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植物细胞工程

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植物细胞⼯程

植物细胞⼯程

重点知识归纳及讲解

（⼀）细胞⼯程的概念及分类

细胞⼯程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。

根据操作对象的不同，将细胞⼯程分为植物细胞⼯程和动物细胞⼯程两⼤领域。

（⼆）植物细胞⼯程的基本技术

1、细胞的全能性

具有某种⽣物全体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，也就是

说，每个⽣物细胞都具有全能性的特点。

2、植物组织培养技术

(1)植物组织培养——就是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

的植株。

(2)植物组织培养技术：

思考：在组织培养实验中，为什么要强调所⽤器械的灭菌和实验⼈员的⽆菌操作？

植物组织培养中⽤到的培养基会有丰富的营养成分，有利于培养物的⽣长，然⽽各种杂

菌同样也可以在上⾯迅速⽣长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发⽣。培养基⼀旦被污

染，迅速⽣长的杂菌不但会与培养物争夺营养，⽽且这些杂菌⽣长的过程中会⽣成⼤量对培养物

有害的物质，导致培养物迅速死亡。造成培养基污染的因素很多，⼀般包括：外植物带菌、培养

瓶和各种器械灭菌不彻底、操作⼈员操作不规范等。所以在组织培养实验中⽤到的植物材料和各

种器械都要进⾏彻底地灭菌，实验⼈员操作⼀定要规范，避免带⼊杂菌。

3、植物体细胞杂交技术

(1)植物体细胞杂交——就是将不同种的植物体细胞，在⼀定条件下融合成杂种细胞，并

把杂种细胞培养成新的植物体的技术。

(2)植物体细胞杂交技术。

思考：为什么番茄——马铃薯杂种植株没有地上长番茄、地下结马铃薯？

⽣物基因的表达不是孤⽴的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以番茄——马铃薯

杂种植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互⼲扰，不能再

像马铃薯或番茄植株中的遣传物质⼀样有序表达，杂种植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是

很⾃然的了。

（三）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：切取茎尖进⾏组织培养，再⽣的植株就有可能不带病毒，从⽽获得脱毒

苗。

(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。

思考：

①⼈⼯种⼦具有哪些优点？

⼈⼯种⼦是通过植物组织培养(⽆性繁殖)得到的，可以完全保持优良品种的遗传特性，

⽣产上不受季节的限制。贮藏、运输⽅便。

②⼈⼯种⽪应具有哪些有效成份？

针对植物种类和⼟壤等条件，在⼈⼯种⼦的包裹剂中可以加⼊适量的养分、⽆机盐、有

机炭源以及农药、抗⽣素、有益菌等。为了促进胚状体的⽣长发育，还可以向⼈⼯种⽪中加⼊⼀

些植物⽣长调节剂。

2、作物新品种的培育

(1)单倍体育种：通过农药培养获得单倍体植株，染⾊体加倍后当年可得到稳定遗传的优

良品种。

(2)突变体的利⽤：对植物组织培养过程中产⽣的突变体进⾏筛选，培育成新品种。

3、细胞产物的⼯⼚化⽣产

(1)细胞产物包括：蛋⽩质、脂肪、糖类、药物、⾹料、⽣物碱等。

(2)实例：我国⽣产的⼈参组织和⼈参皂甙⼲粉。

(3)展望：⽣产抗癌物质——柴杉醇。

课外拓展

⼀、植物组织培养中的愈伤组织是如何形成及再分化的？

植物组织培养中使⽤的外植体⼀般是⾼度分化了的细胞，在植物体中是不会

再分裂繁殖的，只是执⾏某种功能直⾄死亡。这些细胞在培养基上培养时会由原来的

分化状态，变成分⽣状态的细胞，分裂产⽣愈伤组织，这个过程称为脱分化过程。这

种转变在细胞的形态结构和⽣理⽣化上都会产⽣⼀系列变化。组织培养的研究结果表

明分化细胞的脱分化需要两个条件，即创伤和外源激素。

⽬前⼈们对于脱分化过程的本质还不清楚。分化细胞在细胞周期中是处于⼀

种相对静⽌状态的细胞(G0期细胞)，脱分化是要打破这种状态，使细胞进⼊细胞周期

中的G1期，并沿着G1期→S期→G2期→M期的循环进⾏细胞分裂，形成愈伤组织。现

在发现细胞周期受基因调控，⼀种称为编码细胞周期依赖性激酶CDK的基因和⼀种细

胞周期蛋⽩可能与植物细胞脱分化的第⼀次分裂启动有关。那么，什么因素诱导细胞

周期调控基因的作⽤，培养实践证明与外源激素有关。⾄于激素如何诱导以及诱导作

⽤的过程⽬前仍不清楚，有待深⼊研究。分化细胞脱分化后细胞结构有两点明显的变

化：⼀是在细胞内出现液泡蛋⽩；⼆是叶绿体转变成原质体。

当细胞脱分化形成愈伤细胞后，经过⼀段时期的分裂，细胞群体变成不是⼀种细胞类型的均⼀群，⼜会产⽣分化，形成分⽣细胞或分⽣细胞团，由此再⽣成植株

有两条途径：⼀是形成体细胞胚(功能类似于受精过程产⽣的胚)，通过体细胞胚形成

再⽣植株⼆是⾛器官发⽣的途径再⽣植株，分⽣细胞在⼀定的诱导条件下重建芽的分

⽣组织，分化出芽后再⽣根，成为完整的植株。

⼆、为什么要在避光条件下培养愈伤组织？

对于植物组织培养来说，光照条件⾮常重要，包括光照强度、时间和波长。

但在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养，⽽在分化再⽣的过程中⼀定要有光照。愈伤

组织诱导阶段的暗培养有利于细胞的脱分化产⽣愈伤组织，如果在光照条件下容易分

化产⽣维管等组织，不利于产⽣⼤量的愈伤组织。

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植物细胞工程技术的应用

植物细胞工程技术的应用

植物细胞工程技术的应用

植物细胞工程技术是指通过体外培养植物细胞、组织和器官，并利用生物功效物质转运或者遗传工程技术改变生物的遗传性状的一种综合性科学技术。它的应用领域广泛，包括农业生产、食品工业、药品工业等。下面，就让我们来了解一下植物细胞工程技术的应用。

一、农业生产

由于其高效、经济的特点，植物细胞工程技术在农业生产中得到广泛应用。例如，在作物育种中，人们可以通过外源基因转化来构建耐盐、耐热、抗虫等功能强大的高产作物。另外，在植物组织培养中，还可以通过植物植物生长因子的人工调控促进抗旱、抗寒、提高产量等方面研究。此外，植物细胞工程技术还可以用于制造一些有益的生物化学物质，如蔗糖、维生素C等。

二、食品工业

植物细胞工程技术在食品工业中也有广泛的应用。例如，人们可以通过外源基因转化来提高食用植物中的营养成分含量，例如维生素、蛋白质等。此外，通过植物细胞培养技术还可以制造细菌外组蛋白，将其作为饮料和食品的防腐剂，并且可以将其用于生产抗生素和食品调味品等。

三、药品工业

植物细胞工程技术在药品工业中的应用早已见到其成效。它可以用于合成一些传统药物和新型药物。如，从植物细胞中提取大量天然药物，如阿斯匹林，可达到减少天然物源短缺的功能。此外，植物细胞工程技术还可以研究生产新型药物，如重组DNA和蛋白质药物等。

结语

植物细胞工程技术的应用广泛，不仅可以改变植物的遗传性状，提高农业生产效率，而且可以生产具有药理学意义的天然产物和高效新型药物，还可为食品工业提供新产品。虽然面临着一些技术难点和挑战，但是随着科技的不断发展，植物细胞工程技术的应用前景也变得愈加广阔。希望未来能够有更多的植物细胞工程技术应用，让我们的生活更加美好。

植物细胞工程

植物细胞工程

植物细胞工程

学习要求

活动单元一：细胞全能性

【导学提纲】

1、细胞全能性的概念？

2、卵细胞、、体细胞、受精卵、动物细胞、植物细胞全能性的比较？

【识记】

1．生物体的所有细胞几乎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_________，因此，这些细胞都具有发育成为一个新的生物个体的_____。细胞的这种特性称为细胞全能性。

2．植物体细胞在适宜的条件下可培育成完整的正常植株，这就是细胞_______的有力证据。

3．植物组织培养是指依据___________原理，在无菌条件下，分离植物的器官、组织、细胞或_________ (称为外植体)，并在培养基上培养，在适宜条件下使其长成部分或完整植株的技术。

4．植物组织培养最常用的培养材料是植株的茎尖、根尖、叶片和花药等。

5．由已经分化的植物细胞形成愈伤组织的过程，称为植物细胞的_________________。愈伤组织重新诱导分化形成根、芽等器官的过程，称为再分化。

【理解】

全能性 totipotency

关于全能性的定义基本上可以分三种。一种是说“已分化细胞具有重新发育为完整个体的潜能”，这种说法将受精卵排除在外，但事实上现在人们达成共识认为受精卵全能性最强；一种说法是“一个细胞包含着这种生物的全部遗传信息，在适当的条件下可以发育成一个完整的生物体”，这种说法严格讲是将花药离体培养或卵细胞发育成个体排除在外了（存疑）；1984年国际组织培养协会作出的定义最全面“细胞全能性为细胞的某种特征，有这种能力的细胞保留形成有机体所有细胞类型的能力”，这个定义包含了受精卵、花药、卵细胞的分化发育，也包含了培养细胞生产次生代谢物的情况（如红豆杉细胞培养生产紫杉醇）。

植物细胞全能性

(1)内涵：高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。

(2)原因：具有该生物的全部遗传信息。

(3)表达的条件：离体，必备的营养物质等。在体内由于基因的选择性表达，而使细胞发生分化。

植物细胞工程的实际应用(2课时)

植物细胞工程的实际应用(2课时)

1 周次周 备课组长签字 张子婧 主管主任签字___聂建新 ____

授课时间 ___周 星期___ 主备人 刘广泉 授课教师

课题 2.1.2 植物细胞工程的实际应用（2课时）B

学习目标 1、了解单倍体育种和突变体的利用

2、了解细胞产物的例子

学习过程

一、自主学习

（二）作为新品种的培育

1.单倍体育种

（1）方法： 离体培养 植株 纯合子植株。

（2）优点：①后代是纯合子，能 。②明显缩短了 。

2.突变体的利用

（1）产生原因：在植物的组织培养过程中，易受 和

（如 、 等）的影响而 。

（2）利用：筛选出对人们有用的 ，进而培育成 。

（三）细胞产物的工厂化生产

1.细胞产物种类： 、脂肪、糖类、 、香料、生物碱等。

2.技术：植物 技术。

3.实例：我国利用植物组织培养技术实现了大量生产 ；另外，三七、紫草和银杏的 也都已经实现了工厂化生产。②不受 、 和 限制。

二【合作探究】

1.单倍体育种的原理是什么？

2.体细胞诱变育种对什么材料进行诱变处理？

染色体加倍

2

习题巩固

1两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB，这两对基因按照自由组合定律遗传，要培育出基因型为aabb的新品种，最简捷的方法是（ ）

A.单倍体育种 B.杂交育种 C.人工诱变育种 D.细胞工程育种

2.下图为植物植株培养的基本过程，则制作人工种子和生产治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，应分别选用的编号是（ ）

植物细胞工程 2

植物细胞工程 2

植物细胞工程

1.植物细胞的全能性：一个生活的植物细胞，只要有完整的膜系统和细胞核，它就会带有一套发育成一个完整植株的遗传基础，并具备发育成完整植物体的潜在能力。

2.分化：在植物个体发育中由分生组织细胞分裂后逐渐在形态、结构和功能上形成稳定性的差异，产生不同细胞类群的特化过程，称为细胞分化。

脱分化：成熟的细胞在一定条件下恢复分裂能力转变为分生细胞的过程。

再分化：脱分化的细胞再次分裂、分化并形成不同组织，进而构成器官和植株的过程。

外植体（explant）：植物细胞组织离体培养时，由植物体上切割下的器官和组织用以作为接种的材料。包括各种器官、组织、细胞或原生质体等。

愈伤组织（callus）：由外植体脱分化、分裂形成的多细胞团，称为愈伤组织。

3. 1）培养基种类：①MS培养基：用于植物的器官、花药、细胞和原生质体的培养。②White培养基：生根培养③N6培养基：应用于小麦、水稻及其他禾谷类植物的花粉和花药培养。④B5培养基：适用于双子叶植物特别是木本植物,十字花科的植物⑤5)KM—8P培养基：用于原生质体和融合体的培养。

2）培养基的成分：无机营养成分，有机营养成分，植物生长调节物质，附加成分，固化剂-琼脂，水。

a.植物生长调节物质包括：

①生长素（AUX）：顶端分泌，诱导细胞分裂，促进生根。有吲哚乙酸IAA，萘乙酸NAA，吲哚丁酸IBA，2,4-二氯苯氧乙酸2,4-D。

②细胞分裂素（CTK）：根尖分泌，促进细胞分裂, 诱导芽的分化，延缓组织衰落。有6-BA，激动素Kt，玉米素Zt，TDZ）

③赤霉素（GA）（不能够高压灭菌）：促进幼胚发育，促进细胞伸长，打破休眠。有GA3.

④乙烯（Eth）：作用：催熟，促进植物落叶、早衰等，影响培养物的生长和分化。

⑤脱落酸（ABA）：作用：促进脱落和衰老，在组培中或许促进，或许抑制愈伤的分化。

⑥油菜素内酯（BR）：作用：作用可能与CTK类似，但是用量远小于CTK。