番茄与马铃薯都是茄科
植物，但是不同属的
植物。番茄的果实和
马铃薯的块茎是我们
经常食用的蔬菜。
2
细胞工程
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
应用的原理和方法
研究的水平
研究的目的
细胞生物学和
分子生物学
细胞整体水平
或细胞器水平
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
概念
分类
植物细胞工程
动物细胞工程
理论基础 细胞的
全能性
4
前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术,后者是分子水平上的生物技术。
细胞工程与基因工程相比：
主
要
技
术
植物组织培养技术
植物体细胞杂交
动物细胞培养
动物细胞融合
单克隆抗体技术
植物
细胞
工程
技术
动物
细胞
工程
技术 动物体细胞核移植技术
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
植物组织培养技术
植物体细胞杂交
植物细胞的全能性
1、定义： 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个
体的潜能的特性。
2、原理： 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。
3、差异： （1） 受精卵的全能性最高
（2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞
的全能性比生殖细胞的低。
植物细胞的全能性
受精卵 生殖细胞 体细胞＞ ＞4、大小
蜜蜂（2N=32）
减数分裂
卵细胞(N=16)
发育
雄蜂(N=16)
卵细胞可以直接发育成为一个新个体
例：
8
思考讨论：为什么体内细胞没有表现出
全能性，而是分化成为不同的组织、器官？
基因在特定空间和时间条件下选择性表达
的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同
部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白
质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。
9
下列有关细胞全能性的含义，正确的是：
A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能
B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全
部功能
C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体
的潜能
D、 生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、
生长、衰老、死亡的全过程
C
Schwann在1839 年明确的指出：“如果具
有与有机体内一样的条件时，每个细胞应该可
以独立生活和发展”。
德国著名植物学家在细胞学
说的基础上于1902年提出了细胞全能性学说。
他认为，高等植物的组织、器官可以不断分割，
直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一
样的性质和能力，那么，可以通过植物细胞培
养使单个细胞发育成为一个新个体。
植物组织培养的发展简史
• ① 探索阶段（19世纪初－30年代中）
德国植物生理学家HaHerlandt首次进行了植物细胞
培养实验
② 奠基阶段（30－50年代）
1934年，White培养番茄离体根尖成功
1939年，Gautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成
功
White:烟草种间杂种的瘤组织进行组培
Nobecourt：胡萝卜进行组培
以上三人是植物组织培养的奠基人
• ③ 迅速发展阶段（60年代后）
• 原生质体，花药，快繁技术迅速发展 12
科学研究表明，处于离体状态的植物活
细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条
件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完
整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是
植物组织培养。
1958年Steward和Reinert用胡萝卜根的
愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了
完整植株。
植物组织培养的发展简史
植物组织培养
关键词：
外植体、脱分化、再分化、愈伤组织
细胞离体、一定的营养物质、
激素和其他外界条件
必要条件：
离体的植物
器官、组织
或细胞
愈
伤
组
织
根
芽
植
物
体
脱分化 再分化 形成
植物组织培养的培养基
• 定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的
基质
• 无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量元素
• 有机营养成分
① 含N物质：包括维生素和氨基酸
② 碳源：2%—5%的蔗糖
③ 琼脂：起支持作用
④ 激素：生长素，细胞分裂素
• PH值：－
培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部
营养物质，其中生长素和细胞分裂素用量的比例
对器官的发生起决定作用。
15
植物组织培养
• 外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分
组织或器官
• 1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、
种子、花粉等）
• 2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上
• 3）切取所需的外植体
• 4）将外植体接种于培养容器的培养基上
• 整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！
• 外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形
成愈伤组织 16
几个概念：
• 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
成一种高度液泡化、无定形
状态薄壁细胞团。
17
脱分化 让已经分化的细胞，经过诱导后，
失去其特有的结构和功能而转变成未分
化细胞的过程，称为植物细胞的脱分化。
再分
化
脱分化产生的愈伤组织继续进行培
养又可以重新分化成根或芽等器官，这
一过程称为植物细胞的再分化。
分化： 个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的
后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差
异的过程。
比较脱分化再分化这两个过程
脱分化 再分化
是否有光
结果
不需光、
有分裂无分化
有、
有分裂有分化
形成愈伤组织 形成根、芽
19
试 管 苗 大 规 模 培 养
过程
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
根、芽
植物体
外植体
脱分化
植物激素：
细胞分裂素、生长素
再分化
植物组织培养
植物组织培养条件：
离体，含有全部营养
成分的培养基、一定的温
度、空气、无菌环境、适
合的PH、适时光照等。
正文中讨论题
• 1.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？
• 提示：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，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。
• 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。
22
2.在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取
含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形
成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部
分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植
株，你能用实验的方法进行验证吗？
提示：胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也
能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织
比较困难。
23
（二）、植物体细胞杂交技术
24
（1）过程
细胞壁的阻碍
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,用酶
纤维素酶和果胶酶去除细胞壁
25
过程2诱导原生质体融合
• 是关键环节
• 根据的原理是:细胞膜的流动性
• 方法:物理
• 离心.振动.电激
• 化学:
• 聚乙二醇(PEG)作诱导剂
• 成功标志是:
• 杂种细胞产生了新的细胞壁
26
植物A细胞
植物B细胞
去壁
原生质体A
原生质体B
原生质体融合 融合体
再生壁
杂种细胞
脱分化
愈伤组织杂种植株
去壁的常用方法： 酶解法（纤维素酶、果胶酶等）
原生质体融合方法：
物理法：离心、振动、电刺激等
化学法：聚乙二醇（PEG）
植物体细胞杂交
过程示意图
再分化
（一） 思考与探究
• 1.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？
• 提示：1978年，梅尔彻斯（Melchers）等人首次获得了马铃薯与番茄的属间
体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合，所
产生的杂交株被称为“马铃薯番茄”。像大多数杂种一样，杂交株同时具有
马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”，但
是没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止“马铃薯
—番茄”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可
忽视。
• 至于马铃薯—番茄没有像人们预想的那样地上长番茄、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。
28
（2）植物体细胞杂交技术的意义
• 克服远源杂交不亲和的障碍，培育出自然
界中没有的、具有优良品质的新品种。
• 成果
29
1、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处
于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，发育成完
整的植株的是（ ）
A、细胞分裂素 B、生长素
C、一定的营养物质 D、以上三者均是
2、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于
细胞工程（ ）
A、有性杂交 B、体细胞杂交
C、组织培养 D、细胞核移植
巩固练习
D
A
30
3、在生物体内 ，细胞没有表现出全能性，而是分
化为不同的组织、器官，是因为（ ）
A、细胞丧失了全能性
B、基因的选择性表达
C、不同的细胞内基因不完全相同
D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了
变化
4、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（ ）
A、去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
B、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良
性状
C、将杂种细胞培育成植株
D、尚未培育出属间杂种植物
B
B
31
6、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ）
A、振动 B、电激 C、PEG试剂 D、重压
D
5、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是 （ ）
A、卵细胞 B、植物花粉 C、体细胞 D、受精卵
D
32
植物体细胞杂交技术流程图进行总结，重点理解以
下内容。
• ① 流程图中为了简化，仅画了一个马铃薯的原生
质体与一个番茄的原生质体之间的融合，可真正
在实际操作过程中，是把许多马铃薯的原生质体
和许多番茄的原生质体放在一起，让它们自由融
合，再从中筛选出所需的杂种细胞。
• ② 由于不同种的细胞其细胞膜的特点不一样，如
不作任何处理，把它们放在一起，让它们自然融
合是不可能的，所以原生质体间的融合必须要人
工诱导。
33
• 2.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。
34
提示：根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞之间
在理论上是可以实现杂交的。具体的实验方案可以
设计如下：
35
1、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（ ）
A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果
B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果
C 、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果
D 、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果
2、植物细胞融合完成的标志的是（ ）
A、产生新的细胞壁 B、细胞膜发生融合
C、细胞质发生融合 D、细胞核发生融合
D
A
36
3、若用“① ② ③ ④”
表示植物组织培养的过程。请回答：
（1） ①表示 ，
被培养成为④的根本原因是
（2） ②表示 ，其细胞特点
是 。
脱分化 脱分化
离体的植物组织器官、组织或细胞
植物细胞具有全能性
具有分生能力的薄壁细胞
愈伤组织
37
• 复习题：
4．植物细胞表现出全能性的必要条件是 （ ）
A.给予适宜的营养和外界条件
B.导入其他植物细胞的基因
C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件
D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
5．细胞具有全能性的原因是 （ ）
A.生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜
能
B.生物体的每一个细胞都具有全能性
C.生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基
因
D.生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的
6.下列植物细胞全能性最高的是 （ ）
A.形成层细胞 B.韧皮部细胞
C.木质部细胞 D.叶肉细胞
C
C
A
38
7．植物组织培养过程中的脱分化是指 （ ）
A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞
B.未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程
C.植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈
伤组织的过程
D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程
8．植物组织培养是指 （ ）
A．离体的植物器官或细胞培育成愈伤组织
B．愈伤组织培育成植株
C．离体的植物器官、组织或细胞培养成完整植物体
D．愈伤组织形成高度液泡化组织
C
C
39
C
D
9．植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是 （ ）
A.植物体细胞的结构组成中不包括细胞壁
B.细胞壁使原生质体失去活力
C.细胞壁阻碍了原生质体的融合
D.细胞壁不是原生质的组成部分
10．植物体细胞杂交的目的中错误的是 （ ）
A.把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上
B.获得杂种植株
C.克服远源杂交不亲和的障碍
D.实现原生质体的融合
40
3.请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技
术的流程简图。
42
紫草素：
培育到愈伤组织得到紫草素：制造治疗烫伤、
割伤的药物 ，做染料和化妆品的原料
43
• 无性生殖是指不经过生殖细胞的结合，由
母体直接产生新个体的生殖方式。
• 有性生殖指经过两性生殖细胞的结合，产
生合子，由合子发育成新个体的生殖方式
后代具有双亲的遗传物质，具有更大的生活
力和变异性
44
下列哪一项属于有性生殖 ？
• A椒草的叶子长成新植株
• B将水稻父本的花粉传给母本，培育出杂交
种子
• C马铃薯的块茎发芽生根
• D把仙人球嫁接到仙人掌上
45
DDTT高秆抗锈病 × ddtt矮秆易染锈病
DT、dT、Dt、dt
花药离 体培养
ddTT选择矮秆抗锈病
DT、dT、Dt、dt
秋水仙 素处理
单倍体
幼苗
花粉
纯合体
植株
DdTt高秆抗锈病 F1
P
46
47
原理?方法？
优缺点？应
用
48
原理?方法？
优缺点？应
用
注：图解中的ABDR为染色体组
49
