植物細(xì)胞工程課件(公開課)完整版

1、 植物體細(xì)胞雜交的概念植物體細(xì)胞雜交的概念 將不同種植物的體細(xì)胞，在一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雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技 術(shù)。術(shù)。 （不同種生物之間存在著（不同種生物之間存在著 生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜 交方法是不可能做到這一點(diǎn)的）交方法是不可能做到這一點(diǎn)的） 植物體細(xì)胞雜交 酶解法去細(xì)胞壁 纖維素酶、果膠酶纖維素酶、果膠酶 (1) (1) 番茄番茄 細(xì)胞細(xì)胞 馬鈴馬鈴 薯薯 細(xì)胞細(xì)胞 不同植物體細(xì)胞原生質(zhì)融合 物理方法有：物理方法有： 顯微操作、顯微操作、離心、振動(dòng)、電

2、刺激離心、振動(dòng)、電刺激等促使原等促使原 生質(zhì)體融合。生質(zhì)體融合。 化學(xué)的方法化學(xué)的方法 用用聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEG）等試劑作為誘導(dǎo)劑來等試劑作為誘導(dǎo)劑來 誘導(dǎo)融合誘導(dǎo)融合 (1) (1) (2) 植物體細(xì)胞雜交過程示意圖過程示意圖 (3) 雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞 (4) (5) 番茄番茄 細(xì)胞細(xì)胞 馬鈴馬鈴 薯薯 細(xì)胞細(xì)胞 A B AB AA BB (6) 物理物理 方法方法 化學(xué)化學(xué) 方法：方法： 離心離心 振動(dòng)振動(dòng) 電刺激電刺激 人工 誘導(dǎo) 方法 (1) (1) (2) (3) (4) (5) 植物體細(xì)胞雜交 過程示意圖過程示意圖 酶解法去壁酶解法去壁 原生質(zhì)原生質(zhì) 體融合體融合 再生

3、再生 細(xì)胞壁細(xì)胞壁 雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞 脫分化脫分化 再分化再分化 (6) 移栽移栽 正在融合的正在融合的 原生質(zhì)體原生質(zhì)體植物組植物組 織培養(yǎng)織培養(yǎng) 植物細(xì)胞融合植物細(xì)胞融合 再生出 細(xì)胞壁 植物體細(xì)胞雜交技術(shù)過程圖 細(xì)胞膜的流動(dòng)性細(xì)胞膜的流動(dòng)性 植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性 植物體細(xì)胞雜交 1 1、植物體細(xì)胞雜交的結(jié)果是產(chǎn)生了？、植物體細(xì)胞雜交的結(jié)果是產(chǎn)生了？ 2 2、這個(gè)過程中涉及的原理是？、這個(gè)過程中涉及的原理是？ 雜種植株雜種植株 植物體細(xì)胞雜交的意義 使來自兩個(gè)親本細(xì)胞的基因有可使來自兩個(gè)親本細(xì)胞的基因有可 能都被表達(dá)，能都被表達(dá)，打破了遠(yuǎn)緣生物不打破了遠(yuǎn)緣生物不 能雜交的屏障能

4、雜交的屏障，提供了，提供了創(chuàng)造新物創(chuàng)造新物 種種的可能。的可能。 根為馬鈴薯而根為馬鈴薯而 果為西紅柿，果為西紅柿， 尚末成功尚末成功 思考思考 為什么為什么“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒有如超級(jí)雜種植株沒有如 科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬 鈴薯？鈴薯？ 主要原因是：生物基因的表達(dá)不是孤立的，它主要原因是：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，所以馬鈴們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴 薯薯番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種 的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互的遺傳

5、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(zhǎng)番茄、質(zhì)一樣有序表達(dá)，雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄、 地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。 植物體細(xì)胞雜交應(yīng)用 生長(zhǎng)期短，耐熱性強(qiáng)和易于貯存生長(zhǎng)期短，耐熱性強(qiáng)和易于貯存 自然界中有一種含有葉綠體的原生動(dòng)物自然界中有一種含有葉綠體的原生動(dòng)物眼眼 蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動(dòng)物細(xì)蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動(dòng)物細(xì) 胞中存活，請(qǐng)?zhí)接懀簞?dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞之間胞中存活，請(qǐng)?zhí)接懀簞?dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞之間 可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上

6、可行，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出 具體實(shí)驗(yàn)方案。具體實(shí)驗(yàn)方案。 思考思考 異想天開異想天開 所采用技術(shù) 的理論基礎(chǔ) 植 物 細(xì) 胞 工 程 通常采用的 技術(shù)手段 植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) 植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交 植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性 小結(jié)小結(jié) 如圖是如圖是“白菜一甘藍(lán)白菜一甘藍(lán)”雜種植株的培育過程。雜種植株的培育過程。 下列說法正確的是下列說法正確的是( )( ) A.A.圖示圖示“白菜白菜甘藍(lán)甘藍(lán)”植株不能結(jié)籽植株不能結(jié)籽 B.B.愈傷組織的代謝是自養(yǎng)需氧型愈傷組織的代謝是自養(yǎng)需氧型 C C上述過程中包含著有絲分裂，細(xì)胞分化和減數(shù)上述過程中包含著有絲分

7、裂，細(xì)胞分化和減數(shù) 分裂等過程分裂等過程 D D“白菜白菜甘藍(lán)甘藍(lán)”雜種植株具有的性狀是基因選雜種植株具有的性狀是基因選 擇性表達(dá)的結(jié)果擇性表達(dá)的結(jié)果 D 下列屬于組織培養(yǎng)的是（下列屬于組織培養(yǎng)的是（ ） A. A. 花粉培養(yǎng)成單倍體植株花粉培養(yǎng)成單倍體植株 B. B. 芽發(fā)育成枝條芽發(fā)育成枝條 C. C. 根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū) D. D. 未受精的卵發(fā)育成植株未受精的卵發(fā)育成植株 A 概念概念: : 快速高效實(shí)快速高效實(shí) 現(xiàn)種苗繁植培現(xiàn)種苗繁植培 育優(yōu)良植物品育優(yōu)良植物品 種的植物組織種的植物組織 培養(yǎng)技術(shù)。培養(yǎng)技術(shù)。 植物組織植物組織 培養(yǎng)車間培養(yǎng)車間 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

8、 高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖；高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖； 保持優(yōu)良品種的遺傳特性；保持優(yōu)良品種的遺傳特性； 不受自然生長(zhǎng)季節(jié)的限制（因?yàn)樵诓皇茏匀簧L(zhǎng)季節(jié)的限制（因?yàn)樵?具有一定人工設(shè)施的室內(nèi)生產(chǎn)）。具有一定人工設(shè)施的室內(nèi)生產(chǎn)）。 產(chǎn)業(yè)化育苗產(chǎn)業(yè)化育苗 人們利用植物的微型繁殖技術(shù)來進(jìn)行工廠化育人們利用植物的微型繁殖技術(shù)來進(jìn)行工廠化育 苗生產(chǎn)，這是利用了該項(xiàng)技術(shù)的哪些特點(diǎn)？苗生產(chǎn)，這是利用了該項(xiàng)技術(shù)的哪些特點(diǎn)？ 植物植物“微型微型”繁殖技術(shù)具有繁殖技術(shù)具有高效性高效性和和 可以可以保持種苗的優(yōu)良遺傳特性保持種苗的優(yōu)良遺傳特性的優(yōu)勢(shì)。的優(yōu)勢(shì)。 工廠化大規(guī)模育苗生產(chǎn)正是利用了植工廠化大規(guī)模育苗

9、生產(chǎn)正是利用了植 物物“微型微型”繁殖技術(shù)的這兩方面優(yōu)勢(shì)。繁殖技術(shù)的這兩方面優(yōu)勢(shì)。 利用植物利用植物“微型微型”繁殖技術(shù)我們可以繁殖技術(shù)我們可以 在在短時(shí)間中獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗。短時(shí)間中獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗。 （1 1）作物脫毒的原因）作物脫毒的原因: : 幾乎所有的果樹都患有病毒病，而且多是 通過營(yíng)養(yǎng)體繁殖代代相傳的。植物病毒種 類很多,對(duì)樹體又能產(chǎn)生持久危害,迄今為 止尚無有效的藥物可以控制。 長(zhǎng)期進(jìn)行無性繁殖的作物，易積累病毒，導(dǎo)長(zhǎng)期進(jìn)行無性繁殖的作物，易積累病毒，導(dǎo) 致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差，而植物的致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差，而植物的分生區(qū)一分生區(qū)一 般不會(huì)感染病毒般不會(huì)感染病毒，用分生區(qū)的細(xì)胞

10、進(jìn)行組織，用分生區(qū)的細(xì)胞進(jìn)行組織 培養(yǎng)，就能得到大量的脫毒苗培養(yǎng)，就能得到大量的脫毒苗。 用植物的組織培養(yǎng)技術(shù)，培養(yǎng)植物用植物的組織培養(yǎng)技術(shù)，培養(yǎng)植物莖尖莖尖，可，可 以有效地防止病毒病的侵害，恢復(fù)種性并加以有效地防止病毒病的侵害，恢復(fù)種性并加 速繁殖速度。速繁殖速度。 香蕉去病毒試管苗的組織培養(yǎng)技術(shù)已成為產(chǎn)香蕉去病毒試管苗的組織培養(yǎng)技術(shù)已成為產(chǎn) 業(yè)化商品化的先例之一。因?yàn)橄憬妒侨扼w業(yè)化商品化的先例之一。因?yàn)橄憬妒侨扼w 植物，必須通過無性繁殖延續(xù)后代，傳統(tǒng)方植物，必須通過無性繁殖延續(xù)后代，傳統(tǒng)方 法一般采用法一般采用芽芽繁殖，感病嚴(yán)重，繁殖率低；繁殖，感病嚴(yán)重，繁殖率低； 而采用去病毒的組

11、織培養(yǎng)技術(shù)不僅改進(jìn)了品而采用去病毒的組織培養(yǎng)技術(shù)不僅改進(jìn)了品 質(zhì)，畝產(chǎn)量約提高質(zhì)，畝產(chǎn)量約提高3030-50-50，很容易被蕉農(nóng)，很容易被蕉農(nóng) 接受。接受。 （2 2）材）材 料料: :分生區(qū)（如莖尖）的細(xì)胞分生區(qū)（如莖尖）的細(xì)胞 （3 3）脫毒苗）脫毒苗: : 切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得 莖尖培養(yǎng)莖尖培養(yǎng)可以得到無病毒苗木可以得到無病毒苗木 已成為解決病毒病危害和品種已成為解決病毒病危害和品種 退化問題的一個(gè)重要途徑。退化問題的一個(gè)重要途徑。 人工種子人工種子：用組：用組 培技術(shù)獲得具有培技術(shù)獲得具有 胚芽、胚軸、胚胚芽、胚軸、胚 根等結(jié)構(gòu)的胚狀根等結(jié)構(gòu)的胚狀 體，并用

12、人工種體，并用人工種 皮皮( (藻酸鈉藻酸鈉) )包裹包裹 起來，用以代替起來，用以代替 天然種子進(jìn)行繁天然種子進(jìn)行繁 殖的一種結(jié)構(gòu)。殖的一種結(jié)構(gòu)。 胚芽胚芽 胚根胚根 胚乳或子葉胚乳或子葉 種皮種皮 (1)(1)特點(diǎn)特點(diǎn): : 后代無性狀分離，保留優(yōu)良特性；后代無性狀分離，保留優(yōu)良特性； 不受氣候不受氣候, ,季節(jié)和地域限制。季節(jié)和地域限制。 (2)(2)技術(shù)技術(shù): :植物組織培養(yǎng)。植物組織培養(yǎng)。 (3)(3)產(chǎn)生途徑：產(chǎn)生途徑： 由已脫分化的外植體直接產(chǎn)生；由已脫分化的外植體直接產(chǎn)生； 由愈傷組織產(chǎn)生由愈傷組織產(chǎn)生。 (4)(4)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): :人工薄膜胚狀體人工薄膜胚狀體 或不定芽或頂芽或

13、腋芽?；虿欢ㄑ炕蝽斞炕蛞秆?。 （5 5）優(yōu)點(diǎn)：）優(yōu)點(diǎn)： 解決了有些種子繁殖力差、結(jié)籽困難或發(fā)解決了有些種子繁殖力差、結(jié)籽困難或發(fā) 芽率低等問題。芽率低等問題。 可以工業(yè)化生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化程度?？梢怨I(yè)化生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化程度。 可在胚乳中添加各種附加成分。如：固氮可在胚乳中添加各種附加成分。如：固氮 菌、防病蟲農(nóng)藥、除草劑等。菌、防病蟲農(nóng)藥、除草劑等。 用人工種子播種可節(jié)約糧食。用人工種子播種可節(jié)約糧食。 人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順 利生長(zhǎng)成小植株的關(guān)鍵部分，請(qǐng)?zhí)接懭死L(zhǎng)成小植株的關(guān)鍵部分，請(qǐng)?zhí)接懭?工種皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么？工種皮

14、中應(yīng)該具有的有效成分是什么？ 為了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育，我們還可為了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育，我們還可 以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？ 針對(duì)植物種類和土壤等條件，在人工種子的針對(duì)植物種類和土壤等條件，在人工種子的 包裹劑中還可以加入包裹劑中還可以加入適量的養(yǎng)分適量的養(yǎng)分、無機(jī)鹽無機(jī)鹽、 有機(jī)碳源有機(jī)碳源以及以及農(nóng)藥農(nóng)藥、抗生素抗生素、有益菌有益菌等。為等。為 了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育，還可以向人工種了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育，還可以向人工種 皮中加入一些皮中加入一些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。 現(xiàn)在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、現(xiàn)在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、 咖啡、棉花、玉米、水稻、

15、橡膠等幾咖啡、棉花、玉米、水稻、橡膠等幾 十種植物的人工種子試種成功，但由十種植物的人工種子試種成功，但由 于成本較高，中國(guó)尚未應(yīng)用于生產(chǎn)。于成本較高，中國(guó)尚未應(yīng)用于生產(chǎn)。 （1 1）方法）方法: :花藥的離體培養(yǎng)花藥的離體培養(yǎng) （2 2）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn): : 后代穩(wěn)定遺傳后代穩(wěn)定遺傳, ,都是純合體都是純合體; ; 明顯縮短育種年限。明顯縮短育種年限。 植物離體培養(yǎng)，能夠明顯提高突變植物離體培養(yǎng)，能夠明顯提高突變 率，并且會(huì)有各種各樣的生理和形態(tài)突率，并且會(huì)有各種各樣的生理和形態(tài)突 變，如株高、花色、植株形態(tài)、生育期、變，如株高、花色、植株形態(tài)、生育期、 耐性等?？梢詮闹羞x擇優(yōu)良突變體，培耐性等

16、?？梢詮闹羞x擇優(yōu)良突變體，培 育新品種。育新品種。 野生種往往有許多優(yōu)良性狀，但大野生種往往有許多優(yōu)良性狀，但大 部分野生種與栽培種雜交不親和，部分野生種與栽培種雜交不親和， 嚴(yán)重影響了野生種優(yōu)良遺傳基因的嚴(yán)重影響了野生種優(yōu)良遺傳基因的 應(yīng)用。利用細(xì)胞融合，可以克服這應(yīng)用。利用細(xì)胞融合，可以克服這 種雜交不親和性，獲得體細(xì)胞雜種，種雜交不親和性，獲得體細(xì)胞雜種， 使野生種的利用成為可能。使野生種的利用成為可能。 基因工程主要研究基因工程主要研究DNADNA的轉(zhuǎn)導(dǎo)，而基因轉(zhuǎn)導(dǎo)后必須的轉(zhuǎn)導(dǎo)，而基因轉(zhuǎn)導(dǎo)后必須 通過組織培養(yǎng)途徑才能實(shí)現(xiàn)植株再生。通過組織培養(yǎng)途徑才能實(shí)現(xiàn)植株再生。 1.1.種類：種類：

17、 蛋白質(zhì)，脂肪，糖類，藥蛋白質(zhì)，脂肪，糖類，藥 物，香料，生物堿等。物，香料，生物堿等。 2.2.技術(shù)：技術(shù)： 植物的組織培養(yǎng)植物的組織培養(yǎng) 紫草紫草 紫草素紫草素 愈傷組織愈傷組織 紫草素有活血化淤的作用，可用于治療燙紫草素有活血化淤的作用，可用于治療燙 傷割傷的藥物、化妝品及食品的著色劑傷割傷的藥物、化妝品及食品的著色劑 因?yàn)閺乃?xì)胞內(nèi)提煉的紫杉醇，是國(guó)際上公因?yàn)閺乃?xì)胞內(nèi)提煉的紫杉醇，是國(guó)際上公 認(rèn)的一種高效、低毒、廣譜、作用機(jī)制獨(dú)特認(rèn)的一種高效、低毒、廣譜、作用機(jī)制獨(dú)特 的抗癌天然產(chǎn)物。所以紅豆杉這類植物近年的抗癌天然產(chǎn)物。所以紅豆杉這類植物近年 來是植物界一位走紅的名星。來是植物界一位走紅的名星。 紅豆杉是常綠針葉，結(jié)櫻 桃大的奇特紅豆果，是第 四世紀(jì)冰川后遺留下來的 世界珍稀瀕危植物，全世 界自然分布極少，列為國(guó) 家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)植物。 目前國(guó)內(nèi)外都是從紅豆杉樹皮和嫩葉中提取目前國(guó)內(nèi)外都是從紅豆杉樹皮和嫩葉中提取 紫杉醇，原料來源困難，成本高。紫杉醇，原料來源困難，成本高。 每生產(chǎn)每生產(chǎn)1 1公斤紫杉醇，需用紫杉樹皮公斤紫杉醇，需用紫杉樹皮3030噸。噸。 每株每株100100年生的樹約可萃取年生的樹約可萃取300mg300mg的紫杉醇。的紫杉醇。 治療一位病患者需要用治療一位病患者需要用1200mg1200mg，需用相