高中生物選修三專題二《細胞工程.ppt

1、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程,細胞工程,指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過某種工程學手段，在細胞整體水平或細胞器水平上，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)品的一門綜合科學技術(shù)。,細胞工程,植物細胞工程,動物細胞工程,植物細胞工程,一、植物組織培養(yǎng),1、原理： 細胞的全能性,細胞的全能性,1. 概念:,已高度分化的細胞仍具有發(fā)育成完整個體的潛能。,2. 原因：,生物體細胞含有本物種所特有的全套遺傳信息。,3. 全能性高低：,受精卵胚胎干細胞生殖細胞體細胞 植物細胞動物細胞,一、植物組織培養(yǎng),2、植物組織培養(yǎng)的條件 內(nèi)因：離體細胞、組織或器官 外因：1）適宜的外界環(huán)境條件，例如

2、無菌、適宜的溫度、濕度、光照等 2）培養(yǎng)基（一定的營養(yǎng)物質(zhì)，激素）,植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基,無機營養(yǎng)成分：無機鹽離子 有機營養(yǎng)成分： 含N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖溶液，調(diào)節(jié)滲透壓 瓊脂：起支持作用 激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素 PH值：5.06.0,一、 植物組織培養(yǎng),一、植物組織培養(yǎng),3、 植物組織培養(yǎng)的基本過程 外植體 愈傷組織 胚狀體已分化出根、芽,分化程度降低，分裂能力增強,重新分化出組織器官的過程（細胞分裂素、生長素）,細胞分化程度與細胞分裂能力呈負相關(guān),愈傷組織的形成,愈傷組織：離體的植物器官、組織或細胞，在培養(yǎng)一段時間以后，通過細胞分裂，形成一種排列疏松無

3、規(guī)則、高度液泡化、無定形態(tài)的薄壁細胞組成的組織。,植物組織培養(yǎng)（試管苗的形成）,試管苗大規(guī)模培養(yǎng),移栽,經(jīng)過煉苗的小苗，可以和一般植物一樣進行大規(guī)模栽培,植物組織培養(yǎng)的概念：,在無菌和人工控制的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，給予一定的培養(yǎng)條件，誘導產(chǎn)生愈傷組織和胚狀體，最終形成完整的植株。,能力訓練：,1、下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是：,D,植物體細胞雜交應用研究,1、定義：,將兩個來自不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞，且把雜種細胞培育成新的植物體的過程。,2、優(yōu)勢：（與有性雜交方法比較）,克服了遠緣雜交不親和的障礙，拓展了可用于雜交的親本組合范圍。,植物

4、體細胞雜交,植物體細胞雜交過程示意圖,標志,去壁,思考題,細胞壁如何去除？ 原生質(zhì)層如何融合？融合的基礎(chǔ)是什么？ 雜交完成的標志是什么？ 最后通過什么手段得到新個體 ？,融合體,雜種細胞,去壁的常用方法：,原生質(zhì)體融合方法：,植物體細胞雜交過程示意圖,細胞融合的基礎(chǔ)：,細胞膜的流動性,不能人工誘導原生質(zhì)體融合的方法是：,A、振動 B、電刺激、 C、PEG試劑、 D、重壓,對應訓練,植物細胞工程的實際應用,（一）、植物繁殖的新途徑,（二）、作物新品種的培育,（三）、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),1.單倍體育種,2.突變體的利用,藥物，香料，蛋白質(zhì)等,一、植物繁殖的新途徑,1.微型繁殖(屬無性繁殖) (1

5、)微型繁殖技術(shù)（快速繁殖技術(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.,2.培育脫毒作物 (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,人工種子,用人工種皮包被體細胞胚，可以制造人工種子 人工種皮：藻酸鈉 解決有些植物結(jié)子困難、發(fā)芽率低、繁殖困難等問題,植物組織培養(yǎng)大量生產(chǎn)紫草素,現(xiàn)在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡膠等幾十種植物的人工種子試種成功，但由于成本較高，中國尚未應用于生產(chǎn)。,08江蘇高考：下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述中，錯誤的是 A培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓

6、B培養(yǎng)基中的生長素和細胞分裂素影響愈傷組織的生長和分化 C離體器官或組織的細胞都必須通過脫分化才能形成愈傷組織 D同一株綠色開花植物不同部位的細胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因相同,D,細胞工程的概念,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)品的一門綜合科學技術(shù)。,植物細胞工程的基本技術(shù)和理論基礎(chǔ),植物細胞工程的理論基礎(chǔ)是： 植物細胞的全能性,概念：細胞的全能性是指生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能。 原因：是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)及發(fā)育為完整個體所必需的全部基因。,細

7、胞的全能性,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)、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。,在生物的個體發(fā)育中，由于基因在特定時間和空間下選擇性地表達而形成不同器官，因此，要實現(xiàn)細胞的全能性，首先必須使生物體的細胞處于離體狀態(tài)。,植物組織培養(yǎng)的概念,植物組織培養(yǎng)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，給予適宜的培養(yǎng)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)的過程,離體的植物器官、組織或細胞,脫分化（又叫去分化）,愈傷組織（排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀

8、態(tài)的薄壁細胞）,再分化,根或芽等器官,植物體,相關(guān)問題,1、在植物組培過程中，為什么要進行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？ 2、為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？ 3、為什么誘導愈傷組織的過程中應避光培養(yǎng)？,植物體細胞雜交的概念,將不同種植物的體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術(shù)。 （不同種生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點的）,相關(guān)問題,（1）要想讓兩個來自不同植物的體細胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？ （2）有沒有一種溫和的去細胞壁的方法？ （3）為什么兩個原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細胞膜的什

9、么特性有關(guān)？ （4）如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成了雜種細胞，下一步該對此細胞做何種處理？ （5）如何將雜種細胞培育成雜種植株？,植物體細胞雜交過程,雜合的原生質(zhì)體,雜種細胞,愈傷組織,雜種植株,植物體細胞雜交過程,原生質(zhì)體制備（酶解法去細胞壁） 原生質(zhì)體融合（人工誘導） 雜種細胞的篩選和培養(yǎng)（形成愈傷組織） 雜種植株的再生與鑒定,物理法：離心、振動、電刺激等 化學法：聚乙二醇等試劑,纖維素酶、果膠酶等,問題,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？ 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

10、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。,問題,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(shè)計出具體實驗方案。,異想天開,植物細胞工程的實際應用,繁殖植物的新途徑 微型育種 作物脫毒 人工種子 育種新方法 單倍體育種 誘導突變體 細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),概念：應用組織培養(yǎng)技術(shù)，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技術(shù)） 原理：植物細胞的全能性 優(yōu)點：繁殖率高，可大批量生產(chǎn) 取材少 培養(yǎng)周期短 保持優(yōu)良性狀,微型繁殖,作物脫毒,病毒在作物體內(nèi)逐年積累，會導致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差 分生區(qū)附近（莖尖、根尖）的病毒極少，甚至沒有 采用莖尖進行組織培養(yǎng),人工種子,結(jié)構(gòu)： 人工薄膜+胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽） 優(yōu)點： 不受氣候、季節(jié)、地域的限制 保留優(yōu)良性狀 時間短，占地少 技術(shù)： 組織培養(yǎng) 原理： 細胞全能性,養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源、農(nóng)藥、抗生素、有益菌 生