高中生物植物細(xì)胞工程.ppt

1、專題2 細(xì)胞工程,細(xì)胞工程的概念,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，按照人們的意愿來改變細(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),植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)和理論基礎(chǔ),植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)是： 植物細(xì)胞的全能性,1、定義,生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個體的潛能的特性,2、原理,生物體的每一個細(xì)胞都包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(xì)胞都應(yīng)該具有全能性,3、差異,1） 受精卵的全能性最高,4、潛在全能性的原因,基因表達(dá)的選擇性,2） 受精卵分化后的細(xì)胞中，體細(xì)胞的 全

2、能性比生殖細(xì)胞的低,一、細(xì)胞的全能性,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(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,植物組織培養(yǎng)的過程,離體的植物器官、組織或細(xì)胞,脫分化（又叫去分化,由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過程，稱為植物細(xì)胞的脫分化。,愈傷組織（排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞,再分化,根或芽等器官,植物體,脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)又可以重新分化成根或芽等器官，這一過程稱為植物細(xì)胞的再分化,相關(guān)問題,1、在植物組培過程中，為什么要進(jìn)行一系列

3、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(dǎo)愈傷組織的過程中應(yīng)避光培養(yǎng),實(shí)驗(yàn) 胡蘿卜的組織培養(yǎng),在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用器械的滅菌和實(shí)驗(yàn)人員的無菌操作,植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營養(yǎng)成分，有利于培養(yǎng)物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養(yǎng)過程中污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養(yǎng)物有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物迅速死亡。 造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不

4、規(guī)范等。所以在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中用到的植物材料和各種器械都要進(jìn)行徹底地滅菌，實(shí)驗(yàn)人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌,在本實(shí)驗(yàn)中，切取胡蘿卜塊根時強(qiáng)調(diào)要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證嗎,胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導(dǎo)愈傷組織比較困難?？梢宰寣W(xué)生參考利用胡蘿卜根進(jìn)行組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)，嘗試設(shè)計(jì)出利用胡蘿卜的莖、葉、花進(jìn)行組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)流程,1.植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件有哪些？ 2.在植物組培過程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？ 3、為什

5、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,細(xì)胞離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件,避免雜菌在上面迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長,想一想,胡蘿卜根形成層容易誘導(dǎo)成愈傷組織，其他部分如葉、花也能培養(yǎng)成小植株，只是稍微困難些,4、為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過程中應(yīng)避光培養(yǎng)？ 5、請同學(xué)們根據(jù)上述過程概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程圖，并與同學(xué)交流,在有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織,切取 形成層,無菌接種,誘導(dǎo)愈傷組織 的形成,試管苗的形成,培養(yǎng)室,移栽,脫分化,再分化,植物體細(xì)胞雜交的概念,將不同種植物的體細(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

6、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(diǎn)的,相關(guān)問題,1）要想讓兩個來自不同植物的體細(xì)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(xì)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(xì)胞膜的什么特性有關(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(xì)胞，下一步該對此細(xì)胞做何種處理？ （5）如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株,雜種植株,融合的原生質(zhì)體AB,再生出細(xì)胞壁,脫分化,愈傷組織,再分化,植物細(xì)胞的融合,植物組織培養(yǎng),植物細(xì)胞A,原生質(zhì)體B,原生質(zhì)體A,雜種細(xì)胞AB,去 壁,去 壁,人 工 誘 導(dǎo),方法,促進(jìn)融合

7、的方法,融合完成的 標(biāo)志,植物細(xì)胞B,二、植物體細(xì)胞雜交過程,纖維素酶、果膠酶等,物理法：離心、振動、電刺激等 化學(xué)法：聚乙二醇等試劑,問題,為什么“番茄馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學(xué)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(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)，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(xì)胞器同樣可以在某些動物細(xì)胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛?xì)胞

8、與植物細(xì)胞之間可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案,異想天開,植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)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(dǎo)突變體 細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),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(diǎn),3.成就,1）保持優(yōu)良品種的遺傳特性 2）高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖,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,討論,P38,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(shí)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 植物繁

9、殖的新途徑,二）作物脫毒,1.作物脫毒的原因: 2.作物脫毒的材料: 3.作物脫毒的方法: 4.作物脫毒的結(jié)果,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,三）神奇的人工種子,一 植物繁殖的新途徑,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(shí)現(xiàn)制種,三）神奇的人工種子,一 植物繁殖的新途徑,2.人工種子,胚狀體,三）神奇的人工種子,一 植物繁殖的新途徑,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

10、料，經(jīng)過人工薄膜包裝 得到的種子,1）人工種子概念 （2）人工種子組成,胚狀體（或不定芽、頂芽和腋芽）+人工種皮,三）神奇的人工種子,一 植物繁殖的新途徑,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(jī)械化包裹 貯藏或種植,思考,設(shè)計(jì)人工種子制備技術(shù)的主要流程圖,三）神奇的人工種子,一 植物繁殖的新途徑,討論,P40,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(yùn)輸,加入適量的養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)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(diǎn),2）人工種皮的有效成分,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

11、體,1.單倍體定義： 2.單倍體形成： 3.單倍體植株的特點(diǎn),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,一）單倍體育種,二 作物新品種的培育,4.回顧單倍體育種的一般過程并設(shè)計(jì)出一種通過 植物花藥組織培養(yǎng)生成正常植株的實(shí)驗(yàn)流程,花粉細(xì)胞培養(yǎng),脫分化,愈傷 組織,分化出 小植物,再分化,移栽,單倍體育種的原理,染色體（數(shù)目）變異,技術(shù)：組織培養(yǎng)獲得單倍體；秋水素處理單倍體的幼苗，使染色體加倍,單倍體育種的優(yōu)點(diǎn),后代都是純合子，明顯縮短育種年限,二）突變體的利用,二 作物新品種的培育,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

12、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,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,細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),紅豆杉與紫杉醇,人參皂甘的生產(chǎn),例1：03江蘇 用高度分化的植物細(xì)胞、組織 和器官進(jìn)行組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織， 下列敘述錯誤的是 A.該愈傷組織是細(xì)胞經(jīng)過脫分化和分裂形成的 B.該愈傷組織的細(xì)胞沒有全能性 C.該愈傷組織是由排列疏松的薄壁細(xì)胞組成 D.該愈傷組織可以形成具有生根發(fā)芽能力的 胚狀結(jié)構(gòu),典例精析,例2：右圖為植物體細(xì)胞雜交過程 示意圖。據(jù)圖回答,1）步

13、驟是_ _ 最常用的方法是_. 2）步驟一般常用的化學(xué)試劑是 _目的是_ _. 3）在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種 植株的過程中，運(yùn)用的技術(shù)手段 是_ ，其中步驟相 當(dāng)于_，步驟相當(dāng)于_,去掉細(xì)胞壁分離出有 活力的原生質(zhì)體,酶解法,聚乙二醇（PEG,誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合,植物組織培養(yǎng),脫分化,再分化,例2：右圖為植物體細(xì)胞雜交過程 示意圖。據(jù)圖回答,4）植物體細(xì)胞雜交的目的是獲得 新的雜種植株。使_ 能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)， 其根本原因: 5）從理論上講，雜種植株的育性 _。若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交方法 能否實(shí)現(xiàn)？_。并說明理由： 因此，這項(xiàng)研究對于培養(yǎng)作物新品 種方面的重大意義在于：,兩個親本的遺傳性

14、狀,雜種植株獲得了雙親的遺傳物質(zhì),可育,不能,因?yàn)椴煌N生物之間存在生殖隔離,克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，大大擴(kuò)展了 可用于雜交的親本組合范圍,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) 2、科學(xué)工作者把胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞分離出來，將單個細(xì)胞放入培養(yǎng)基中培養(yǎng)，獲得了許多完整的植株，這些植株的特點(diǎn)是（ ） A彼此性狀相似 B變異頻率較高 C單倍體 D都是純合子,課堂演練,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(xiàng)都是 4下列四個選項(xiàng)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

15、 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,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)胞雜交 C利有芽尖進(jìn)行組織培養(yǎng) D人工誘導(dǎo)基因突變 6.甘薯種植多年后易積累病毒而導(dǎo)致品種退化。目前生產(chǎn)上采用莖尖分生組織離體培養(yǎng)的方法快速繁殖脫毒的種苗，以保證該品種的品質(zhì)和產(chǎn)量水平。這種通過分生組織離體培養(yǎng)獲得種苗的過程不涉及細(xì)胞的（） A.有絲分裂 B.分化 C.減數(shù)分裂 D.全能性,7.基因型為AaBb的水稻（含24條染色體）的花藥通過無菌操作接入試管后，在一定條件下形成試管苗，問,1）愈傷組織是花