植物細(xì)胞工程

天使花房 專題2細(xì)胞工程 細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法 通過細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作 按照人的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù) 根據(jù)操作對象不同 可分為植物細(xì)胞工程和動物細(xì)胞工程兩大領(lǐng)域 生物體的每一個細(xì)胞都含有該物種所特有的 都有發(fā)育成為完整個體所必需的 原因 具有某種生物的任何一個細(xì)胞 都具有發(fā)育成的潛能 完整生物體 定義 細(xì)胞的全能性 細(xì)胞全能性大小的比較 受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞 植物細(xì)胞動物細(xì)胞 全套遺傳物質(zhì) 理論基礎(chǔ) 全部遺傳信息 全部基因 2 1植物細(xì)胞工程 2 1 1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù) 2 1 2植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用 植物組織培養(yǎng)技術(shù) 植物體細(xì)胞雜交技術(shù) 植物繁殖的新途徑 作物新品種的培育 太原市外國語學(xué)校 趙成藝 1958年美國科學(xué)家斯圖爾德利用胡蘿卜韌皮部的細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng) 植物組織培養(yǎng)技術(shù) 胡蘿卜橫切面示意圖 皮層 韌皮層 形成層 木質(zhì)層 取樣部位 接種 試管苗的形成 愈傷組織的形成 移栽大田 培養(yǎng)成正常植株 胡蘿卜的組織培養(yǎng) 取材 消毒 植物組織培養(yǎng)技術(shù) 離體器官組織細(xì)胞 脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng) 又重新分化成根或芽等器官 植物體 愈傷組織 根 芽 1 過程 已經(jīng)高度分化的植物細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)后逐漸失去原來的結(jié)構(gòu)和功能 轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程 即形成愈傷組織 脫分化 再分化 3 概念 植物組織培養(yǎng)是在無菌和人工控制條件下 將離體的植物器官 組織 細(xì)胞 培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上 給予適宜的培養(yǎng)條件 誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織 叢芽 最終形成完整的植株 2 條件 離體 提供營養(yǎng)的培養(yǎng)基 激素及其他適宜條件 溫度 O2 pH 無菌 光照 菊花體細(xì)胞胚胎發(fā)生及植株再生 矮牽牛莖尖離體培養(yǎng)培養(yǎng) 牡丹成熟胚的離體培養(yǎng)與快速繁殖 微型月季莖段離體培養(yǎng) 大蒜根尖培養(yǎng)及植株再生 植物體細(xì)胞雜交技術(shù) 去掉細(xì)胞壁 原生質(zhì)體A 原生質(zhì)體B 原生質(zhì)體融合 雜種細(xì)胞 過程 愈傷組織 雜種植株 融合的原生質(zhì)體 涉及的方法 1 酶解法去掉細(xì)胞壁 分離出有活力的原生質(zhì)體 植物細(xì)胞 原生質(zhì)體 2 人工誘導(dǎo)兩種植物的原生質(zhì)體融合成雜種細(xì)胞 離心 振動 電刺激 聚乙二醇 PEG 處理 3 用植物組織培養(yǎng)法培養(yǎng)雜種細(xì)胞為雜種植株 纖維素酶 果膠酶 物理法 化學(xué)法 植物體細(xì)胞雜交是將不同種的植物體細(xì)胞 在一定條件下融合成雜種細(xì)胞 并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù) 植物細(xì)胞A 植物細(xì)胞B 愈傷組織 脫分化 雜種植物 再分化 融合 植物組織培養(yǎng) 去壁 雜種細(xì)胞 生壁 原生質(zhì)體A 原生質(zhì)體B 酶解法 融合原生質(zhì)體 植物體細(xì)胞雜交技術(shù) 雖然科學(xué)家歷盡艱辛 實現(xiàn)了馬鈴薯和番茄兩個物種之間的雜交 可惜這株超級雜種植物既不結(jié)番茄 也不長馬鈴薯 這是為什么呢 生物基因的表達(dá)不是孤立的 它們之間是相互調(diào)控 相互影響的 所以馬鈴薯 番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然同時具備兩個物種的遺傳物質(zhì) 但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾 不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá) 因此雜交植株不能出現(xiàn)想象的結(jié)果 意義 與有性雜交 種內(nèi) 相比 植物體細(xì)胞雜交克服了遠(yuǎn)緣雜交不親合的障礙 大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍 種間 屬間 并且培育出了許多在生產(chǎn)上有較高應(yīng)用價值的雜種植株品種 煙草 海島煙草 胡蘿卜 羊角芹 白菜 甘藍(lán) 2 1 2植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用 資料1科學(xué)家應(yīng)用多倍體育種的方法 培育出的三倍體無子西瓜 具有無子 含糖高 口感好等特點 但因其不結(jié)種子 每年必須用四倍體和二倍體西瓜雜交培育種子 不僅增加了生產(chǎn)成本 也給無籽西瓜的普及帶來困難 資料2病毒引起的植物病害有500多種 受害的植物包括糧食作物 蔬菜 果樹和花卉 如水稻 小麥 棉花 馬鈴薯 油菜 大蒜 蘋果 棗 唐菖蒲 蘭花等 而且沒有有效的防治辦法 只能拔除病株 造成很大的經(jīng)濟(jì)損失 病毒多集中在種子 老葉等器官中 在幼嫩的器官和未成熟的組織中較少 在分生區(qū)幾乎不含病毒 資料3蘭花因高雅美麗而深受人們喜愛 蘭花常用分根法和種子進(jìn)行繁殖 在蘭花的常規(guī)繁殖中 遇到的難題是 用分根法繁殖速度緩慢 不利于新品種的推廣 用種子繁殖又很困難 因為蘭花的種子十分微小 胚很纖弱 種子幾乎沒有儲藏營養(yǎng)物質(zhì) 在發(fā)芽過程中很容易夭折 一 微型繁殖技術(shù) 也稱快速繁殖技術(shù) 一 植物繁殖的新途徑 1 概念 快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù) 2 優(yōu)點 3 成就 1 保持優(yōu)良品種的遺傳特性 2 高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖 利用了植物 微型 繁殖技術(shù)的 1 保持優(yōu)良品種的遺傳特性 2 高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖 在短時間中獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗 一 微型繁殖技術(shù) 也稱快速繁殖技術(shù) 一 植物繁殖的新途徑 二 作物脫毒 長期進(jìn)行無性繁殖的作物 易積累感染的病毒 導(dǎo)致產(chǎn)量降低 品質(zhì)變差 分生區(qū) 如莖尖 的細(xì)胞 進(jìn)行組織培養(yǎng) 獲得脫毒苗 5 成就 1 原因 2 材料 3 方法 4 結(jié)果 一 植物繁殖的新途徑 三 神奇的人工種子 1 天然種子的局限 1 培育周期長 2 優(yōu)良雜種的后代會發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性 3 生產(chǎn)會受到季節(jié) 氣候和地域的限制 并且需要占用大量的土地實現(xiàn)制種 一 植物繁殖的新途徑 2 人工種子 胚狀體 一 植物繁殖的新途徑 三 神奇的人工種子 通過植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體 不定芽 頂芽和腋芽等為材料 經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子 1 人工種子概念 胚狀體 或不定芽 頂芽和腋芽 人工種皮 一 植物繁殖的新途徑 三 神奇的人工種子 2 人工種子組成 誘導(dǎo)植物愈傷組織 體細(xì)胞胚的誘導(dǎo) 體細(xì)胞胚的成熟 體細(xì)胞胚的機械化包裹 貯藏或種植 設(shè)計人工種子制備技術(shù)的主要流程圖 一 植物繁殖的新途徑 三 神奇的人工種子 培植周期短 后代無性狀分離 不受氣候 季節(jié)和地域限制 可以很方便地貯藏和運輸 加入適量的養(yǎng)分 無機鹽 有機碳源以及農(nóng)藥 抗生素 有益菌 植物生長調(diào)節(jié)劑等 1 優(yōu)點 2 人工種皮的有效成分 一 植物繁殖的新途徑 三 神奇的人工種子 一 單倍體育種 二作物新品種的培育 體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體 由配子不經(jīng)過受精作用而直接發(fā)育成的個體 例 蜜蜂中的雄蜂 長得弱小 而且高度不育 1 單倍體定義 2 單倍體形成 3 單倍體植株的特點 4 設(shè)計出通過植物花藥組織培養(yǎng)生成正常植株的實驗流程 一 單倍體育種 二作物新品種的培育 花藥 花粉細(xì)胞培養(yǎng) 愈傷組織 根 芽 單倍體植株 正常植株 后代都是純合子 明顯縮短育種年限 5 優(yōu)點 6 成就 一 單倍體育種 二作物新品種的培育 二 突變體的利用 植物組織培養(yǎng)過程中 由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài) 易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產(chǎn)生突變 1 產(chǎn)生 篩選對人們有利突變體 進(jìn)而培育新品種 2 利用 二作物新品種的培育 蛋白質(zhì) 脂肪 糖類 藥物 香料 生物堿等 1 細(xì)胞產(chǎn)物種類 三細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn) 植物的組織培養(yǎng) 2 技術(shù) 3 成就 1 植物的微型繁殖技術(shù)是指 A 植物體細(xì)胞雜交技術(shù)B 嫁接C 營養(yǎng)繁殖D 植物組織培養(yǎng) 課堂演練 C A 3 用植物組織培養(yǎng)技術(shù) 可以培養(yǎng)或生產(chǎn) A 食品添加劑B 無病毒植物C 人工種子D 前三項都是4 下列四個選項中沒有采取植物組織培養(yǎng)技術(shù)的是 A 花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株B 秋水仙素處理幼苗獲得多倍體植株C 人工種子的培育D 番茄 馬鈴薯 雜種植株的培育過程 D B 5 馬鈴薯利用它的塊莖進(jìn)行無性繁殖 種植的世代多了以后往往會感染病毒而減產(chǎn) 為此農(nóng)戶都希望得到無病毒的幼苗進(jìn)行種植 獲得無病毒幼苗的最佳辦法是 A 選擇優(yōu)良品種進(jìn)行雜交B 進(jìn)行遠(yuǎn)緣植物體細(xì)胞雜