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第二章 克隆技术 第二节 植物的克隆 植物克隆技术及理论基础 全能性的表达的特点及原因 植物体细胞全能性表达的条件 植物组织培养的一般程序 植物的脱分化、再分化和愈伤组织 烟草植株组培的实例 细胞培养和器官培养及意义 原生质体培养和植物细胞工程 植物细胞工程的一般过程和应用 植物体细胞融合和新品种培育 多途径的植物克隆实践 课堂练习 * * 植物克隆及其理论基础 植物组织培养的一般程序 植物细胞培养和器官培养及意义 原生质体培养和植物细胞工程 多途径的植物克隆实践 课堂练习 植物克隆的技术基础——植物组织培养 在无菌和人工控制条件下，利用人工培养基，将植物的器官、组织或细胞培养成完整植株的过程 植物组织培养的理论基础——植物细胞的全能性 概念 植物体的每个生活细胞都具有发育为完整植株的潜能 原因 每个生活细胞都具有遗传上的全能性，即每个细胞核内都包含有该物种所特有的全套遗传物质（基因） 全能性的表达的特点及原因 植物体细胞全能性表达的条件 全能性表达的特点 不同种类的植物或同种植物不同基因型的个体之间由于遗传性的差异全能性的表达程度不同 同一个体的不同细胞全能性大小也不同 （受精卵＞生殖细胞＞体细胞） 在体外多次继代培养后，会丧失细胞全能性的表达 原因 染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生等，为不可逆 细胞或组织中激素平衡被打破，或细胞对外源生长物质的敏感性发生改变 因其他原因产生了缺乏成胚性的细胞系 在植物体发育过程中，由于遗传控制细胞内基因的选择性表达，体细胞不表达全能性而是分化成为不同的组织、器官 全能性表达的条件 离体 培养基中除含有一定的营养物质外还要添加一定的植物激素 适宜的培养条件、无菌 获得植株克隆成功的条件 深入探讨特定植物细胞全能性的表达条件 尽可能选择优良、细胞全能性表达充分的基因型 无机物：各种无机盐离子 有机物：蔗糖、维生素、氨基酸等 琼脂：0.7~1% 主要为生长素和细胞分裂素 温度、空气、PH、不同光照等 切取组织小块 （根、茎、叶等） 配制培养基（灭菌） 获得 愈伤组织 再生出新植株 无菌 消毒 脱分化 胚状体 发育 悬浮培养 单个细胞 （增殖） 组培的一般程序 烟草植株的组培实例 再分化 胚芽、胚根 发育 愈伤组织 在人工培养基上由植物组织块或细胞脱分化形成的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列疏松、无规则） 脱分化 由已分化的细胞重新变成能够分裂和未分化的愈伤组织细胞的过程 再分化 愈伤组织细胞通过分裂、分化，进而形成胚状体和具有完整根茎的幼苗 脱分化和再分化的关键是调节营养物质和生长调节剂的适当配比 脱分化阶段不需要光照；再分化阶段需要光照 烟草植株 烟草根或芽细胞培养 形成愈伤组织 发育成幼胚 发育成幼体 发育成植株 通过悬浮培养成单细胞，并在适宜培养基中培养 植物克隆有多种途径 离体细胞 组织培养 新植株 植物细胞培养 离体植物器官 （根、茎、子房等） 组织培养 新植株 植物器官培养 组培中器官发生和形态建成的调节 主要通过平衡植物激素配比进行调节 适量细胞分裂素和激动素 诱导芽分化 适量生长素 诱导生根 植物组培的意义 1.利于对植物受精过程、胚胎发育过程，及调控这些过程的环境因素、遗传基础和分子及生理生化机理的研究 2.通过遗传工程的操作，进行与植物生长发育有关的重要基因或影响因素的研究 3.培育新品种 植物细胞工程 通过细胞融合、核移植、细胞器移植以及基因工程手段改造细胞，将不同植物的遗传物重新组合，并对重组细胞经行培养并获得新型植株 原生质体 细胞中有代谢活性的原生质部分，包括质膜、细胞质和细胞核 获得原生质体的方法 在0.5~0.6mol/L的甘露醇溶液（较高渗透压）环境下用纤维素酶和果胶酶混合液处理植物细胞 防止原生质体吸水涨破，保持原生质体的正常形态 必须克服细胞壁的障碍 植物细胞工程的一般过程和应用 过程 应用 植物细胞 （或原生质体） 培养 受体细胞 （或原生质体受体） 外源遗传物质（DNA） 基因工程方法 细胞融合 显微注射 转基因细胞 （或重组细胞） 培养 新植株 培育作物新品种 为许多遗传学、植物生理学和细胞生物学问题提供了良好的研究系统 实例： 成功获得和培养原生质体是植物细胞工程得以实现的基础 植物体细胞杂交和新品种培育 植物组织培养 植物细胞融合 植物体细胞杂交 过程 原理 意义 将来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法 获得原生质体（酶解法去壁） 诱导两个原生质体融合 （物理法和化学法） 形成杂种细胞 （再生出细胞壁） 脱分化成为愈伤组织 再分化成为植物体 细胞膜的流动性和细胞的全能性 克服了植物远源杂交不亲和的障碍 番茄—马铃薯 白菜—甘蓝 培育转基因植株 细胞产物的工业化