2．1．1 植物细胞工程的基本技术
一、细胞工程的概念
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 水平或 水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的 或获得 的一门综合科学技术。根据操作对象的不同，可分为 细胞工程和 细胞工程两大领域。
二、细胞的全能性
1．概念：高度 的细胞，仍然具有发育成 的潜能。
2．细胞具有全能性的原因：细胞内含有 。
3．在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成 的潜能，但在生物的生长发育过程中，细胞并不表现出 性，而是分化成各种 。这是因为在特定的 和 条件下，细胞中的基因会 地表达出各种 ，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
分化程度低的体细胞_____分化程度高的体细胞
三、植物组织培养技术
1．原理： 。
2．植物组织培养就是在 和 控制条件下，将 的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的 上，给予适宜的培养条件，诱导其产生 、 ，最终形成完整的植株。
3．植物组织培养操作流程
4.植物组织培养过程可以概括为 和 两大阶段。
四、植物体细胞杂交技术
1．概念：将 的植物体细胞，在一定条件下融合成 细胞，并把杂种细胞培育成 的技术。
2．植物体细胞杂交技术流程图：
（1）植物体细胞杂交技术过程
①表示在进行体细胞杂交之前，先用 和 去除 ，获得具有活力的 。
②表示 ，方法有 类，其中 法包括 、振动、 等。 法一般是用 （ ）作为诱导剂。
③表示原生质体 ，成为 细胞。
杂种细胞经过 培养成新的植物体，其中
④表示 ，⑤表示 。
（2）植物体细胞杂交技术的意义： 。
2．1．2 植物细胞工程的实际应用
一、植物繁殖的新途径
1．微型繁殖
（1）微型繁殖技术：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
（2）特点：①保持 。
② 地实现种苗的大量繁殖。
2．作物脱毒
（1）材料：植物的 （如 ）。
（2）脱毒苗：切取一定大小的 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
（1）概念：以植物组织培养得到的 、 、顶芽和 等为材料，经过 包装得到的种子。
（2）特点：①后代无 ；
②不受 限制。
二、作物新品种的培育
1．单倍体育种
（1）过程： 离体培养→ → 幼苗期用 处理，得到纯和的二倍体。
（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，由于培养细胞一直处在 状态，易受培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而发生 。
（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。
【拓展练习】
1．与传统的有性杂交法相比，植物体细胞杂交技术的最大优点是?? （? ?）
A．可使两个亲本的优良性状组合到一起? B．可以克服远缘杂交不亲和的障碍
C．可以培育出高产性状明显的新品种??? D．可以降低生成成本，提高接济效益
2．原生质体融合后，需诱导产生细胞壁，参与此过程的细胞器是 （ ?）
A．叶绿体、高尔基体 ??????? ?? B．线粒体、高尔基体
C．叶绿体、线粒体? ??? ???? ??D．线粒体、内质网
3．在脱分化形成愈伤组织的过程中，下列各项为非必要条件的是 （ ）
A．培养基需要消毒灭菌 B．给予适宜的温度
C．给予充足的光照 D．给予适宜的养料和激素
4．科学家把天竺葵和香茅草进行体细胞杂交，培育出的驱蚊草含有香茅醛，能散发出一种特殊的气味，达到驱蚊且对人体无害的效果。下列关于驱蚊草培育的叙述中，错误的是 （ ）
A．驱蚊草的培育属于细胞工程育种，其优点是能克服远源杂交不亲和的障碍。
B．驱蚊草培育过程要用纤维素酶、果胶酶、PEG等试剂。
C．培育过程中形成愈伤组织时需要光。
D．在由杂种细胞形成杂种植株的过程中，包含了有丝分裂和细胞分化。
5．植物体细胞杂交的过程是 （ ）
A．用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
B．以人工诱导法使两个不同植物的原生质体融合
C．用植物组织培养技术培养杂种细胞得到杂种植株 D．通过以上三者完成
6．下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：
（1）步骤①是去掉 ，使植物细胞成为 ，最常用的方法是
__________________________________。
（2）步骤②一般常用的化学试剂是 ，目的是________________________，该过程体现了细胞膜的 性。
（3）③过程的目的是形成杂种细胞，杂种细胞形成的标志是 。
（4）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是 ，其中步骤④表示 ，步骤⑤表示 。
（5）植物体细胞杂交的优点是 。
7．现有甲、乙两个烟草品种（2n＝48），其基因型分别为aaBB和AAbb，这两对基因位于非同源染色体上，且在光照强度大于800勒克司时，都不能生长，这是由于它们中的一对隐性纯合基因（aa或bb）作用的结果。取甲乙两品种的花粉分别培养成植株，将它们的叶肉细胞制成原生质体，并将两者相混，使之融合，诱导产生细胞团。然后，放到大于800勒克司光照下培养，结果有的细胞团不能分化，有的能分化发育成植株。请回答下列问题：
（1）甲、乙两烟草品种花粉的基因型分别为 和 。
（2）将叶肉细胞制成原生质体时，使用 去除细胞壁。
（3）在细胞融合技术中，常用的促融剂是 。
（4）细胞融合后诱导产生的细胞团叫 。
（5）在大于800勒克司光照下培养，有 种细胞团不能分化；能分化的细胞团是由 的原生质体融合来的（这里只考虑2个原生质体的相互融合）。由该细胞团分化发育成的植株，其染色体数是 ，基因型是 。该植株自交后代中，在大于800勒克司光照下，出现不能生长的植株的概率是 。
【答案】
6．
（1）去掉细胞壁 原生质体 酶解法（用纤维素酶和果胶酶去细胞壁）
（2）PEG 诱导不同植物体细胞的原生质体融合 流动
（3）形成细胞壁
（4）植物组织培养 脱分化 再分化
（5）克服不同生物远缘杂交的障碍
7．（1）aB Ab
（2）纤维素酶和果胶酶
（3）聚乙二醇
（4）愈伤组织
（5）2 甲乙两品种 48 AaBb 7/16
选修三 2.1植物细胞工程
一、教学目标
1、阐明细胞的全能性
2、简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术
3、列举植物细胞工程的实际应用
二、教学重点和难点
1.教学重点
（1） 植物组织培养的原理和过程。
（2） 植物体细胞杂交的原理。
（3） 植物细胞工程应用的实例。
2.教学难点
植物体细胞杂交过程和原理
三、课时安排：3课时
教学过程
【第1-2课时】 2.1.1 植物细胞工程的基本技术
（一）细胞的全能性
通过提出以下问题，让学生看书、思考。
1、什么是细胞的全能性？
2、体细胞具有全能性的原因是什么？
3、各种细胞表达全能性的能力是否一样？
4、在生物体内，体细胞有没有表达全能性，为什么？
5、体细胞在什么条件下才会表达全能性?
教师补充。
（二）植物组织培养
提出问题：
离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整植物体？
（2）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？
教师补充，概括出组织培养的过程：
（三）植物体细胞杂交
提出问题：
要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？
（2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？
（3）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？
（4）如何将杂种细胞培育成杂种植株？ 植物细胞A 植物细胞B
教师总结概括出植物体细胞杂交过程： ↓ 去壁 ↓
原生质体 A 原生质体B
↓ ↓
原生质体融合
↓ 再生细胞壁
杂种细胞
分析优点： 克服远源杂交不亲和障碍 ↓ 脱分化
愈伤组织
↓ 再分化
杂种植株
【第3课时】 2.1.2 植物细胞工程的实际应用
导学案引导自主学习，在学生难于理解处教师适时讲解
（一）植物繁殖的新途径
1．微型繁殖
（1）微型繁殖技术：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
（2）特点：①保持 。
② 地实现种苗的大量繁殖。
2．作物脱毒
（1）材料：植物的 （如 ）。
（2）脱毒苗：切取一定大小的 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
（1）概念：以植物组织培养得到的 、 、顶芽和 等为材料，经过 包装得到的种子。
（2）特点：①后代无 ；
②不受 限制。
（二）作物新品种的培育
1．单倍体育种
（1）过程： 离体培养→ → 幼苗期用 处理，得到纯和的二倍体。
（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，由于培养细胞一直处在 状态，易受培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而发生 。
（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。
课堂小结：
课堂练习： 附在“导学案”部分
课件39张PPT。专题二 细胞工程学习目标1.明确细胞工程的概念
2.细胞工程的分类、植物细胞工程的主要内容
3.植物组织培养技术的基本操作、原理、条件
4.植物体细胞杂交技术的基本操作、原理细胞工程的概念 指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，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。 细胞工程的分类所采用技术的理论基础 植物细胞工程通常采用的技术手段 植物组织培养 植物体细胞杂交植物细胞的全能性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。 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。 基因选择性表达的结果 一、植物细胞工程的理论基础---细胞全能性4、全能性表达的条件（植物组织培养的条件）：
内因：离体细胞、组织或器官（为什么要离体？P34）
外因：1）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等
2）培养基（一定的营养物质，激素） 5、全能性的高低：①受精卵>生殖细胞（精、卵）>体细胞②体细胞：植物细胞>动物细胞③分化程度低的细胞>分化程度高的细胞④ 分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞有关细胞全能性的叙述，不正确的是（ ）
A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此其全能性最高
B.生物体内细胞由于进行分化，全能性不能表达
C. 卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高
D.在一定条件下，植物细胞离体培养能表现出全能性即时应用C二、植物组织培养2、理论基础：植物细胞的全能性1、植物组织培养的概念 在无菌和人工控制的条件下,将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工控制的培养基上，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。[（无性生殖或有性生殖（花药离体培养）]下列属于植物组织培养的是（ ）
A.花粉培养成单倍体植株
B.芽发育成枝条
C.根尖分生区发育成成熟区
D.未受精的卵发育成植株即时应用A离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体A、脱分化B、再分化3. 植物组织培养过程1、A过程进行有丝分裂2、B过程进行有丝分裂同时也进行细胞分化3、A需暗培养，B需光照，利于分化产生维管等组织 愈伤组织的形成愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种排列疏松无规则、高度液泡化、无定形态的薄壁细胞组成的组织。植物组织培养（试管苗的形成）试管苗大规模培养移栽经过炼苗的小苗，可以和一般植物一样进行大规模栽培在植物组织培养的过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？
植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，对培养条件的要求较高。
植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，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。造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、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，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，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，实验前功尽弃。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。 植物体细胞杂交研究 ×二、植物体细胞杂交1 概念：不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，杂种细胞发育成新的植物体的方法2 理论基础：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性3 过程：植物细胞A植物细胞B植物细胞A植物细胞B去壁(酶解法:纤维素酶和果胶酶)去壁原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分原生质体A原生质体B原生质体B诱导融合原生质体A诱导融合：物理法（离心、振动、电激）化学法（PEG,聚乙二醇）融合的原生质体融合的原生质体物化法再生壁杂种细胞脱分化愈伤组织脱分化再生壁再分化杂种植株再分化（无性生殖）植物体细胞杂交过程示意图4 意义：⑴克服了远源杂交不亲和性的障碍⑵扩展了用于杂交 的亲本范围5 未解决的问题：还不能让杂种植物按照人们的要求表现出亲代性状杂种植株融合的原生质体AB再生出细胞壁脱分化愈伤组织再分化植物细胞的融合植物组织培养植物细胞A原生质体B原生质体A杂种细胞AB去 壁去 壁人
工
诱
导方法？促进融合的方法？融合完成的
标志植物细胞B回顾、植物体细胞杂交基本过程酶解法（纤维素酶、果胶酶等）物理法：离心、振动、电刺激等
化学法：聚乙二醇（PEG） 1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。背景资料1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种——“Potamato”。但还未得到地上结番茄地下结马铃薯。 目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。 问题为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？
主要原因是：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，所以马铃薯—番茄杂交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遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。 白菜甘蓝白菜－甘蓝即时应用1、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是( )
A．利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株
B．利用花药离体培养得到单倍体植株
C．利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株
D．利用细胞工程培养“番茄—马铃薯”杂种植株
A常见育种方式比较问题自然界中有一种含有叶绿体的原生动物──眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。 异想天开1、细胞全能性的概念、全能性大小的比较
2、植物组织培养的概念、原理、过程。
3、植物组织培养实验所需的条件：离体、无菌、培养基、 环境条件。
4、植物体细胞杂交的概念、原理、过程。本节课内容小结植物细胞工程的实际应用（一）、植物繁殖的新途径（二）、作物新品种的培育（三）、细胞产物的工厂化生产1.单倍体育种2.突变体的利用药物，香料，蛋白质等一、植物繁殖的新途径 1.微型繁殖(属无性繁殖)
(1)微型繁殖技术（快速繁殖技术）:
快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.
(2)特点:保持优良品种的遗传特性;
高效快速地实现种苗的大量繁殖.2.培育脱毒作物
(1)材料:无病毒的茎尖
(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得 人工种子
用人工种皮包被体细胞胚，可以制造人工种子
人工种皮：藻酸钠
解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题植物组织培养大量生产紫草素 现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。
【解析】 只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而②是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子。
【答案】 D2．(2011·苏北四市调研)下图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成白菜—甘蓝杂种植株的示意图。请据此回答：
(1)图中①过程用到的酶是________，作用的结果是获得________。
(2)在②过程中，常用的化学诱导剂是________，若在容器中放置若干a、b，诱导完成且假设所有细胞发生了融合(只考虑细胞两两融合)，然后经③过程，形成的d细胞的类型有________种，从中选出________进行培养。
(3)图中④过程是________，④⑤过程合称________技术。【答案】 (1)纤维素酶和果胶酶 (具有活力)原生质体 (2)聚乙二醇(PEG) 3 杂种细胞 (3)脱分化 植物组织培养 (2011·泰州模拟)我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。下图是细胞培养形成兰花植株示意图，请据图分析回答：(1)过程③和④分别表示__________和__________。
(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入________________。同时，在培养过程中，除必需的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证________。
(3)从育种的角度看，植物组织培养与有性生殖相比，优势主要有(列举2条)：____________________________。
(4)植物组织培养的过程中，可以对__________进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品种。
(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒经组织培养形成植株，这种育种方法称为____________，其优点是________________。【答案】 (1)脱分化 再分化
(2)植物激素(或植物激素类似物) 无菌
(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株 (4)愈伤组织
(5)单倍体育种 缩短育种年限，培育的品种一定是纯种【答案】 (1)脱分化 再分化
(2)植物激素(或植物激素类似物) 无菌
(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株 (4)愈伤组织
(5)单倍体育种 缩短育种年限，培育的品种一定是纯种
(1)微型繁殖，实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养，因此该过程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。
(2)微型繁殖具有选材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理等优点，有利于进行工厂化培养。
(3)作物脱毒，人工种子中的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽的获得采用的技术还是微型繁殖。 (2011·扬州模拟)如图为植物体细胞杂交流程图，请回答下列问题：(1)制备原生质体时，常用的酶是____________________。
(2)诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是____________。
(3)杂种细胞再生出细胞壁，此过程与细胞内________(细胞器)有密切关系。在对杂种细胞进行植物组织培养时，通常还需要加入的两种植物激素是________________。通过该技术得到的杂种植株在形态上表现为________，其根本原因是__________________。
(4)通常情况下，马铃薯和番茄杂交是不成功的，原因是____________。该项研究解决了育种过程____________的问题。
(5)通过细胞工程获得的杂种植株是否可育，为什么？
________________________________________________。
6)若马铃薯是四倍体，番茄是二倍体，则杂种植株是____________倍体。【答案(1)纤维素酶、果胶酶(2)PEG(聚乙二醇)
(3)高尔基体 细胞分裂素和生长素 同时具有两个亲本的特性 具有双亲细胞的全部遗传物质
(4)存在生殖隔离 远缘杂交不亲和
(5)可育，因为马铃薯和番茄这两种植物各自都是可育的，杂种植株也可正常进行减数分裂，产生配子并能受精形成种子 (6)六
