生产系统, 集合了微生物发酵、动物细胞培养和完整植株培养系统的很多优点。可以利用植物细胞悬浮培养、固定化培养及各种生物反应器实现次生代谢产物尤其是药用植物成分的大量生产, 这对实现中药技术现代化具有重要意义。目前, 我国的药用植物细胞培养技术取得了很大进展。以细胞培养技术为主要手段的商品化生产药用植物天然产物的工业正在迅速崛起。如人参、毛地黄、萝芙木、紫草、黄连等已实现了工业化生产。人参根的培养已达到了200升发酵罐。红花细胞培养的研究也进入了中间试验水平。除此之外, 我国科研人员还进行了当归、青蒿、长春花、紫背天葵、延胡索等药用植物的细胞工程研究。新疆紫草、人参的细胞培养进入了工业化生产。据统计, 现在已经能从400多种药用植物中建立了植物组织和细胞培养物, 从中分离出600 多种代谢产物。但由于技术上的原因, 与人类所需相比仅有少数的物质可用细胞培养的方法来生产, 主要困难是在一些培养的组织细胞中次生代谢产物的含量极低。因此开展旨在提高药用有效成分的细胞培养及次生代谢调控工作是一项很有应用前景的探索性研究工作。 2 植物无性快繁技术 植物无性快繁技术是指利用离体培养技术, 将来自优良植株的茎尖、腋芽、叶片、鳞片等器官、组织和细胞进行离体培养, 在短期内获得大量遗传性状一致的个体的方法[ 1 ] 。植物快繁的速率是相当惊人的。如大花蕙兰的快速繁殖, 在适宜的条件下, 一个大花蕙兰的圆球茎在一个半月里可以增殖出6个圆球茎, 每年可继代培养8次, 一年之内就可以繁殖出85 = 2097152个圆球茎, 这些圆球茎又可以进一步长成有商品价值的试管苗。植物快速繁殖技术在园艺和农业上有广泛的应用。首先, 可应用于杂合植物材料的大量繁殖, 许多优良观赏植物和经济植物的所谓! 品种?都是杂种, 一旦有性繁殖, 后代性状分离则不能得到性状均一的植株, 通过无性繁殖能够保持杂合性, 并且大量生产性状均一的商品苗。其次可应用于脱病毒种苗生产。长时期营养繁殖的农作物和果树往往感染和积累了许病毒, 通过茎尖培养可以脱除病毒, 并进行无毒苗的大量生产。近年来我国出现了许多脱毒试管苗工厂。广东新会和顺德已建立了两个年产百万株试管苗的工厂。新会的试管苗厂扩建后, 目前年生产能力达到2000 万株。同时对香蕉的主要病害香蕉花叶病和束顶病进行了研究。另 外, 内蒙古、黑龙江、湖南、湖北、河南、甘肃等地建立了生产脱毒种薯的原种场。脱毒马
植物细胞工程知识点清单 （一）植物组织培养 1.理论基础（原理）：细胞全能性 2.全能性概念：具有某生物发育所需全部遗传信息的细胞，都具有发育成完整个体的潜能。 3、过程：外植体—脱分化—愈伤组织—再分化—丛芽、不定根—新植株 4、相关概念及实验注意事项 ①外植体：离体植物器官、组织、细胞 ②愈伤组织：高度液泡化，无固定形态的薄壁细胞。全能性高，分化程度低 ③外植体消毒：70%酒精30s—无菌水冲洗—次氯酸钠30min—无菌水冲洗 ④取材：选取形成层部位 ⑤脱分化：23~26o C，避光 ⑥再分化：将愈伤组织转接到分化培养基，光照下培养 ⑦生长素/ 细胞分裂素：比值高—促进生根；比值低—促进发芽 5、植物组织培养概念：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官，组织，细胞培养在人工配置的培养基上，诱导其产生愈伤组织，丛芽，最终形成完整的植株。 6、地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。 （二）植物体细胞杂交 1、植物体细胞杂交概念：将不同种的植物细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的过程。 2、过程及注意事项： ①去除细胞壁：酶解法（纤维素酶、果胶酶），获得原生质体 ②原生质体融合方法：物理法（离心、震荡、电刺激）；化学法：聚乙二醇 ③细胞融合成功的标志：杂种细胞再生细胞壁 3、融合结果：获得杂种细胞，进而获得杂种植株。 A细胞+B细胞所得杂种植株遗传物质=A+B 4、成功例子：番茄—马铃薯；烟草—海岛烟草；胡萝卜—羊角芹；白菜—甘蓝 5、优点：克服远缘杂交不亲和障碍 6、局限性：不能按照人的要求表达性状 （三）植物细胞工程应用 1、微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖（观赏植物，经济林木，无性繁殖作物） 2、作物脱毒：采用茎尖等分生区组织培养来除去病毒（因为分生区附近的病毒极少或没有） 如：马铃薯；草莓；甘蔗；菠萝、香蕉等经济作物 3、人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输 4、作物新品种培育：单倍体育种 5、突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体） 6、细胞产物的生产：通过能够产生对人们有利的产物的细胞进行组织培养，从而让它们能够产生大量的细胞产物。 如：生产人参皂甙，三七，紫草，银杏等。 （定向诱导愈伤组织细胞分化为产生特定物质的细胞，提纯产物）
.2植物细胞工程的实际应用教案 一、教材分析 《植物细胞工程的实际应用》是人教版高中生物选修三《现代生物科技专题》专题2 第一节《植物细胞工程》第2课时的教学内容。第1节课已经学习了细胞的全能性、植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术等三方面内容。在此基础上，本节主要学习植物细胞工程的三方面应用，即植物繁殖的新途径、作物新品种的培育，以及细胞产物的工厂化生产等内容。 二、教学目标 1．知识目标： （1）掌握微型繁殖和植物组织培养的联系 （2）掌握作物脱毒、人工种子的制备过程和意义 （3）了解单倍体育种和突变体的利用 2．教学重点难点 重点：植物细胞工程应用的实例 难点：掌握作物脱毒、人工种子的制备过程 三、教学方法： 1．学案导学：见后面的学案。 2．理解记忆为主结合讨论的方法 四、教学过程 (一) 复习提问、导入新课： 植物组织培养的概念、原理、过程方法、意义？ 植物体细胞杂交技术概念、原理、过程方法、意义？ （二）导入新课 （三）重难点讲解 在植物微型繁殖新途径的教学中，首先可由植物组织培养技术引入，让学生回忆植物组织培养技术的基本原理和过程，思考利用这项技术能做哪些工作？再逐一讲解微型繁殖技术、作物脱毒及人工种子。 一、植物微型繁殖新途径 1. 微型繁殖与无性生殖 微型繁殖是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，实际上是无性生殖的一种。在繁殖的过程中，细胞进行有丝分裂，因此亲、子代细胞内DNA相同，具有相同的基因，因此能保证亲、子代遗传特性不变。利用这种技术能高效快速实现种苗的大量繁殖。 2．微型繁殖与作物脱毒、人工种子 作物脱毒、人工种子、单倍体育种的培育过程均有采用微型繁殖的技术。作物脱毒主要是强调微型繁殖的取材一定是无毒（的如茎尖、根尖），才能繁殖出无毒的幼苗。 人工种子采用的还是微型繁殖的技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽，包上人工种皮就可形成人工种子。人工种子与微型繁殖得到的幼苗一样能保持亲本的优良性状，另外还可不受气候、季节和地域的限制。
2.1.2植物细胞工程的实际应用教案 一、教材分析 《植物细胞工程的实际应用》是人教版高中生物选修三《现代生物科技专题》专题2第一节《植物细胞工程》第2课时的教学内容。第1节课已经学习了细胞的全能性、植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术等三方面内容。在此基础上，本节主要学习植物细胞工程的三方面应用，即植物繁殖的新途径、作物新品种的培育，以及细胞产物的工厂化生产等内容。 二、教学目标 1．知识目标： （1）掌握微型繁殖和植物组织培养的联系 （2）掌握作物脱毒、人工种子的制备过程和意义 （3）了解单倍体育种和突变体的利用 2．教学重点难点 重点：植物细胞工程应用的实例 难点：掌握作物脱毒、人工种子的制备过程 三、教学方法： 1．学案导学：见后面的学案。 2．理解记忆为主结合讨论的方法 四、教学过程 (一) 复习提问、导入新课： 植物组织培养的概念、原理、过程方法、意义？ 植物体细胞杂交技术概念、原理、过程方法、意义？ （二）导入新课 （三）重难点讲解 在植物微型繁殖新途径的教学中，首先可由植物组织培养技术引入，让学生回忆植物组织培养技术的基本原理和过程，思考利用这项技术能做哪些工作？再逐一讲解微型繁殖技术、作物脱毒及人工种子。 一、植物微型繁殖新途径 1. 微型繁殖与无性生殖 微型繁殖是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，实际上是无性生殖的一种。在繁殖的过程中，细胞进行有丝分裂，因此亲、子代细胞内DNA相同，具有相同的基因，因此能保证亲、子代遗传特性不变。利用这种技术能高效快速实现种苗的大量繁殖。 2．微型繁殖与作物脱毒、人工种子 作物脱毒、人工种子、单倍体育种的培育过程均有采用微型繁殖的技术。作物脱毒主要是强调微型繁殖的取材一定是无毒（的如茎尖、根尖），才能繁殖出无毒的幼苗。 人工种子采用的还是微型繁殖的技术，但是只需培育得到胚状体、不定芽、顶芽和腋芽，包上人工种皮就可形成人工种子。人工种子与微型繁殖得到的幼苗一样能保持亲本的优良性状，另外还可不受气候、季节和地域的限制。 二、作物新品种的培育
t i m e a h i n g o o r 细胞工程考点一 植物细胞工程 1.细胞工程 (1)操作水平：细胞水平或细胞器水平。 (2)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。2.植物细胞的全能性 (1)概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。 (2)原理：细胞内含有本物种的全部遗传信息。(3)全能性表达条件：具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜 外界条件。3.植物组织培养技术 (1)原理：植物细胞具有全能性。(2) 过程： 4.植物体细胞杂交技术 (1)概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。 (2)原理：体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。(3) 过程 (4)意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。5.植物细胞工程的实际应用 (1)植物繁殖的新途径 ①微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 ②作物脱毒技术：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。 ③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。(2)作物新品种的培育①单倍体育种 a.实质：花药离体培养过程就是植物组织培养过程。 b.流程：花药单倍体幼苗纯合子。 ――――――――→ 秋水仙素诱导 染色体数目加倍c.优点：后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。②突变体的利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。(3) 细胞产物的工厂化生产 1.植物组织培养的关键 (1)条件：离体，一定营养物质，激素(生长素、细胞分裂素)等。
细胞工程的应用及发展前景 姓名:刘长红学号：200908010310 专业：生物科学3班 摘要：细胞工程，就是以细胞为单位，按人们的意志，应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术，有目的地进行精心设计，精心操作，使细胞的某些遗传特性发生改变，达到改良或产生新品种的目的，以及使细胞增加或重新获得产生某种特定产物的能力，从而在离体条件下进行大量培养、增殖，并提取出对人类有用的产品的一门应用科学和技术。它主要由上游工程（包括细胞培养、细胞遗传操作和细胞保藏）和下游工程（即将已转化的细胞应用到生产实践中用以生产生物产品的过程）两部分构成。当前细胞工程所涉及的主要技术领域包括细胞融合技术、细胞器特别是细胞核移植技术、染色体改造技术、转基因动植物技术和细胞大量培养技术等方面。 关键字：细胞工程，实际应用，发展前景 1.引言 当前细胞工程细胞工程是生物工程的一个重要方面。总的来说，它是应用细胞生物学和分子生物学的理论和方法，按照人们的设计蓝图，进行在细胞水平上的遗传操作及进行大规模的细胞和组织培养。。所涉及的主要技术领域有细胞培养、细胞融合、细胞拆合、染色体操作及基因转移等方面通过细胞工程可以生产有用的生物产品或培养有价值的植株，并可以产生新的物种或品系。细胞工程与基因工程一起代表着生物技术最新的发展前沿，伴随着试管植物、试管动物、转基因生物反应器等相继问世，细胞工程在生命科学、农业、医药、食品、环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。 1.细胞工程的概念及研究内容 1.1细胞工程 具体是指应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的理论与方法，按照人们的需要和设计，在细胞水平上的遗传操作，重组细胞的结构和内含物，以改变生物的结构和功能，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。21世纪合成生物学的发展，采用计算机辅助设计、DNA或基因合成技术，人工设计细胞的信号传导与基因表达调控网络，乃至整个基因组与细胞的人工设计与合成，从而刷新了基因工程与细胞工程技术，并将带来生物计算机、细胞制药厂、生物炼制石油等技术与产业革命。 1.2细胞工程的研究内容 动植物细胞与组织培养、细胞融合（新的物种或品系、单克隆抗体）、细胞核移植（无性繁殖、克隆动物）、染色体工程（多倍体育种，例：八倍体小黑麦）、胚胎工程（优良品种、试管婴儿）、干细胞与组织工程（胚胎干细胞、组织干细胞）、转基因生物与生物反应器（转基因动物、转基因植物） 2.细胞工程的应用 2.1细胞工程在植物方面的应用
2.1.2 植物细胞工程的实际应用 一、植物繁殖的新途径(阅读教材P38～40) 1．微型繁殖 (1)概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 (2)优点????? ①保持优良品种的遗传特性②高效快速地实现种苗的大量繁殖 ③可实现工厂化生产 (3)实例：兰花、生菜、杨树以及无子西瓜试管苗的产业化生产。 2．作物脱毒 (1)取材：无病毒的茎尖组织。 (2)优点：提高作物产量和品质。 (3)实例：脱毒马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等的培育。 3．人工种子 (1)概念：以植物组织培养获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。 (2)人工种子在适宜条件下可萌发长成幼苗。 (3)实例：将芹菜、花椰菜、桉树和水稻等的胚状体制成人工种子。 二、作物新品种的培育和细胞产物的工厂化生产 (阅读教材P40～41) 1．作物新品种的培育 (1)单倍体育种 ①原理：细胞的全能性和染色体变异。 ②过程： 花药――→离体培养单倍体植株――→人工诱导 染色体加倍纯合子植株。 ③优点： a ．后代是纯合子，能稳定遗传。 b ．明显缩短了育种年限。 ④实例：单育1号烟草、京花1号小麦等。 (2)突变体的利用 ①产生：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受培养条件和外界压力(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。
②利用：从产生突变的个体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 ③实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的野生烟草、抗除草剂的白三叶草等。 2．细胞产物的工厂化生产 (1)细胞产物的种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。 (2)技术基础：植物组织培养技术。 (3)实例：我国利用植物组织培养技术实现了大量生产人参皂甙干粉；另外，三七、紫草和银杏的细胞产物也都已经实现了工厂化生产。 [共研探究] 植物细胞工程作为一门新兴的生物技术，已经普遍应用于社会生产的方方面面。下面图示都利用了植物组织培养，观察并回答问题。 1．微型繁殖(图1) (1)概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 (2)特点： ①无性繁殖，能够保持种苗的优良遗传特性。 ②选取材料少。 ③繁殖速度快，周期短。 ④不受季节、气候、自然灾害等因素的影响。 ⑤可实现工厂化生产。 2．作物脱毒(图2)
细胞工程 考点一植物细胞工程 1.细胞工程 (1)操作水平：细胞水平或细胞器水平。 (2)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。 2.植物细胞的全能性 (1)概念：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。 (2)原理：细胞内含有本物种的全部遗传信息。 (3)全能性表达条件：具有完整的细胞结构，处于离体状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。 3.植物组织培养技术 (1)原理：植物细胞具有全能性。 (2)过程： 4.植物体细胞杂交技术(1)概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。 (2)原理：体细胞杂交利用了细胞膜的流动性，杂种细胞培育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。 (3)过程 (4)意义：克服不同种生物远缘杂交的不亲和性。 5.植物细胞工程的实际应用 (1)植物繁殖的新途径 ①微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。 ②作物脱毒技术：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。 ③人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。 (2)作物新品种的培育 ①单倍体育种
a.实质：花药离体培养过程就是植物组织培养过程。 b.流程：花药单倍体幼苗――――――――→ 秋水仙素诱导 染色体数目加倍 纯合子。 c.优点：后代不发生性状分离，都是纯合子，能够稳定遗传，明显缩短了育种年限。 ②突变体的利用：筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 (3)细胞产物的工厂化生产 1.植物组织培养的关键 (1)条件：离体，一定营养物质，激素(生长素、细胞分裂素)等。 (2)培养基状态：固体培养基(需再分化生根培养基及生芽培养基) (3)体内细胞未表现全能性的原因：基因的表达具有选择性。 (4)光照的应用 脱分化阶段不需要给予光照，再分化阶段需要给予光照，以利于叶绿素的形成。 2.杂种植物遗传物质的变化 (1)遗传特性：杂种植株中含有两种植物的遗传物质，故杂种植株具备两种植物的遗传特性。 (2)染色体组数 ①染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和。 ②植物体细胞杂交形成的杂种植株，有几个染色体组就称为几倍体。 考点二动物细胞工程 1.动物细胞培养 (1)地位：动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合等。 其中动物细胞培养是其他动物细胞工程技术的基础。 (2)培养过程 (3)培养条件 ①无菌、无毒环境 ?? ? ?? 培养液和培养用具进行无菌处理 培养过程加抗生素 定期更换培养液，清除代谢产物 ②营养：除糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素之外通常还需加入血清、血浆等一些 天然成分。 ③适宜的温度：36.5 ℃±0.5 ℃；适宜的pH：7.2～7.4。 ④气体环境 ? ? ?95%的空气：其中O2为细胞代谢必需 5%的CO2：维持培养液的pH 2.动物体细胞克隆技术(核移植技术) (1)原理：动物细胞核具有全能性。 (2)核移植分类：胚胎细胞核移植和体细胞核移植。
细胞工程的应用及其发展前景 摘要：本文简单介绍了细胞工程的概念，论述了其在若干重大领域的应用及取得的重大进展，并展望了其发展前景。 应用细胞生物学和分子生物学原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，依照人们的需要和设计来改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。细胞工程与基因工程一起代表着生物技术最新的发展前沿，伴随着试管植物、试管动物、转基因生物反应器等相继问世，细胞工程在生命科学、农业、医药、食品、环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。关键词：细胞工程；基因；细胞融合；细胞杂交 一、应用 细胞工程作为科学研究的一种手段，已经渗入到生物工程的各个方面，成为必不可少的配套技术。在农林、园艺和医学等领域中，细胞工程正在为人类做出巨大的贡献。 1.粮食与蔬菜生产 利用细胞工程技术进行作物育种，是迄今人类受益最多的一个方面。中国在这一领域已达到世界先进水平，以花药单倍体育种途径，培育出的水稻品种或品系有近百个，小麦有30个左右。其中河南省农科院培育的小麦新品种，具有抗倒伏、抗锈病、抗白粉病等优良性状。 在常规的杂交育种中，育成一个新品种一般需要8～10年，而用细胞工程技术对杂种的花药进行离体培养，可大大缩短育种周期，一般提前2～3年，而且有利优良性状的筛选。前面已介绍过的微繁殖技术，在农业生产上也有广泛的用途，其技术比较成熟，并已取得较大的经济效益。例如，中国已解决了马铃薯的退化问题，日本麒麟公司已能在1000升容器中大量培养无病毒微型马铃薯块茎作为种薯，实现种薯生产的自动化。通过植物体细胞的遗传变异，筛选各种有经济意义的突变体，为创造种质资源和新品种的选育发挥了作用。现已选育出优质的番茄、抗寒的亚麻、以及水稻、小麦、玉米等新品系。有希望通过这一技术改良作物的品质，使它更适合人类的营养需求。 2.园林花卉 在果树、林木生产实践中应用细胞工程技术主要是微繁殖和去病毒技术。几乎所有的果树都患有病毒病，而且多是通过营养体繁殖代代相传的。用去病毒试管苗技术，可以有效地防止病毒病的侵害，恢复种性并加速繁殖速度。目前，香蕉、柑橘、山楂、葡萄、桃、梨、荔枝、龙眼、核桃等十余种果树的试管苗去病毒技术，已基本成熟。香蕉去病毒试管苗的微繁殖技术已成为产业化商品化的先例之一。因为香蕉是三倍体植物，必须通过无性繁殖延续后代，传统方法一般采用芽繁殖，感病严重，繁殖率低；而采用去病毒的微繁殖技术不仅改进了品质，亩产量约提高30%～50%，很容易被蕉农接受。 近年来，对经济林木组织培养技术的研究也受到很大的重视。采用这一技术可比常规方法提前数年进行大面积种植。特别是有些林木的种子休眠期很长，常规育种十分费时。据不完全统计，现已研究成功的林木植物试管苗已达百余种，如松属、桉树属、杨树属中的许多种，还有泡桐、槐树、银杏、茶、棕榈、咖啡、椰子树等。其中桉树、杨树和花旗松等大面积应用于生产，澳大利亚已实现桉树试管苗造林，用幼芽培养每年可繁殖40万株。
植物细胞工程的应用 摘要：使用细胞大规模培养技术可以在可控的和可重复的条件下生产天然产物，而不会受到病虫害、地理、气候、季节等因素的影响，并且产物分离、提取操作相对简单。同时也将对保护人类的生存环境起到重要作用。本文介绍了植物细胞工程在制药、食品、杀虫剂、化工、环境等方面的应用,主要介绍了植物 的次生代谢物质在上述一些方面所占的重要地位。 关键词：植物细胞工程植物的次生代谢物质生物制药植物性杀虫剂 细胞工程学是以细胞生物，组织或器官为研究对象，运用工程学原理，按照预定目标，改变生物形状，生产生物产品，为人类生产或生活服务的科学。植物细胞工程是在植物细胞全能性的基础上，以植物细胞为基本单位，在体外条件下进行培养，繁殖人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按照人们的意愿发生改变，从而改良品种或创制新种，或加速繁殖植物个体，或获得有用产物的过程统称植物细胞工程。 植物中含有大量的次生代谢物质，可为人类提供药品、色素、调味剂、香料、兴奋剂、杀虫剂等，仅就药物而言，美国现有一百二十多种处方药是植物药，欧洲也约有四分之一的处方药来自植物。这些天然产品与人类生活息息相关，有很大的实用价值；其中有部分具有特殊用途，且极难得到，价格昂贵。从植物中生产这些物质存在很多缺点，植物受气候地理和季节的限制，其质量和产量受不可预测的环境因素影响，分离过程复杂而耗资很大。植物细胞培养主要集中在制药工业中的一些价格高﹑产量低﹑需求量的的化合物上（如紫杉醇﹑长春碱﹑紫草宁等），其次是油料（如小豆蔻油﹑春黄菊油等）﹑食品添加剂（如生姜﹑洋葱﹑香子兰等）﹑色素（如番红花﹑姜黄等）﹑调味剂（胡椒﹑留兰香等）﹑饮料（咖啡﹑可可 等）﹑树胶（如阿拉伯树胶等）等。 二十世纪七八十年代以来,植物组织培养、植物原生质体培养等各种植物培养技术与植物细胞培养技术共同发展,在培养基配方、环境条件控制、悬浮培养技术等研究方面相互借鉴、相互促进;而大规模培养技术方面,得益于微生物发酵技术的飞速发展,各种各样的反应器如气升式、气泡柱式、模式等反应器相继得到应用,使得植物细胞大量培养的研究迅速得到借鉴发展。目前，利用细胞工程生产药物是细胞工程研究开发中最活跃、进展最快的一个产业。大规模植物细胞培养技术经过几十年的努力研究,已取得很大的进展,有些药用植物种类已实现工业化生产,如从希腊毛地黄细胞培养物通过生物转化生产地高辛细胞培养、从日本黄连物中生产黄连碱、从人参根细胞中生产人参皂甙等;相当种类的药用植物细胞大量培养已达到中试水平,如长春花生产吲哚生物碱、丹参生产丹参酮、青蒿生产青蒿素、红豆杉生产紫杉醇、紫草生产萘醌、三七生产皂甙等等。目前大多数植物细胞大规模培养生产药物距商业化生产还有一定差距,主要是由于:（1）植物细胞的生长周期长,易污染。（2）植物细胞对生物反应器的设计装置要求较高。（3）高产细胞株较难获得。目前据报道只有二十多种植物的细胞培养物,其次生产物含量超过原植物,原因被认为是培养细胞的形态分化受到抑制,而大多数次生产物要在分化了的细胞中产生。由于以上的问题,加上与之相比,直接提取法成本很低,所以在很大程度上限制了大规模植物细胞培养技术生产药物走上商业化生产的步伐。但是,对一些不易栽培、稀少、不能或难以化学合成、有很高应用价值的药物,如紫杉醇,用这种方法开展研究进行生产还是很有商业价值的,而且从长远和环境保护的角度看,它应该有非常广阔的商 业前景。 植物品种改良的主要目的是获得高产、优质和具有高抗性的优良品种。植物细胞工程在育种方面、通过单倍体育种技术，已培育出二百六十多种植物的单倍体植株；通过体细胞培养，筛选了多个具高抗性和高营养的体细胞突变体；通过体细胞杂交已获得多个种间、属间或科间的体细胞杂种植物。根据根瘤与
生物选修3专题2《细胞工程》综合测试题 一、单项选择题（本题包括20小题，每题2分，共40分。每小题给出的四个选项中，只有一个选项最符合题目要求。） 1．（06·全国Ⅰ理综）下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是 A．培养中的人效应T细胞能产生单克隆抗体 B．培养中的人B细胞能够无限地增殖 C．人的成熟红细胞经过培养能形成细胞株 D．用胰蛋白酶处理肝组织可获得单个肝细胞 2．（06·广东)单克隆抗体技术在疾病诊断和治疗以及生命科学研究中具有广泛的应用。下列关 于单克隆抗体的叙述，错误 ．．的是 A．特异性强、灵敏度高 B．与抗癌药物结合可制成“生物导弹” C．体外培养B淋巴细胞可大量分泌单克隆抗体 D．由效应B细胞与骨髓瘤细胞融合而成的杂交瘤细胞分泌 3．（06．江苏）下列不．属于动物细胞工程应用的是 A．大规模生产干扰素．用于抵抗病毒引起的感染 B．为大面积烧伤的病人提供移植的皮肤细胞 C．大规模生产食品添加剂、杀虫剂等 D．利用胚胎移植技术，加快优良种畜的繁殖 4．（06．北京）以下不能 ．．说明细胞全能性的实验是 A．菊花花瓣细胞培育出菊花新植株B．紫色糯性玉米种子培育出植株 C．转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株D．番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株5．（06．江苏）细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，下列不．正确的是 A．分化发生在生物体的整个生命进程中 B．分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果 C．未离体的体细胞不会表现出全能性 D．分化过程中遗传物质发生了改变 6．（06．江苏理科综合）英国生物学家首次用羊的体细胞成功地克隆出小羊“多利”。克隆羊的生殖方式属于 A．分裂生殖B．孢子生殖C．无性生殖D．有性生殖 7．（05·上海）将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不．需要的是 A．具有完整细胞核的细胞B．一定的营养物质和植物激素 C．离体状态D．导入特定基因
专题二 细胞工程 2．1 植物细胞工程 【学习目标】 1、描述植物组织培养的原理和过程。 2、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。 3、尝试进行植物组织培养。 【重难点】 1、描述植物组织培养的原理和过程。 2、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。 学以致用 一、细胞工程 1．概念：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．分类：根据操作对象不同，可分为 植物细胞工程 、 动物细胞工程 。 二、植物细胞的全能性 1．概念：高度 分化 的细胞，仍然具有发育成 完整生物体 的潜能。 2．细胞具有全能性的原因：细胞内含有本物种的全部__ 遗传信息 ___。 3．在理论上，生物的任何一个细胞都具有 发育成完整植株 的潜能，但在生物的生长发育过程中，细胞并不表现出 全能性 性，而是分化成各种 组织和器官 。这是因为在特定的 时间 和 空间 条件下，细胞中的基因会 选择性 地表达出各种 蛋白质 ，从而构成生物体的不同组织和器官。 4．细胞全能性大小比较：(填﹥或﹤) 受精卵____﹥___生殖细胞___﹥____体细胞 植物细胞的体细胞___﹥_____动物细胞的体细胞 胚胎干细胞 ﹥ 其它干细胞 ﹥ 体细胞 三、植物组织培养技术 1．原理：植物细胞具有 全能性 。 2．过程 离体植物的 器官、组织或细胞 ??→?脱分化 _ 愈伤 组织?? →?再分化 幼根和芽或胚状体 ??→?发育 完整植株。 3．细胞脱分化：已 分化 的细胞经过诱导后，失去其特有的 结构和功能 而转变成未分化细胞的过程。 4．植物组织培养：在 无菌 和 人工控制 的条件下，将 离体 的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生 愈伤组织 、丛芽，最终形成完整植株。 思考：合作探究 1. 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？为什么？ 不能，当已分化的植物器官、组织或细胞脱离母体后，在一定的营养物质、激素等外界条件作用下分化形成愈伤组织（一种相对没有分化的细胞团），继而在植物激素等诱导下发生再分化，才能表达出全能性。发育成完整植株。离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理将衰老凋亡。 2. 植物组织培养需要在什么条件下进行？ 无菌，离体，营养，激素，适宜培养条件 3. 植物组织培养所用培养基成分包含的激素种类应该有哪些？它们的作用是什么？ 生长素，脱分化、愈伤组织分化出根；细胞分裂素，脱分化、愈伤组织分化出芽