2.1.1植物細胞工程的基本技術(shù)

1、專題2 細胞工程19961996年年7 7月月5 5日日, ,世界上第一只體細胞克隆世界上第一只體細胞克隆動物動物-克隆羊多利誕生于英國克隆羊多利誕生于英國. .這樣的生物技術(shù)屬于何種生物工程？這樣的生物技術(shù)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，通過分子生物學的原理和方法，通過細胞細胞水平水平或或細胞器水平細胞器水平上的操作，按照人上的操作，按照人們的意愿來們的意愿來改變改變細胞內(nèi)的細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)或或獲得細胞產(chǎn)品獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學技術(shù)。的一門綜合科學技術(shù)。什么叫細胞工程？包括哪兩什么叫細胞工程？包括

2、哪兩大領(lǐng)域？大領(lǐng)域？細細胞胞工工程程應用的原理和方法應用的原理和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的細胞生物學和細胞生物學和分子生物學分子生物學細胞整體水平細胞整體水平或細胞器水平或細胞器水平按照人們的意愿來改按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品或獲得細胞產(chǎn)品概念概念分類分類植物細胞工程植物細胞工程動物細胞工程動物細胞工程所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ) 植物細胞工程通常采用的技 術(shù) 手 段 植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) 植物體細胞雜交植物體細胞雜交植物細胞的全能性植物細胞的全能性2.12.1植物細胞工程植物細胞工程2.1.12.1.1植物細胞工程的基本技術(shù)植物細胞工程

3、的基本技術(shù)課標要求：課標要求：能力要求能力要求1 1、理解和掌握植物組織培養(yǎng)的操作過程、理解和掌握植物組織培養(yǎng)的操作過程內(nèi)容要求內(nèi)容要求1 1、理解植物細胞的全能性、理解植物細胞的全能性2 2、了解植物細胞脫分化和再分化的結(jié)果、了解植物細胞脫分化和再分化的結(jié)果3 3、掌握植物組織培養(yǎng)的特點、掌握植物組織培養(yǎng)的特點利用菊花花瓣微型繁殖培養(yǎng)的菊花利用菊花花瓣微型繁殖培養(yǎng)的菊花、植物細胞的花瓣怎樣長成一株完整植株？、植物細胞的花瓣怎樣長成一株完整植株？、為什么花瓣可以培養(yǎng)成完整的植株？、為什么花瓣可以培養(yǎng)成完整的植株？3 3、什么是細胞的全能性？、什么是細胞的全能性？4 4、全能性的大小關(guān)系？、全能

4、性的大小關(guān)系？5 5、體內(nèi)細胞為什么不表現(xiàn)全能性？、體內(nèi)細胞為什么不表現(xiàn)全能性？任務：閱讀教材第任務：閱讀教材第3333第二段第二段-34-34頁第一段頁第一段時間：時間：4 4分鐘分鐘問題：問題：花瓣屬于高度分化的組織，利用它培育新植花瓣屬于高度分化的組織，利用它培育新植株，首先要通過細胞的株，首先要通過細胞的脫分化脫分化過程，培養(yǎng)出過程，培養(yǎng)出愈傷組織愈傷組織，愈傷組織在一定的培養(yǎng)條件下，愈傷組織在一定的培養(yǎng)條件下，又可以又可以再分化再分化出幼根和芽，形成完整的小植出幼根和芽，形成完整的小植株。株。、植物細胞的花瓣怎樣長成一株完整植株？、植物細胞的花瓣怎樣長成一株完整植株？強調(diào)幾個概念：強

5、調(diào)幾個概念： 愈傷組織：愈傷組織：離體的植離體的植物器官、組織或細胞，在培物器官、組織或細胞，在培養(yǎng)一段時間以后，通過細胞養(yǎng)一段時間以后，通過細胞分裂，形成一種分裂，形成一種高度液泡化、高度液泡化、無定形狀態(tài)薄壁細胞無定形狀態(tài)薄壁細胞組成的組成的排列疏松無規(guī)則排列疏松無規(guī)則的組織。的組織。脫分化的實質(zhì)和結(jié)果分別是什么？脫分化的實質(zhì)和結(jié)果分別是什么？實質(zhì)實質(zhì)是使細胞恢復分裂能力。是使細胞恢復分裂能力。結(jié)果結(jié)果是形成愈傷組織。是形成愈傷組織。脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新分化根或芽等器官的過程。分化根或芽等器官的過程。植物細胞的植物細胞的脫分化脫分化：就是

6、讓已經(jīng)分化的細胞，經(jīng)過誘導后，就是讓已經(jīng)分化的細胞，經(jīng)過誘導后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程。又稱去分化?；毎倪^程。又稱去分化。植物細胞的植物細胞的再分化再分化：2 2、為什么花瓣這樣的離體器官、組、為什么花瓣這樣的離體器官、組織或細胞培養(yǎng)成完整植物體？織或細胞培養(yǎng)成完整植物體？植物細胞具有全能性。植物細胞具有全能性。3 3、什么是細胞的全能性？、什么是細胞的全能性？2 2、原理：、原理： 生物體的每一個細胞都生物體的每一個細胞都包含有該物包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因

7、。育成為完整個體所必需的全部基因。受精卵受精卵生殖細胞生殖細胞體細胞體細胞3 3、大?。?、大?。杭毎娜苄约毎娜苄灾参锛毎麆游锛毎参锛毎麆游锛毎?具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能，也胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能，也就是說每個生物細胞都具有全能性的特點就是說每個生物細胞都具有全能性的特點1 1、概念：、概念： 5 5、生物體內(nèi)的細胞為什么沒有表現(xiàn)出全、生物體內(nèi)的細胞為什么沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成不同的組織器官？能性，而是分化成不同的組織器官？ 6 6、已分化的細胞還有全能性嗎？、已分化的細胞還有全能性嗎？4

8、4、表現(xiàn)全能性的條件有哪些？、表現(xiàn)全能性的條件有哪些？在特定的時間和空間條件下，在特定的時間和空間條件下，基因基因選擇性的表達選擇性的表達的結(jié)果。的結(jié)果。分化的細胞遺傳物質(zhì)沒變，仍有發(fā)育成分化的細胞遺傳物質(zhì)沒變，仍有發(fā)育成完整個體的全套基因。完整個體的全套基因。 離體狀態(tài)離體狀態(tài) 有一定營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件有一定營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件 1 1、有關(guān)全能性的表述中，不正確的是、有關(guān)全能性的表述中，不正確的是 A.A.受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完 整個體，因此全能性最高整個體，因此全能性最高 生物體內(nèi)細胞由于分化全能性不能表達生物體內(nèi)細胞由

9、于分化全能性不能表達 卵細胞和受精卵一樣，細胞未分化，全能卵細胞和受精卵一樣，細胞未分化，全能 性很高性很高 植物細胞離體培養(yǎng)在一定條件下能表現(xiàn)出植物細胞離體培養(yǎng)在一定條件下能表現(xiàn)出 全能性全能性C2.2.下列植物細胞全能性最高的是（下列植物細胞全能性最高的是（ ）A.A.形成層細胞形成層細胞 B.B.韌皮部細胞韌皮部細胞 C.C.木質(zhì)部細胞木質(zhì)部細胞 D.D.葉肉細胞葉肉細胞3 3下列細胞全能性最高的是（下列細胞全能性最高的是（ ）A A植物的卵細胞植物的卵細胞B B植物的精子細胞植物的精子細胞C C被子植物的受精卵被子植物的受精卵D D被子植物的的葉肉細胞被子植物的的葉肉細胞A C 要把一

10、塊組織通過培養(yǎng)得到一株完整植株, 應該如何操作呢?這就涉及植物細胞工程中最基本的技術(shù)之一植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)、胡蘿卜組織培養(yǎng)的實驗原理？、胡蘿卜組織培養(yǎng)的實驗原理？、具體的方法步驟是什么？、具體的方法步驟是什么？3 3、完成完成P35P35討論題。討論題。4 4、總結(jié)出植物組織培養(yǎng)的概念？、總結(jié)出植物組織培養(yǎng)的概念？任務：閱讀教材第任務：閱讀教材第3434實驗實驗-36-36頁第一段頁第一段時間：時間：5 5分鐘分鐘問題：問題：12345再分化再分化(愈傷組織愈傷組織)6脫分化脫分化植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物組織培養(yǎng)技術(shù)實驗：胡蘿卜的組織培養(yǎng)實驗：胡蘿卜的組織培養(yǎng)P34P34實驗原理：實驗原理：

11、實驗目的：略實驗目的：略材料用具：略材料用具：略1.1.根、莖、葉細胞具有全能性，在根、莖、葉細胞具有全能性，在一定的營一定的營養(yǎng)物質(zhì)和激素養(yǎng)物質(zhì)和激素等條件下，可脫分化形成愈傷等條件下，可脫分化形成愈傷組織。組織。2.2.將愈傷組織轉(zhuǎn)接到含有不同激素（生長將愈傷組織轉(zhuǎn)接到含有不同激素（生長素和細胞分裂素）的培養(yǎng)基上，就可再分素和細胞分裂素）的培養(yǎng)基上，就可再分化成胚狀體或叢芽，進而發(fā)育成植株。化成胚狀體或叢芽，進而發(fā)育成植株。實驗步驟實驗步驟：將胡蘿卜根洗凈、削皮、切段將胡蘿卜根洗凈、削皮、切段消毒消毒（超凈工作臺或接種箱）：（超凈工作臺或接種箱）：制備外植體：制備外植體：選取有形成層的部位

12、選取有形成層的部位（1 1）離體組織塊的制備與消毒（制備外植體）離體組織塊的制備與消毒（制備外植體） 制備制備外植體外植體酒精溶液酒精溶液消毒消毒3030秒，秒，無菌水無菌水沖洗沖洗次氯酸鈉次氯酸鈉溶液處理溶液處理3030分鐘，沖洗分鐘，沖洗無菌濾紙吸去水分無菌濾紙吸去水分無菌解剖刀切片無菌解剖刀切片實驗步驟實驗步驟：將組織塊接種到培養(yǎng)基上（培養(yǎng)基成分將組織塊接種到培養(yǎng)基上（培養(yǎng)基成分見見P36“P36“小知識小知識” ），密封，貼標簽，），密封，貼標簽，注明材料名稱、接種日期等。注明材料名稱、接種日期等。（2 2）接種：）接種：（3 3）脫分化培養(yǎng)）脫分化培養(yǎng)條件：條件：23-2623-26

13、恒溫、避光恒溫、避光（5 5）試管苗、移栽）試管苗、移栽過程：過程：4 4天后，檢查污染情天后，檢查污染情況，況，1414天后觀察愈傷組織生天后觀察愈傷組織生長狀況。繼續(xù)避光培養(yǎng)。長狀況。繼續(xù)避光培養(yǎng)。（4 4）再分化培養(yǎng)）再分化培養(yǎng)一段時間后，將生長良好的一段時間后，將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到分化培養(yǎng)基愈傷組織轉(zhuǎn)接到分化培養(yǎng)基上培養(yǎng)上培養(yǎng)(1)(1)在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調(diào)所用在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調(diào)所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？ 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

14、雜菌同養(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)基程中污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，迅一旦被污染，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)，導致培養(yǎng)物迅速死亡。害的物質(zhì)，導致培養(yǎng)物迅速死亡。 造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：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、操外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和各種器械滅菌不徹

15、底、操作人員操作不規(guī)范作人員操作不規(guī)范等。所以在組織培養(yǎng)實驗中用等。所以在組織培養(yǎng)實驗中用到的植物材料和各種器械都要進行徹底地滅菌，到的植物材料和各種器械都要進行徹底地滅菌，實驗人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌。實驗人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌。(2)(2)在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調(diào)要切在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調(diào)要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分成愈傷組織。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，（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎

16、？你能用實驗的方法進行驗證嗎？胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導愈傷組織培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。比較困難。(3)(3)請根據(jù)上面的實驗過程，概括出植物組請根據(jù)上面的實驗過程，概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖?？椗囵B(yǎng)技術(shù)的流程簡圖。切取切取形成層形成層無菌無菌接種接種誘導愈傷組織誘導愈傷組織的形成的形成試管苗的形成試管苗的形成培養(yǎng)室培養(yǎng)培養(yǎng)室培養(yǎng)移栽移栽脫分化脫分化再分化再分化 植物組織培養(yǎng)就是在植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控無菌和人工控制條件下制條件下，將，將離體離體的植物器官、組的植物器官、組織、細胞，培

17、養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予基上，給予適宜的培養(yǎng)條件適宜的培養(yǎng)條件，誘導，誘導其產(chǎn)生其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽愈傷組織、叢芽，最終形成，最終形成完整的植株完整的植株。植物組織培養(yǎng)技術(shù)植物組織培養(yǎng)技術(shù)1.1.概念概念2.2.理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)：植物細胞全能性植物細胞全能性離體的植物器官、組織或細胞離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織愈傷組織根、芽根、芽植物體植物體外植體外植體脫分化脫分化植物激素：植物激素：細胞分裂素、生長素細胞分裂素、生長素再分化再分化3 3、過程、過程（需光）（需光）（避光）（避光）此過程細胞分裂為什此過程細胞分裂為什么方式？么方式？有絲分裂有絲分裂細胞

18、離體細胞離體 一定的營養(yǎng)物質(zhì)一定的營養(yǎng)物質(zhì)（H2O、無機鹽、蔗糖、氨基酸等） 激素激素（生長素、細胞分裂素。比例大時形成根；比例小時形成芽）其他外界條件其他外界條件（適宜的溫度、PH、光照、無菌 ） 瓊脂瓊脂 （凝固劑形成固體培養(yǎng)基） 4.4.必要條件：必要條件：1.1.下列屬于組織培養(yǎng)的是：（下列屬于組織培養(yǎng)的是：（ ）( (多選多選) )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 D2.2.在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形在離體的植物器官、組織或細

19、胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的（不需要的（ ）A.A.消毒滅菌消毒滅菌 B.B.適宜的溫度適宜的溫度C.C.充足的光照充足的光照 D.D.適宜的養(yǎng)料和激素適宜的養(yǎng)料和激素C3.3.要將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成完整植要將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成完整植株，不需要株，不需要A.A.具有完整細胞核的細胞具有完整細胞核的細胞B.B.離體狀態(tài)離體狀態(tài)C.C.導入外源基因?qū)胪庠椿駾.D.一定的營養(yǎng)物質(zhì)和激素一定的營養(yǎng)物質(zhì)和激素C4 4、植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進行培養(yǎng)，、植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進行培養(yǎng)， 又可以分化形成胚狀體或芽等器官，這一過

20、程又可以分化形成胚狀體或芽等器官，這一過程稱為稱為： A A、脫分化、脫分化 B B、去分化、去分化 C C、再分化、再分化 D D、脫分化或去分化、脫分化或去分化C因為不同種生物之間存在著生因為不同種生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點的。交方法是不可能做到這一點的。于是，這些科學家試圖用這于是，這些科學家試圖用這兩種植物的體細胞進行雜交，兩種植物的體細胞進行雜交，來實現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。來實現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。這幅番茄這幅番茄馬鈴薯圖利用傳馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？為什么？任務：閱讀教材第任務：

21、閱讀教材第3636頁第一段頁第一段-37-37頁頁時間：時間：5 5分鐘分鐘問題：問題：1 1來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一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？如何解決？障礙是什么？如何解決？2 2融合的方法都有什么？融合的方法都有什么？3 3為什么兩個原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細胞膜的為什么兩個原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細胞膜的什么特性有關(guān)？什么特性有關(guān)？4 4如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生了融合，下一如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生了融合，下一步該做何處理（即融合成功的標志是什么）？步該做何處理（即融合成功的標志是什么）？5 5如何將雜種細胞培育成雜種植株？如何將雜

22、種細胞培育成雜種植株？6.6.什么是體細胞雜交？什么是體細胞雜交？7.7.體細胞雜交的優(yōu)勢和不足之處？體細胞雜交的優(yōu)勢和不足之處？(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物體細胞雜交植物體細胞雜交二、植物體細胞雜交技術(shù)二、植物體細胞雜交技術(shù)1 1、要想讓兩個來自不同植物的體細胞融、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？如合在一起，遇到的第一個障礙是什么？如何解決？何解決？細胞壁阻礙著細胞間的雜交細胞壁阻礙著細胞間的雜交用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，從用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁，從而獲得具有活力的原生質(zhì)體而獲得具有活力的原生質(zhì)體2 2、融合的方法都有什么？、融合的方法

23、都有什么？人工誘導人工誘導方法方法物理法：離心、振動、電激物理法：離心、振動、電激化學法：一般用聚乙二醇化學法：一般用聚乙二醇（PEGPEG）作誘導劑）作誘導劑3 3、原生質(zhì)體能融合與細胞膜的什么特、原生質(zhì)體能融合與細胞膜的什么特性有關(guān)？性有關(guān)？細胞膜的流動性細胞膜的流動性二、植物體細胞雜交技術(shù)二、植物體細胞雜交技術(shù)4 4、融合成功的標志是什么？、融合成功的標志是什么？雜種細胞再生出細胞壁雜種細胞再生出細胞壁二、植物體細胞雜交技術(shù)二、植物體細胞雜交技術(shù)5 5、如何將雜種細胞培育成雜種植株？、如何將雜種細胞培育成雜種植株？植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)原生質(zhì)體融合后，會形成幾種原生質(zhì)體融合后，會形成幾

24、種細胞類型？細胞類型？在實際操作過程中，是把許多馬鈴在實際操作過程中，是把許多馬鈴薯的原生質(zhì)體和許多番茄的原生質(zhì)薯的原生質(zhì)體和許多番茄的原生質(zhì)體放在一起，讓它們自由融合，再體放在一起，讓它們自由融合，再從中篩選出所需的雜種細胞。從中篩選出所需的雜種細胞。A AB BB-BB-BA-BA-BA-AA-A類型類型雜雜種種植植株株融合的融合的原生質(zhì)原生質(zhì)體體ABAB再再生生出出細細胞胞壁壁脫脫分分化化愈愈傷傷組組織織再再分分化化1 1、過程、過程植物細胞的融合植物細胞的融合植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)植物細胞植物細胞A原生質(zhì)體原生質(zhì)體B原生質(zhì)體原生質(zhì)體A雜種雜種細胞細胞AB去去 壁壁去去 壁壁人人工工誘誘導導方法？方法？促進融合促進融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的標志標志植物細胞植物細胞B二、植物體細胞雜交技術(shù)二、植物體細胞雜