指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法,通過某種工程學(xué)手段,在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上,按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。
所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ)
(一) 細(xì)胞的全能性
生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能的特性。
生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì),都有發(fā)育成為完整個(gè)體所必需的全部基因,從理論上講,生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。
(1) 受精卵的全能性最高
(2) 受精卵分化后的細(xì)胞中,體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞的低。
下列有關(guān)細(xì)胞全能性的含義,正確的是:
A、每個(gè)生物體內(nèi)的所有細(xì)胞都具有相同的功能
B、生物體內(nèi)的任何一個(gè)細(xì)胞可以完成該個(gè)體的全部功能
C、生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能
D、 生物體的每個(gè)細(xì)胞都經(jīng)過產(chǎn)生、分裂、分化、生長(zhǎng)、衰老、死亡的全過程
在生物體內(nèi),細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性,而是分化為不同的組織、器官,是因?yàn)椋?
A、細(xì)胞喪失了全能性
B、基因的表達(dá)有選擇性
C、不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同
Schwann在1839 年明確的指出:“如果具有與有機(jī)體內(nèi)一樣的條件時(shí),每個(gè)細(xì)胞應(yīng)該可以獨(dú)立生活和發(fā)展”。
德國著名植物學(xué)家G.Haberlandt在細(xì)胞學(xué)說的基礎(chǔ)上于1902年提出了細(xì)胞全能性學(xué)說。他認(rèn)為,高等植物的組織、器官可以不斷分割,直到單個(gè)細(xì)胞。如果每個(gè)細(xì)胞都有植物個(gè)體一樣的性質(zhì)和能力,那么,可以通過植物細(xì)胞培養(yǎng)使單個(gè)細(xì)胞發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體。
植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史
① 探索階段(19世紀(jì)初-30年代中) 德國植物生理學(xué)家HaHerlandt首次進(jìn)行了植物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn) ② 奠基階段(30-50年代) 1934年,White培養(yǎng)番茄離體根尖成功 1939年,Gautheret連續(xù)培養(yǎng)胡蘿卜根形成層首次成功 White:煙草種間雜種的瘤組織進(jìn)行組培 Nbecurt:胡蘿卜進(jìn)行組培 以上三人是植物組織培養(yǎng)的奠基人③ 迅速發(fā)展階段(60年代后)原生質(zhì)體,花藥,快繁技術(shù)迅速發(fā)展
科學(xué)研究表明,處于離體狀態(tài)的植物活細(xì)胞,在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下,就可能表現(xiàn)出全能性,發(fā)育成完整的植株。人工條件下實(shí)現(xiàn)的這一過程,就是植物組織培養(yǎng)。
1958年Steward和Reinert用胡蘿卜根的愈傷組織誘導(dǎo)成了體細(xì)胞胚,并進(jìn)而獲得了完整植株。
外植體、脫分化、再分化、愈傷組織
細(xì)胞離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件
外植體:從活植物體上切下進(jìn)行培養(yǎng)的那部分組織或器官1)外植體滅菌消毒(根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等)2)用消毒過的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上3)切取所需的外植體4)將外植體接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上整個(gè)試驗(yàn)在超凈工作臺(tái)上進(jìn)行,保持無菌!外植體經(jīng)過一段時(shí)間在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)后,會(huì)形成愈傷組織
定義:含有一定營養(yǎng)成分,供組織培養(yǎng)植物生長(zhǎng)的基質(zhì)無機(jī)營養(yǎng)成分:C,H,O大量元素及部分微量元素有機(jī)營養(yǎng)成分 ① 含N物質(zhì):包括維生素和氨基酸 ② 碳源:2%—5%的蔗糖 ③ 瓊脂:起支持作用 ④ 生長(zhǎng)激素:生長(zhǎng)素,細(xì)胞分裂素和赤霉素PH值:5.0-6.0
愈傷組織:在人工培養(yǎng)基上由外植體長(zhǎng)出來的一團(tuán)無序生長(zhǎng)的薄壁細(xì)胞(細(xì)胞排列疏松、無規(guī)則)。
植物組織培養(yǎng)(試管苗的形成)
經(jīng)過煉苗的小苗,可以和一般植物一樣進(jìn)行大規(guī)模栽培
離體的植物器官、組織或細(xì)胞
植物激素:細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素
植物組織培養(yǎng)條件:
含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時(shí)光照等。
2、植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用:
(二) 植物組織培養(yǎng)
現(xiàn)在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡膠等幾十種植物的人工種子試種成功,但由于成本較高,中國尚未應(yīng)用于生產(chǎn)。
用人工種皮包被體細(xì)胞胚,可以制造人工種子人工種皮:藻酸鈉解決有些植物結(jié)子困難、發(fā)芽率低、繁殖困難等問題
體細(xì)胞胚與藻酸鈉混合后,滴入到硝酸鈣或CaCl2中,20分鐘后,表面聚合,形成人工種子
植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng), 又可以分化形成根、芽等器官,這一過程稱為:
下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是:
1972年卡爾森等通過兩個(gè)煙草品種之間原生質(zhì)體的融合,獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜種。
1978年梅爾徹斯(Melchers)等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細(xì)胞雜種——“Ptamat”。
目前,已得到栽培煙草與野生煙草、栽培大豆與野生大豆、秈稻與野生稻、秈稻與粳稻、小麥與鵝冠草等細(xì)胞雜種及其后代,獲得了有價(jià)值的新品系或育種上有用的新材料。
(三) 植物體細(xì)胞雜交
用兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞,且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法。
2、優(yōu)勢(shì):(與有性雜交方法比較)
打破了不同種生物間的生殖隔離限制,大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍。
植物體細(xì)胞雜交過程示意圖

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2.1.1 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

版本: 人教版 (新課標(biāo))

年級(jí): 選修3《現(xiàn)代生物科技專題》

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