第二章 植物细胞工程的理论基础

第一节植物细胞工程课标内容要求核心素养对接1.阐明植物组织培养技术是利用细胞全能性,在无菌条件下,将离体的植物器官、组织、细胞或原生质体等,在培养基上培养,使其发育成部分或完整植株的技术。

2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成为杂种细胞,继而培育成新植物体的技术。

生命观念：通过植物组织培养技术理解细胞的全能性及原因。

科学思维：理解植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理,以流程图形式表示植物组织培养和植物细胞杂交的过程。

科学探究：尝试探究植物生长素和细胞分裂素的使用顺序及比例对植物组织培养的影响。

一、植物组织培养技术1．概念：利用细胞全能性,在无菌条件下,将离体的植物器官、组织、细胞或原生质体等,在培养基上培养,使其发育成部分或完整植株的技术。

2．具体步骤选材：外植体：用于植物组织培养的材料如离体的植物器官、组织、细胞或原生质体。

植物的茎尖、根尖、幼嫩的叶片、花药是植物组织培养中常用的外植体。

↓消毒：用消毒剂除去外植体表面的微生物,消毒后的外植体需要用无菌水充分冲洗,以避免消毒剂对外植体的生长、分化过程产生不良影响。

↓接种：无菌条件下,将外植体置于适宜的培养基上的操作。

接种用的培养基一般都要含有适量的水分、无机盐、碳源、氮源、维生素以及植物激素等。

↓诱导脱分化：将已有特定结构和功能的植物组织,在一定条件下,诱导其细胞改变发育途径,逐步失去原有的分化状态,转变为具有分生能力的细胞的过程。

脱分化后形成愈伤组织。

↓诱导再分化：愈伤组织生长一段时间后,将其转移到新的培养基上继续培养,经诱导分化,形成芽和根等器官,或进一步发育成完整植株,也可以诱导形成胚状体。

↓炼苗移植：使分化形成的幼小植株逐渐适应自然环境,保证幼苗移植到大田能顺利成活。

二、植物体细胞杂交技术1．概念：将自发或人工融合的杂种细胞培育成新品种植物体的技术。

2．环节原生质体的制备：酶解法(纤维素酶和果胶酶)去除细胞壁→低速离心分离提纯↓原生质体融合的诱导：化学融合法[聚乙二醇法(PEG)]和物理融合法(电融合法) ↓杂种细胞筛选和培养：两两融合有AA、BB、AB三种类型；融合成功的标志：再生出细胞壁↓杂种细胞脱分化和再分化：技术是植物组织培养,原理是植物细胞的全能性↓杂种植株的再生和鉴定3．应用实例白菜—甘蓝、萝卜和甘蓝、烟草和番茄、马铃薯和番茄、水稻和稻稗。

第二章细胞工程第一节植物细胞工程细胞工程：细胞工程是指应用细胞生物学、分子生和生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性生物工程。

1.原理和方法：细胞生物学和分子生物学。

2.操作水平：细水平或细胞器水平。

3.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一、植物细胞工程的基本技术1.细胞的全能性：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的_ 潜能，即细胞具有全能性。

2.细胞具有全能性的原因(物质基础)生物体的细胞中都含有该物种的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所需的全部遗传信息1.生物体生长发育过程中细胞不表现全能性的原因(不离体的细胞无法表现出全能性的原因) 在特定的时间时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达2.全能性大小比较(1)受精卵、体细胞、生殖细胞受精卵〉生殖细胞＞体细胞(2)分化程度高的细胞、分化程度低的细胞分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞(3)分裂能力强的细胞、分裂能力弱的细胞分裂能力强的细胞〉分裂能力弱的细胞(4)植物细胞、动物细胞植物细胞＞动物细胞(5)幼嫩的细胞、衰老的细胞幼嫩的细胞〉衰老的细胞(一)植物组织培养技术1.概念：植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞(称为外植体)等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成整植株的技术。

2,原理：植物细胞的全能性3.生殖方式：无性生殖4.分裂方式：有丝分裂5.过程：|外植体|―—化|愈伤组织|—2|胚状体或丛芽|—育-［植株脱分化：在一定的—激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞的过程。

再分化：愈彳^组织能重新分化成芽、根等器官的过程。

探究.实践：菊花的组织培养(1)原理口植物细胞一般具有全能性；口在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化和再分化,形成胚状体长出—芽和根_,进而发育成_完整的植株_；口植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素，它们的浓度_、比等都会影响植物细胞的发育方向。

植物细胞工程Plant Cell Engineering 绪论植物细胞工程的概念与内容植物细胞工程的理论基础植物细胞工程的发展历史植物细胞工程的应用教学重点：植物细胞工程的理论基础植物细胞工程的概念与内容概念：应用植物细胞生物学和分子生物学的理论和技术，在细胞水平上离体培养或遗传操作，以达到快速繁殖、改良品种或生产更多更好的植物产品的工程学科。

内容：组织培养tissue culture；器官培养organ culture 细胞培养cell culture胚胎培养embryo culture 原生质体培养protoplast culture细胞融合cell fusion染色体工程chromosome engineering ……请问：19世纪的三大发现是什么？能量守恒和转化定律；生物进化论；细胞学说提问：细胞学说的基本论点是什么？细胞是生物结构、功能和发育的基本单位。

植物细胞工程的理论基础细胞全能性；细胞分化、脱分化和再分化；植物胚状体植物细胞全能性：每个植物细胞都具有该植物的全部遗传信息，在合适的培养条件下有发育成完整的植物个体的能力。

P.R.White（1943）正式提出植物细胞具全能性学说（plant cell totipotency theory）。

F.C.Steward（1958）悬浮培养胡萝卜细胞并成功再生成植株，首次证实植物细胞全能性。

图绪-1 植物细胞全能性的实现什么叫分化？什么叫脱分化，植物细胞脱分化后形成什么组织？什么叫再分化，发生再分化需要什么条件？合子经分裂产生的细胞群形成各种植物组织、器官的过程称为分化（differentiation）。

合子的分化过程同时出现极性变化，形成胚。

尽管植株的每个细胞具全能性，但受所在环境的约束而相对稳定，执行各自的功能。

各种植物组织、器官的细胞失去原有的形态结构和功能,重新具有分裂和高度分化能力的过程称为脱分化（dedifferentiation）。

第2章细胞工程植物细胞工程1、植物细胞工程的理论基础（原理）：细胞的全能性，即，具有某种生命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。

这也是为什么植物的一瓣花瓣就可培育出完整的植株的原因。

理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整植株的潜力。

但是，在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，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，细胞中的基因会有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。

全能性表达的难易程度：受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞2、植物细胞工程的基本技术：植物组织培养技术3、植物组织培养技术（1）概念：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）过程：离体的植物器官、组织或细胞―――→愈伤组织―――→试管苗――→植物体（3）用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。

A、植物繁殖的新途径：◆微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖◆作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有）◆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B、作物新品种培育◆单倍体育种：●a过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四种类型）；对花粉进行花药离体培养（技术是植物组织培养）；得到单倍体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型）。

●b优点：明显缩短育种年限◆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）◆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。