(一)细胞工程的概念及分类
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,通过细胞水平或细胞器水平上的操作,按照人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。
根据操作对象的不同,将细胞工程分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。
(二)植物细胞工程的基本技术
1、细胞的全能性
具有某种生物全体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,也就是说,每个生物细胞都具有全能性的特点。
2、植物组织培养技术
(1)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)植物组织培养技术:
思考:在组织培养实验中,为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作?
植物组织培养中用到的培养基会有丰富的营养成分,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,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,迅速生长的杂菌不但会与培养物争夺营养,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。造成培养基污染的因素很多,一般包括:外植物带菌、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。
3、植物体细胞杂交技术
(1)植物体细胞杂交——就是将不同种的植物体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培养成新的植物体的技术。
(2)植物体细胞杂交技术。
思考:为什么番茄——马铃薯杂种植株没有地上长番茄、地下结马铃薯?
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,所以番茄——马铃薯杂种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遣传物质一样有序表达,杂种植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。
(三)植物细胞工程的实际应用
1、植物繁殖的新途径
(1)微型繁殖——用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
(2)作物脱毒:切取茎尖进行组织培养,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——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,经过人工薄膜包装得到的种子。
思考:
①人工种子具有哪些优点?
人工种子是通过植物组织培养(无性繁殖)得到的,可以完全保持优良品种的遗传特性,生产上不受季节的限制。贮藏、运输方便。
②人工种皮应具有哪些有效成份?
针对植物种类和土壤等条件,在人工种子的包裹剂中可以加入适量的养分、无机盐、有机炭源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育,还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。
2、作物新品种的培育
(1)单倍体育种:通过农药培养获得单倍体植株,染色体加倍后当年可得到稳定遗传的优良品种。
(2)突变体的利用:对植物组织培养过程中产生的突变体进行筛选,培育成新品种。
3、细胞产物的工厂化生产
(1)细胞产物包括:蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。
(2)实例:我国生产的人参组织和人参皂甙干粉。
(3)展望:生产抗癌物质——柴杉醇。