植物細胞工程基本過程

專題2,細胞工程,植物細胞工程,課題1,在環(huán)境保護中，利用基因工程可獲得同時能分解多種有毒物質(zhì)的新型菌種。例如，1975年，有人把降解芳烴、萜烴和多環(huán)芳烴的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到能降解烯烴的一種假單胞菌內(nèi)，結(jié)果獲得了能同時降解四種烴類的“超級細菌”。,如果我們將三種假單孢桿菌與第四種假單孢桿菌融合，使之具有分解四種烴類化合物的功能。這樣的生物技術(shù)應屬于何種生物工程？,細胞工程,細胞工程：細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門科學技術(shù)。,微型繁殖的菊花,為什么植物的一個花瓣就可以培育出完整的植株？利用什么原理呢？,什么是細胞的全能性？,細胞的全能性,基本技術(shù),具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發(fā)育成完整個體的潛能，細胞的這種特性叫做細胞的全能性。,？,細胞為什么會具有全能性呢？,生物體的每一個細胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個活細胞都應該具有全能性。,在生物體內(nèi)，細胞為什么沒表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官呢？,這是因為基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達的結(jié)果。在個體發(fā)育的不同時期，生物體不同部位的細胞表達的基因是不相同的，合成的蛋白質(zhì)也不一樣，從而形成了不同的組織和器官。,細胞全能性的差異和大小,差異：,大?。?（1）受精卵的全能性最高（2）受精卵分化后的細胞中，體細胞的全能性比生殖細胞低。,（1）受精卵生殖細胞體細胞（2）植物細胞動物細胞,植物細胞什么條件下才能表現(xiàn)出全能性呢？,當植物細胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處于離體狀態(tài)時，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其它外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。,？,細胞脫分化就是讓已經(jīng)分化的細胞，經(jīng)過激素誘導后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程。,愈傷組織排列疏松而無規(guī)則，是一種具有分生能力的薄壁細胞。,脫分化的實質(zhì)和結(jié)果分別是什么？,實質(zhì)是恢復細胞的全能性過程。結(jié)果是形成愈傷組織。,再分化,脫分化,愈傷組織,外植體,試管苗,植物體,植物組織培養(yǎng)技術(shù),離體的植物器官、組織或細胞,根、芽(胚狀體),植物組織培養(yǎng)的條件,含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度濕度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時光照等。,為什么整個過程要求消毒、滅菌及無菌操作,決定植物細胞脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？,思考,植物激素。當細胞分裂素與生長素共同使用時，能強烈促進愈傷組織的形成。當細胞分裂素與生長素濃度比高時，有利于芽的發(fā)生；濃度比低時，有利于根的發(fā)生。,植物組織培養(yǎng)所利用的植物材料體積小、抗性差，對培養(yǎng)條件的要求較高。用于植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基同樣適合于某些微生物的生長，如一些細菌、真菌等的生長。而培養(yǎng)物一旦受到微生物的污染，就會導致實驗前功盡棄，因此要進行嚴格的無菌操作。,？,具體內(nèi)容詳見P42拓展視野,在有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。,植物組織培養(yǎng)的概念,就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的條件，誘導其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。植物組織培養(yǎng)有器官培養(yǎng)、組織培養(yǎng)、胚培養(yǎng)、莖尖培養(yǎng)、花藥培養(yǎng)、細胞培養(yǎng)等。,試管苗大規(guī)模培養(yǎng),離體的植物器官、組織或細胞,愈傷組織,胚狀體（根、芽）,植物體,外植體,脫分化,植物激素：細胞分裂素、生長素,再分化,植物組織培養(yǎng)過程總結(jié),植物組織培養(yǎng)條件：,含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時光照等。,練習,1、下列有關(guān)細胞全能性的含義，正確的是(),A、每個生物體內(nèi)的所有細胞都具有相同的功能B、生物體內(nèi)的任何一個細胞可以完成該個體的全部功能C、生物體的每一個活細胞都具有發(fā)育成完整個體的潛能D、生物體的每個細胞都經(jīng)過產(chǎn)生、生長、衰老、死亡的全過程,C,2、在生物體內(nèi)，細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因為(),A、細胞喪失了全能性B、基因的表達有選擇性C、不同的細胞內(nèi)基因不完全相同D、在個體發(fā)育的不同時期，細胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化,B,3.植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進行培養(yǎng)，又可以分化形成根、芽等器官，這一過程稱為(),4.下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是(),C,D,離體的植物器官、組織或細胞,愈傷組織,胚狀體（根、芽）,植物體,外植體,脫分化,植物激素：細胞分裂素、生長素,再分化,植物組織培養(yǎng)過程總結(jié),植物組織培養(yǎng)條件：,含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時光照等。,就是將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并且把雜種細胞培育成新植物體的方法。,你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？,細胞壁,植物體細胞雜交技術(shù),!,有沒有一種溫和的去壁方法呢？,原生質(zhì)體如何融合的呢？,酶解法（用纖維素酶和果膠酶）,人工誘導原生質(zhì)體融合的方法有物理法和化學法兩大類：物理法是利用離心、振動、電刺激等促使原生質(zhì)體融合；化學法是用聚乙二醇(PEG)等試劑作為誘導劑誘導融合。,植物體細胞雜交過程示意圖,原生質(zhì)體制備,原生質(zhì)體融合,雜種細胞篩選,雜種細胞培養(yǎng),雜種植株再生,雜種植株鑒定,雜種植株,融合的原生質(zhì)體AB,再生出細胞壁,脫分化,愈傷組織,再分化,過程總結(jié),植物細胞的融合,植物組織培養(yǎng),植物細胞A,原生質(zhì)體B,原生質(zhì)體A,雜種細胞AB,去壁,去壁,人工誘導,方法？,促進融合的方法？,融合完成的標志,植物細胞B,去壁的方法,酶解法（纖維素酶、果膠酶等）物理法：離心、振動、電刺激等化學法：聚乙二醇（PEG）,原生質(zhì)體融合方法,植物體細胞雜交的優(yōu)勢：,打破不同種生物間的生殖隔離限制，在一定程度上克服遠緣雜交不親和的障礙，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。,白菜,甘藍,白菜甘藍,1.為什么“番茄馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯？,馬鈴薯番茄沒有像人們預想的那樣地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達不是孤立的，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胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達受到相互干擾，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，雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。,2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動物眼蟲，說明植物的細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛毎c植物細胞之間可以實現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請設計出具體實驗方案。,1.微型繁殖(1)微型繁殖技術(shù):快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù).(2)特點:保持優(yōu)良品種的遺傳特性;高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖.,植物細胞工程實際應用,植物繁殖的新途徑,2.作物脫毒(1)材料:無病毒的莖尖(2)脫毒苗:切取莖尖進行組織培養(yǎng)獲得,3.神奇的人工種子(1)特點:后代無性狀分離不受氣候,季節(jié)和地域限制(2)技術(shù):植物組織培養(yǎng).(3)結(jié)構(gòu):人工薄膜胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽.,人工種子,自然種子,1.單倍體育種(1)方法:花藥的離體培養(yǎng)(2)優(yōu)點:后代穩(wěn)定遺傳,都是純合體;明顯縮短育種年限.,作物新品種的培育,2.突變體的利用(1)產(chǎn)生:植物組織培養(yǎng)(2)利用:篩選對人們有利突變體,進而培育新品種,1.種類:蛋白質(zhì),脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等.2.技術(shù):植物的組織培養(yǎng).,細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),所采用技術(shù)的理論基礎,植物細胞工程,通常采用的技術(shù)手段,植物組織培養(yǎng),植物體細胞雜交,植物細胞的全能性,小結(jié),練習1、下列細胞中，不具有細胞全能性特點的是：A、心肌細胞B、神經(jīng)細胞C、莖的形成層細胞D、木質(zhì)部導管細胞2、用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以培養(yǎng)或生產(chǎn)出：A、人參皂苷B、無病毒植物C、人工種子D、A，B，C均可3、科學家成功培育出“番茄馬鈴薯”，是采用下列哪一項生物技術(shù)：A、基因工程B、染色體工程C、酶工程D、細胞工程,D,D,D,4、植物體細胞雜交和植物組織培養(yǎng)的相同點中錯誤的是：A、都是依據(jù)植物細胞的全能性作為理論基礎B、都屬于植物