一、細(xì)胞工程的概念
細(xì)胞工程是指以應(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)的手段，以細(xì)胞或細(xì)胞器為基本單位，在體外條件下進(jìn)行培養(yǎng)和擴(kuò)大繁殖，按照人們的意愿改變細(xì)胞內(nèi)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)，分為植物細(xì)胞工程技術(shù)、動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)兩大類。此外，微生物細(xì)胞工程技術(shù)也在迅速興起 。
二、植物細(xì)胞工程
植物細(xì)胞工程包括植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交。
㈠植物細(xì)胞工程的原理—細(xì)胞全能性
1、細(xì)胞全能性的概念：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，細(xì)胞的這種特性叫做細(xì)胞的全能性。
2、細(xì)胞具有全能性的原因：生物的每個(gè)細(xì)胞都含有該物種所特有的全套遺傳信息，都有發(fā)育成為完整個(gè)體所必需的全部基因。
3、生物體內(nèi)細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性而是分化為不同細(xì)胞的原因：基因在不同時(shí)空的選擇性表達(dá)。
4、不同細(xì)胞的全能性大小的比較：
⑴受精卵是全能性最高的細(xì)胞；
⑵生殖細(xì)胞和早期胚胎細(xì)胞具有較高的潛在全能性；
⑶體細(xì)胞保留有細(xì)胞全能性，離體植物細(xì)胞在一定條件下表現(xiàn)出全能性；動(dòng)物細(xì)胞核可表現(xiàn)出全能性
⑷融合形成雜種細(xì)胞能夠擴(kuò)增或發(fā)育成雜種植株；
5、植物細(xì)胞全能性表現(xiàn)的條件：離體、營養(yǎng)條件、激素、其它外界條件
㈡植物組織培養(yǎng)
1、概念：植物組織培養(yǎng)是在無菌和人為控制營養(yǎng)、光照、溫度和濕度等條件下，培養(yǎng)植物組織器官，進(jìn)而從中分化和培育整體植株的生物技術(shù)。
2、培養(yǎng)流程：
3、實(shí)例：非洲紫羅蘭的組織培養(yǎng)
?、胚x擇合適的外植體。用于植物組織培養(yǎng)的植物體細(xì)胞、組織或器官，統(tǒng)稱為外植體。外植體要進(jìn)行去除病原菌或雜菌的消毒處理。
?、浦谱髡T導(dǎo)外植體脫分化的培養(yǎng)基，培養(yǎng)基的主要成分包括水、大量和微量元素、蔗糖、維生素、有機(jī)添加物、植物激素（生長素、細(xì)胞分裂素）、瓊脂等。
⑶在無菌條件下，將外植體接種到適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上，并放在光照和溫度適宜的條件下培養(yǎng)。脫分化后的外植體細(xì)胞或組織，通過細(xì)胞分裂形成愈傷組織。
?、葘⒂鷤M織轉(zhuǎn)接到適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上經(jīng)過人工誘導(dǎo)，產(chǎn)生根、芽等器官，發(fā)育成完整的植物體。
4、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的重要意義
?、胖参锝M織培養(yǎng)技術(shù)是探究植物科學(xué)理論的重要手段
?、贫虝r(shí)間內(nèi)快速大量繁殖
?、桥囵B(yǎng)無病毒感染植株
⑷獲得細(xì)胞的代謝物（生產(chǎn)藥物、食品添加劑、香料、色素和殺蟲劑）
⑸生產(chǎn)人工種子
?、兽D(zhuǎn)基因植物的培養(yǎng)
三、植物體細(xì)胞雜交
將兩種植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，通過組織培養(yǎng)技術(shù)將雜種細(xì)胞培育成新植物體
1、原理：細(xì)胞膜的流動(dòng)性，植物細(xì)胞的全能性
2、基本步驟：
?、胚x擇種子根、子葉、下胚軸、胚細(xì)胞、花粉母細(xì)胞、幼葉等并消毒處理；
?、圃跍睾蜅l件下用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁，分離和獲得原生質(zhì)體；
?、怯梦锢矸椒ǎx心、振蕩、電擊）或化學(xué)誘導(dǎo)劑（如聚乙二醇PEG）促使兩種體細(xì)胞的原生質(zhì)體融合；
⑷利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)將雜種細(xì)胞培育成雜種植株。
流程圖如下：
3、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)成果
番茄-馬鈴薯
煙草—海島煙草
白菜—甘藍(lán)
胡蘿卜—羊角芹等雜種植株
4、植物體細(xì)胞雜交的意義
克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，擴(kuò)大可用于雜交的親本范圍
【拓展知識(shí)解析】
1、植物組織培養(yǎng)過程中細(xì)胞的變化：植物組織培養(yǎng)過程中，被用于接種的外植體的細(xì)胞通常是已經(jīng)特化了的成熟細(xì)胞，沒有分裂能力。在培養(yǎng)基中外源激素的刺激和誘導(dǎo)下，這些離體的細(xì)胞代謝活動(dòng)增強(qiáng)，開始恢復(fù)分裂能力，不斷產(chǎn)生新細(xì)胞，從而形成無規(guī)則愈傷組織。如果要保持愈傷組織的旺盛生長，需要將愈傷組織再次切割成小塊，轉(zhuǎn)移到新的培養(yǎng)基上，以避免培養(yǎng)過程中養(yǎng)分不足或一些有毒物質(zhì)的積累。愈傷組織的再分化的發(fā)生也需要一定的條件，其中激素的種類與比例是很重要的影響因素，愈傷組織被轉(zhuǎn)移到合適的誘導(dǎo)培養(yǎng)基上，其細(xì)胞就可以進(jìn)行再分化先形成新的器官原基，再逐步形成芽或根。這種分化方式叫做不定芽方式。有些植物的愈傷組織中的薄壁細(xì)胞可以直接產(chǎn)生類似于胚的結(jié)構(gòu)，這種再分化方式叫做胚狀體方式，胚狀體具有生根發(fā)芽能力。
2、無毒苗的培養(yǎng)： 植物在生長過程中幾乎都要遭受到病毒不同程度的危害，有的種類甚至同時(shí)受到數(shù)種病毒病的危害，尤其是很多園藝植物靠無性生殖方法來增殖，如果遭受病毒病，代代相傳，越染越重，影響植株的性狀，甚至?xí)斐蓸O嚴(yán)重的后果。病毒在細(xì)胞內(nèi)增殖，可以隨著輸導(dǎo)組織到達(dá)植物的各個(gè)部位。但是植物的莖尖處輸導(dǎo)組織分布較少，而且分生組織處于旺盛的分裂時(shí)期，不容易被病毒侵染，采用微莖尖培養(yǎng)方法可得到無病毒苗。組織培養(yǎng)無病毒苗的方法已在很多作物的常規(guī)生產(chǎn)上得到應(yīng)用，如馬鈴薯，甘薯，草莓，蘋果，香石竹，菊花等。
3、植物的組織培養(yǎng)技術(shù)的分類：通常我們所說的廣義的組織培養(yǎng)，是指通過無菌操作分離植物體的一部分(即外植體)，接種到培養(yǎng)基上，在人工控制的條件進(jìn)行培養(yǎng)，使其生成完整的植株。組織培養(yǎng)按培養(yǎng)對(duì)象可分為植株培養(yǎng)、器官培養(yǎng)、組織培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)和原生質(zhì)體培養(yǎng)等。狹義的組織培養(yǎng)是指以植物各部分組織或愈傷組織為外植體，如莖尖分生組織、形成層、木質(zhì)部、韌皮部、表皮組織、胚乳組織和薄壁組織等等。
【例題解析】
1、關(guān)于細(xì)胞全能性的說法正確的是：
A 從理論上講，生物體的體細(xì)胞都具有全能性
B 未脫離植物體的幼葉，在適當(dāng)?shù)臈l件下能表現(xiàn)出全能性
C 在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，由于細(xì)胞內(nèi)基因發(fā)生變化，導(dǎo)致細(xì)胞不能表現(xiàn)出全能性
D 脫離了植株的芽，一定能表現(xiàn)出全能性
解析：全能性是指生物體細(xì)胞發(fā)育為完整個(gè)體的潛能，沒有必要的條件如離體、激素的刺激等細(xì)胞并不能將這種潛能表現(xiàn)出來。答案為A。
2．以下不能說明細(xì)胞全能性的實(shí)驗(yàn)是
A 胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培育出植株
B 紫色糯性玉米種子培育出植株
C 轉(zhuǎn)入抗蟲基因的棉花細(xì)胞培育出植株
D 番茄與馬鈴薯體細(xì)胞雜交后培育出植株
解析：玉米種子含有能生根發(fā)芽的胚結(jié)構(gòu)，由種子獲得植株的過程不能體現(xiàn)出細(xì)胞的全能性。答案為B。
3．甘薯種植多年后易積累病毒而導(dǎo)致品種退化。目前生產(chǎn)上采用莖尖分生組織離體培養(yǎng)的方法快速繁殖脫毒的種苗，以保證該品種的品質(zhì)和產(chǎn)量水平。這種通過分生組織離體培養(yǎng)獲得種苗的過程不涉及
A 有絲分裂 B 分化 C 減數(shù)分裂 D 全能性
解析：利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)獲得完整植物體，其基本原理是細(xì)胞全能性，離體組織細(xì)胞脫分化和再分化過程細(xì)胞的分裂均為有絲分裂，不涉及減數(shù)分裂。
答案為C。
4．在不損傷高等植物細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，下列物質(zhì)適用于除去細(xì)胞壁的是
A 蛋白酶 B 鹽酸 C 纖維素酶 D 淀粉酶
解析：細(xì)胞壁的成分主要是纖維素，用纖維素酶可以去除細(xì)胞壁并保證細(xì)胞的活性。答案為C。
5．紫草素是紫草細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，可作為生產(chǎn)治療燙傷藥物的原料。用組織培養(yǎng)技術(shù)可以在生物反應(yīng)器中通過培養(yǎng)紫草細(xì)胞生產(chǎn)紫草素。下圖記錄了生物發(fā)生器中紫草細(xì)胞產(chǎn)量、紫草素產(chǎn)量隨培養(yǎng)時(shí)間發(fā)生的變化。
?、旁谏a(chǎn)前，需先加入紫草細(xì)胞作為反應(yīng)器中的“種子”。這些“種子”是應(yīng)用組織培養(yǎng)技術(shù)，將紫草葉肉細(xì)胞經(jīng)過___________過程而獲得的。這項(xiàng)技術(shù)的理論基礎(chǔ)是___________。
?、茝膱D中可以看出：反應(yīng)器中紫草細(xì)胞的生長呈現(xiàn)___________規(guī)律；影響紫草素產(chǎn)量的因素是___________和___________。
⑶在培養(yǎng)過程中，要不斷通入無菌空氣并進(jìn)行攪拌的目的是___________和___________。
解析：參考答案
⑴脫分化（或脫分化形成愈傷組織） 細(xì)胞的全能性
?、芐型增長 細(xì)胞數(shù)量 細(xì)胞所處的生長期
⑶保證氧氣供應(yīng)充足 使細(xì)胞與培養(yǎng)液充分接觸
6．下圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答：
⑴步驟①是______________________，最常用的方法是______________________。
?、撇襟E②一般常用的化學(xué)試劑是______________________，目的是______________________。
?、?IMG height=364 hspace=12 src="http://image49.360doc.com/DownloadImg/2012/02/1316/21480152_4.gif" width=153 align=right __1329122351437__="ev_9614279565">在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過程中，運(yùn)用的技術(shù)手段是______________________，其中步驟④是細(xì)胞__________________過程，步驟⑤是細(xì)胞的____________________過程。
?、戎参矬w細(xì)胞雜交的目的是獲得新的雜種植株。使______________________能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)，其根本原因是_______________________________。
?、扇暨h(yuǎn)源雜交親本A和B都是二倍體，則雜種植株為__________________倍體。
?、蕪睦碚撋现v，雜種植株的育性為___________________________________。（可育或不育）若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交方法能否實(shí)現(xiàn)？________________________。并說明理由____________________________________________。因此，這項(xiàng)研究對(duì)于培養(yǎng)作物新品種方面的重大意義在于_________________________________。
?、死弥参矬w細(xì)胞雜交的方法培育作物新品種過程中，遺傳物質(zhì)的傳遞是否遵循孟德爾的遺傳規(guī)律？為什么？______________________。
解析：參考答案⑴去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體；酶解法
?、凭垡叶迹≒EG）；誘導(dǎo)不同植物體細(xì)胞的原生質(zhì)體融合
?、侵参锝M織培養(yǎng)；脫分化；再分化
?、冗h(yuǎn)緣雜交親本的遺傳特征；雜種植株獲得雙親的遺傳物質(zhì)
?、伤?BR> ?、士捎?，不能 因?yàn)椴煌N生物之間存在生殖隔離；克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍
?、瞬蛔裱Ｒ?yàn)樵谏镞M(jìn)行有性生殖的過程中，才遵循孟德爾的遺傳規(guī)律，而植物體細(xì)胞雜交育種的過程不屬于有性生殖。
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