细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性生物工程。
①原理方法：细胞生物学、分子生物学和发育生物学；
②操作水平：细胞器、细胞或组织水平；
③目的：得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品；
④分类：植物细胞工程、动物细胞工程。
（一）植物细胞的全能性
1．概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。
2.在生物生长发育过程中，并不是所有细胞都表现出全能性，比如：芽原基的细胞发育为芽，叶原基的细胞发育为叶。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。
3.是否表现出全能性的判断标准：细胞经分裂和分化后是否产生完整生物体。
4.细胞具有全能性的原因（物质基础）：一般来说，生物体的细胞中都含有该物种的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所需的全部遗传信息。
5.生物体生长发育过程中细胞不表现全能性的原因（不离体的细胞无法表现出全能性的原因）：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达（从而形成生物体的不同组织和器官）。
6.是不是所有的活细胞都具有全能性？不是，例如哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞。
7.细胞具有的全能性一定能表现出来吗？不是，例如动物的体细胞。
8.比较一般情况下下列细胞全能性的大小
(1)受精卵＞生殖细胞＞体细胞 (2)分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞、
(3)分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞 (4)植物细胞＞动物细胞 (5)幼嫩的细胞＞衰老的细胞
9.以下例子哪些能够表现出了细胞的全能性：（1）、（3）、（4）、（6）、（7）
(1)利用菊花茎段培养获得试管苗。 (2)芽原基的细胞发育为芽，叶原基的细胞发育为叶。(3)受精卵发育成个体。 (4)蜜蜂的孤雌生殖中，卵细胞直接发育成雄蜂。
(5)造血干细胞可分化形成多种血细胞。 (6)通过花药离体培养，获得单倍体幼苗。
(7)胚胎干细胞可分化发育成为各种组织器官的细胞。 (8)种子发育成完整植株。
（二）植物组织培养技术
1．植物组织培养概念：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。
2.植物组织培养的原理：植物细胞的全能性。植物组织培养的生殖方式：无性生殖。植物组织培养的分裂方式：有丝分裂。
4.植物组织培养流程：
植物组织培养流程为“①脱分化(――→)②再分化(――→)③―→试管苗驯化移栽(―――→)完整植株”，其中数字序号处填写内容依次为：①外植体、②愈伤组织③根、芽等。①具体指的是离体培养的植物器官、组织或细胞；脱分化是指在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞转变成未分化细胞的过程；经脱分化形成的是不定形的薄壁组织团块，这称为愈伤组织。再分化是指愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程；植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,它们的浓度、用量的比例等都会影响植物细胞的发育方向。
5.菊花植物组织培养
（1）选材：经常选择根尖（分生区）、茎的韧皮部（形成层）等。原因：分裂能力强、分化程度低，容易诱导形成愈伤组织。
（2）操作流程：
①外植体的消毒：将流水冲洗后的外植体用酒精消毒30 s，用无菌水清洗2～3次后，再用次氯酸钠溶液处理30 min，用无菌水清洗2～3次。若想缩短次氯酸钠溶液处理时间应适当提高次氯酸钠溶液的浓度。
②外植体的分割：用无菌滤纸吸去表面的水分，用解剖刀将外植体切成0.5～1 cm长的小段。大小应适宜。
③接种：在酒精灯火焰旁，并且实验中使用的培养基和所有的器械及每次使用后的器械都要灭菌，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记。接种时注意外植体的方向，不要倒插。
④培养：将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22 ℃的培养箱中培养。定期观察和记录愈伤组织的生长情况。诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。
⑤转移培养（再分化过程）：培养15-20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
⑥移栽：试管苗不可以直接移栽入土，需先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日，将试管苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩上，壮苗后再移栽入土。
（3）若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？为什么？
愈伤组织中不含有叶绿体；培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，因此，愈伤组织中不含有叶绿体。
（4）植物组织培养中细胞表现出全能性的条件：①离体（最关键）。②严格的无菌条件。③适宜的培养条件。④适宜浓度和比例的激素。⑤一定的营养条件。
（5）为什么一定要离体才能表现出全能性？若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性。
（6）如何控制严格的无菌条件？
①用体积分数为70%的酒精对手、超净工作台、外植体进行消毒,对外植体处理还需要质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液,清洗外植体需要使用无菌水。
②)对培养基和器械进行灭菌；
③接种操作必须在酒精灯火焰旁进行。
（7）适宜的培养条件包括那些？
①温度（例如菊花植物组织培养应为18-22℃）。②光照（例如脱分化需避光，再分化需照光）。
（8）一定的营养条件如何保证？配制合适的培养基，包括有机营养成分、无机营养成分、特定浓度和比例的激素。
（9）培养基组成
①无机营养成分（水和无机盐）,
②有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素）,
③特定浓度和比例的激素（主要是生长素和细胞分裂素）。
注意：蔗糖的作用：提供能量，调节渗透压。培养基灭菌方法为：湿热灭菌法（高压蒸汽灭菌）。
（10）为什么整个过程要保证无菌操作？避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。
（11）整个过程中使用的培养基中是一成不变的吗？不是。 分别为诱导愈伤组织的培养基→诱导生芽的培养基→诱导生根的培养基。
（12）以上培养基中，生长素/细胞分裂素的比值大小是如何变化的？ 比值适中→比值低→比值高。
（13）接种后，外植体被污染的可能原因：①培养基、接种工具灭菌不彻底。②外植体消毒不彻底。
③操作过程不符合无菌操作要求等。
（14）若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
空白对照：不加任何激素。
实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；
实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；
实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。
（三）植物体细胞杂交技术
1.用传统的有性杂交方法都能得到杂种后代吗？为什么？不是，因为两种生物之间存在着生殖隔离。
2．植物体细胞杂交的概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。
3.下图为植物体细胞杂交技术流程图。字母a～f表示相关过程，其中a为去除细胞壁的过程，用到的酶是纤维素酶和果胶酶。b表示人工诱导原生质体融合的过程，诱导的方法基本可以分为两大类—物理法和化学法。物理法包括离心法、电融合法等;化学法包括聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—高pH融合法等。过程c是原生质体融合后再生出新的细胞壁的过程。过程d表示脱分化，e表示再分化，过程f用到的技术是植物组织培养技术，其原理是细胞的全能性。甲～戊表示相关细胞或结构，甲、乙不是（是、不是）结构完整的植物细胞，丙表示正融合的原生质体，丁表示杂种细胞，戊表示愈伤组织。
4.植物体细胞杂交的主要步骤：植物细胞融合和植物组织培养。
（1）在进行体细胞杂交之前，去壁原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）。
（2）细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁。 植物体细胞杂交完成的标志：培育出杂种植株。
（3）再生出细胞壁的相关的细胞器：高尔基体和线粒体。
（4）验证再生出新壁的实验：质壁分离和质壁分离复原实验。
5.纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常。
5.①植物体细胞杂交的原理：细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性。②植物体细胞杂交的生殖方式：无性生殖。③植物体细胞杂交的分裂方式：有丝分裂。④植物体细胞杂交的涉及的可遗传变异类型：染色体变异。
6.获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？不一定；诱导融合后的产物有三类：未融合的细胞、两两融合的细胞、多细胞融合体。
7.植物体细胞杂交的意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等方面展示出独特的优势。
8.杂种植株包含两个物种的全部遗传物质，各种基因都包含在内，却未按照人们的要求表现出亲本所有的性状，例如“番茄-马铃薯”并没有地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么？
生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，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相互干扰，它们不能像在原植株细胞内实现有序表达，因此不能按照人们的要求表现出亲本所有的性状。
二、植物细胞工程的应用
1.利用植物细胞工程，可以快速繁殖优良品种、培育作用新品种、进行作用脱毒和细胞产物的工厂化生产等。（P65“本章小结”）
（一）植物繁殖的新途径
1.植物繁殖的新途径包括快速繁殖（也叫微型繁殖）和作物脱毒。
2.快速繁殖
(1)快速繁殖概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
(2)优点：可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖；无性繁殖可以保持优良品种的遗传特性；可实现工厂化生产。
(3)实例：一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。
注意：扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术。
3．作物脱毒
(1)概念：植物顶端分生区附近（如茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。因此，切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
(2)优点：提高作物的产量和品质。
(3)实例：采用茎尖组织培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。
注意：
①适用范围：无性繁殖的作物(马铃薯、草莓、香蕉）。
②进行作物脱毒的原因：用无性繁殖的方式进行繁殖的作物，它们感染的病毒很容易传给后代，病毒在作物体内逐年积累，就会导致作物产量降低、品质变差。
③外植体选材部位：植物顶端分生区附近部位，如茎尖。
④选分生区的原因：植物顶端分生区附近病毒极少，甚至无病毒。
⑤作物脱毒具体操作过程：切取一定大小的茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗。
⑥脱毒苗是否不会再感染病毒？不是，脱毒苗≠抗毒苗。“脱毒”与“抗毒”不同，前者指的是本身病毒少，甚至无病毒，受病毒感染的机会少，而后者指的是能抵抗病毒的感染。
（二）作物新品种的培育
1.作物新品种的培育包括单倍体育种和突变体的利用。
2.单倍体育种
（1）概念：单倍体育种是指先通过花药（或花粉）培养获得单倍体植株，然后经过诱导染色体加倍，培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株。
(2)过程：请以二倍体植物为例，用“文字、→”写出单倍体育种流程图：花药(或花粉)离体培养(――――→)单倍体植株人工诱导纯合二倍体植株选择(――→)优良品种。这种育种方法的原理是细胞的全能性和染色体变异，
(2)优点
①后代是纯合子，能稳定遗传。
②极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。
③大多数单倍体植株可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
(3)实例：世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草；单倍体育种与常规育种相结合的新品种：水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等。
(4)为什么大多数单倍体植株可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料？大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现。
2．突变体的利用
（1）过程：
（2）诱变处理对象：一般为愈伤组织。
（3植物的组织培养过程中易产生突变，其原因是培养细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。
（4）原理：基因突变和植物细胞的全能性。
（5）利用：筛选出有用的突变体，培育新品种。如培育抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体。
（6）实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
（三）细胞产物的工厂化生产
1.代谢产物的分类
a.初生代谢产物：初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动因此在整个生命过程中它一直进行着；初生代谢产物：糖类、脂质、蛋白质、核酸等
b.次生代谢产物：植物代谢会产生一些一般认为不是生物生长所必需的，一般在特定组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。 产物：一类小分子有机化合物（如酚类、萜类、含氮化合物等)2.细胞产物的工厂化生产的目标产物：次生代谢产物。
3.次生代谢物作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
4.生产技术手段：植物组织培养技术（在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术）。
5.过程：
6.细胞产物工厂化生产主要利用的是哪种结构？愈伤组织。
7.该过程中是否需要培养得到完整植株？一般不需要。
8.优点：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，对于社会、经济、环境保护具有重要意义；生产速度快。
9．实例：利用紫草细胞的组织培养生产的紫草宁具有抗菌、消炎和抗肿瘤等活性。利用红豆杉细胞的组织培养生产的紫杉醇具有高抗癌活性。