2.1植物細(xì)胞工程-PPT課件

1、專(zhuān)題2 細(xì)胞工程 1996年7月5日,世界上第一只體細(xì)胞克隆動(dòng)物-克隆羊多利誕生于英國(guó), 標(biāo)志著一種新的生物技術(shù)-動(dòng)物體細(xì)胞克隆技術(shù)面世, 也揭開(kāi)細(xì)胞工程更深層次發(fā)展的序幕!植物組織培養(yǎng)甘藍(lán)白菜白菜甘藍(lán)植物體細(xì)胞雜交 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(guò)細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作，按照人們的意愿來(lái)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(mén)綜合科學(xué)技術(shù)。什么叫細(xì)胞工程？包括哪兩大領(lǐng)域？細(xì)胞工程應(yīng)用的原理和方法研究的水平研究的目的細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品概念植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程理論基礎(chǔ)細(xì)胞的全能性分類(lèi)細(xì)

2、胞工程和基因工程在操作水平上有什么不同？前者是細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的生物 技術(shù)后者是DNA分子水平上的生物技術(shù)2.1 植物細(xì)胞工程2.1.1 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ) 植物細(xì)胞工程植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞的全能性通常采用的技術(shù)手段 細(xì)胞的全能性1、定義:2、原理:3、差異:4、大小：5、潛在全能性的原因: 生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能的特性。 生物體的每一個(gè)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(gè)體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。 受精卵的全能性最高 受精卵分化后的細(xì)胞中，體細(xì)胞的全 能性比生殖

3、細(xì)胞的低。 基因的選擇性表達(dá)受精卵生殖細(xì)胞干細(xì)胞 體細(xì)胞 植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞 思考討論：為什么體內(nèi)細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織、器官？ 基因在特定空間和時(shí)間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果。在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，生物體不同部位的細(xì)胞表達(dá)的基因是不同的，合成的蛋白質(zhì)也不一樣，從而形成了不同的組織和器官。植物組織培養(yǎng)關(guān)鍵詞： 外植體、脫分化、再分化、愈傷組織在無(wú)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)在人工配置的培養(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。外植體滅菌消毒接種于培養(yǎng)基上避光誘導(dǎo)愈傷組織的形成在分化培養(yǎng)基上誘導(dǎo)植物體的形成脫分化：讓已經(jīng)

4、分化的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)后， 失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分 化細(xì)胞的過(guò)程。再分化：脫分化的細(xì)胞，在一定的條件下， 又重新分化成各種特異性的組織細(xì)胞 的過(guò)程。外植體：離體的植物器官、組織或細(xì)胞。愈傷組織：細(xì)胞排列疏松、無(wú)規(guī)則、高度 液泡化的無(wú)定形的薄壁細(xì)胞。切取形成層無(wú)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方法步驟：1.植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件有哪些？2.在植物組織培養(yǎng)過(guò)程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒，滅菌，并且要求無(wú)菌操作？3.為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過(guò)程中應(yīng)避光培養(yǎng)？4.請(qǐng)根據(jù)書(shū)上實(shí)驗(yàn)過(guò)程，討論并概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡(jiǎn)圖。思考和討論：1.植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件

5、有哪些？（溫度、無(wú)菌、光照等）離體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)激素其他外界條件（無(wú)機(jī)物、有機(jī)物）（生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素等）（外植體）植物組織培養(yǎng)培養(yǎng)基定義：含有一定營(yíng)養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長(zhǎng)的基質(zhì)礦質(zhì)元素：大量元素及微量元素有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分 含N物質(zhì)：包括維生素和某些有機(jī)添加物 碳源：蔗糖 瓊脂：起支持作用 植物激素：生長(zhǎng)素、細(xì)胞分裂素等生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素比例低時(shí)：誘導(dǎo)脫分化和根的形成誘導(dǎo)再分化和芽的形成生長(zhǎng)素/細(xì)胞分裂素維持在高水平時(shí)：2.在植物組培過(guò)程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒，滅菌，并且要求無(wú)菌操作？避免雜菌在上面迅速生長(zhǎng)消耗營(yíng)養(yǎng)，且有些雜菌會(huì)危害培養(yǎng)物的生長(zhǎng)。在有光時(shí)，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組

6、織。3.為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過(guò)程中應(yīng)避光培養(yǎng)？4.請(qǐng)根據(jù)書(shū)上實(shí)驗(yàn)過(guò)程，討論并概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡(jiǎn)圖。脫分化再分化離體的植物器官、組織、細(xì)胞愈傷組織根、芽植物體避光光激素切取接種愈傷組織的形成植物組織培養(yǎng)（試管苗的形成）培養(yǎng)室試管苗大規(guī)模培養(yǎng)移栽經(jīng)過(guò)煉苗的小苗，可以和一般植物一樣進(jìn)行大規(guī)模栽培過(guò)程離體的植物器官、組織或細(xì)胞愈傷組織根、芽植物體外植體脫分化植物激素：細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素再分化植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)條件： 含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無(wú)菌環(huán)境、適合的PH、適時(shí)光照等。請(qǐng)同學(xué)們討論如何實(shí)現(xiàn)? 于是，這些科學(xué)家試圖用這兩種植物的體細(xì)胞進(jìn)行雜交，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一美妙的設(shè)

7、想。二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)這幅番茄馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？ 因?yàn)椴煌N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。 1972年卡爾森等通過(guò)兩個(gè)煙草品種之間原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜種。 1978年梅爾徹斯(Melchers)等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細(xì)胞雜種“Potamato”。 目前，已得到栽培煙草與野生煙草、栽培大豆與野生大豆、秈稻與野生稻、秈稻與粳稻、小麥與鵝冠草等細(xì)胞雜種及其后代，獲得了有價(jià)值的新品系或育種上有用的新材料。 背景資料1、定義： 用兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法

8、。2、優(yōu)勢(shì)（與有性雜交方法比較） ： 打破了不同種生物間的生殖隔離限制，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍。植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞A植物細(xì)胞B原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體融合正在融合的原生質(zhì)體再生出細(xì)胞壁雜種細(xì)胞愈傷組織雜種植株去細(xì)胞壁纖維素酶果膠酶物理方法化學(xué)方法：離心振動(dòng)電刺激聚乙二醇細(xì)胞分裂植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞融合酶解法人工誘導(dǎo)方法3、過(guò)程4、成果和尚未解決的問(wèn)題：成 果：克服不同生物遠(yuǎn)緣雜交的障礙， 出現(xiàn)自然界沒(méi)有的新品種。未解決問(wèn)題：尚未讓雜種植物按照人們的需要 表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀雜種細(xì)胞AAAA雜種細(xì)胞BBBBAB雜種細(xì)胞AB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

9、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？誘導(dǎo)融合的方法？融合完成的標(biāo)志植物細(xì)胞B植物體細(xì)胞雜交過(guò)程白菜甘藍(lán)白菜甘藍(lán)白菜細(xì)胞 (AA)甘藍(lán)細(xì)胞 (BB)白菜原生質(zhì)體 (AA)甘藍(lán)原生質(zhì)體 (BB)植物細(xì)胞融合植物組織培養(yǎng)白菜甘藍(lán)植株(AABB)去細(xì)胞壁去細(xì)胞壁原生質(zhì)體融合白菜甘藍(lán)原生質(zhì)體(AABB)白菜甘藍(lán)雜種細(xì)胞(AABB)再生出 細(xì)胞壁白菜細(xì)胞甘藍(lán)細(xì)胞1.為什么“番茄馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒(méi)有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯？ 馬鈴薯番茄沒(méi)有像人們預(yù)想的那樣地上長(zhǎng)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

10、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(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、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(dòng)物眼蟲(chóng)，說(shuō)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。1.對(duì)細(xì)胞全能性的表述正確的是A.非離體植物細(xì)胞能夠表現(xiàn)出全能性B.動(dòng)物細(xì)胞融合標(biāo)志著動(dòng)物細(xì)胞全能性的實(shí)現(xiàn)C.單克隆抗體的制備原理依據(jù)是細(xì)胞的全能性D.花粉培育成單倍體是細(xì)胞全能性的體現(xiàn)2.植物細(xì)胞表現(xiàn)

11、出全能性的必要條件是A.給予適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件B.脫離母體后，給予適宜的營(yíng)養(yǎng)和外界條件C.導(dǎo)入其他植物細(xì)胞的基因D.將成熟篩管的細(xì)胞核移植到去核的卵細(xì)胞內(nèi) 3.在生物體的所有細(xì)胞中，全能性最高的是A卵細(xì)胞 B 植物花粉 C體細(xì)胞 D.受精卵4.在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因?yàn)椋?A.細(xì)胞喪失了全能性 B.基因的表達(dá)有選擇性 C.不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同 D.在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化 5.植物組織培養(yǎng)依據(jù)的原理、培養(yǎng)過(guò)程的順序及誘導(dǎo)的植物激素分別是細(xì)胞的全能性 離體植物器官，組織或細(xì)胞 根，芽生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素 生長(zhǎng)素和乙烯 愈傷組織再

12、分化 脫分化 植物體A和 B和C和 D和 6.植物組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織，下列有關(guān)愈傷組織的敘述錯(cuò)誤的是A.愈傷組織是離體細(xì)胞經(jīng)過(guò)脫分化形成的B.形成愈傷組織的培養(yǎng)基不需含有機(jī)分子C.愈傷組織可以形成具有生根能力的胚狀結(jié)構(gòu)D.愈傷組織細(xì)胞的線粒體和核糖體可能發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)7.能刺激愈傷組織形成的誘導(dǎo)劑是A.細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素 B.赤霉素 C.生長(zhǎng)素和赤霉素 D.細(xì)胞分裂素和乙烯 8.將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成幼苗時(shí)，下列條件中不需要的是A、具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞 B、一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和植物激素C、離體狀態(tài) D、導(dǎo)入指定基因 9.（多選）植物體細(xì)胞的組織培養(yǎng)常被用于保留雜種優(yōu)勢(shì)。因?yàn)橹参锝M織培養(yǎng)的

13、過(guò)程 A.不可能發(fā)生基因突變 B.生殖方式屬于無(wú)性生殖C.子代不發(fā)生性狀分離 D.體細(xì)胞內(nèi)不存在等位基因 10.植物體細(xì)胞雜交的目的是A.用酶解法去掉細(xì)胞壁分離出有活力的原生質(zhì)體B.以人工誘導(dǎo)法使兩個(gè)不同植物的原生質(zhì)體融合C.用植物組織培養(yǎng)法培養(yǎng)融合的原生質(zhì)體得到雜種植株D.通過(guò)以上三者來(lái)完成 11.在細(xì)胞工程 原生質(zhì)體融合育種技術(shù)中，、其技術(shù)的重要一環(huán)是將營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的細(xì)胞壁除心去，通常是采用纖維素酶的酶解破壁法處理。如將去掉了細(xì)胞壁的成熟植物細(xì)胞置于清水中，細(xì)胞最終將 A.皺縮 B.脹破 C.呈球形 D.保持原狀 12.(多選)有關(guān)原生質(zhì)體的下列敘述中，正確的是A.組成原生質(zhì)體的主要生命物質(zhì)是

14、蛋白質(zhì)和核酸 B.原生質(zhì)體包括細(xì)胞膜、液泡膜及兩者之間的原生質(zhì) C.被脫掉細(xì)胞壁的植物裸露細(xì)胞是原生質(zhì)體D.原生質(zhì)體只能用于植物細(xì)胞工程 13.2006年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試?yán)砜凭C合能力測(cè)試（北京卷）以下不能說(shuō)明細(xì)胞全能性的實(shí)驗(yàn)是A.胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培育出植株B.紫色糯性王米種子培育出植株 C.轉(zhuǎn)入抗蟲(chóng)基因的棉花細(xì)胞培育出植株D.番茄與馬鈴薯體細(xì)胞雜交后培育出植株 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)概念：應(yīng)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(xì)胞的全能性優(yōu)點(diǎn)：繁殖率高，可大批量生產(chǎn) 取材

15、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(huì)導(dǎo)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(méi)有采用莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)無(wú)性繁殖的植物人工種子結(jié)構(gòu)：人工薄膜+胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽）優(yōu)點(diǎn)：不受氣候、季節(jié)、地域的限制保留優(yōu)良性狀時(shí)間短，占地少技術(shù)：組織培養(yǎng)原理：細(xì)胞全能性胚 由受精卵發(fā)育形成。發(fā)育完全的胚由胚芽、胚軸、子葉和胚根組成。胚乳、子葉儲(chǔ)有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，供胚發(fā)育。種皮 具保護(hù)胚與胚乳的功能。人工種皮成分養(yǎng)分、無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)碳源、農(nóng)藥、抗生素、有益菌生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑作物的新品種培育 傳統(tǒng)方法雜 交 原理:基因的自由組合定律單倍體育種突變體的利用組織培養(yǎng)技

16、術(shù)的應(yīng)用雜交育種雜交結(jié)果: 通過(guò)基因重組，把兩親本的優(yōu)良性狀組合在同一后代中 缺點(diǎn): 要不斷進(jìn)行(多年)純化和選擇，才得到一種符合理想要求的新品種 （1）單倍體定義 體細(xì)胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個(gè)體。體細(xì)胞染色體數(shù)目比正常個(gè)體減少了一半。（2）單倍體形成： 由配子不經(jīng)過(guò)受精作用而直接發(fā)育成的個(gè)體。例蜜蜂中的雄蜂。（3）單倍體植株的特點(diǎn)：長(zhǎng)得弱小，而且高度不育。單倍體育種(5)優(yōu)點(diǎn)： I、后代穩(wěn)定遺傳,都是純合體; II、明顯縮短育種年限.單倍體植株花粉花藥離體培養(yǎng)（組培）正常植株秋水仙素誘導(dǎo)加倍（4）方法：（6）單倍體育種的實(shí)驗(yàn)流程。花藥花粉細(xì)胞培養(yǎng)愈傷組織分化出小植物單倍體植株正常植株接種脫分化再分化移栽染色體加倍突變體的利用產(chǎn)生: 植物組織培養(yǎng)過(guò)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)條件和 外界壓力的影響而產(chǎn)生突變。利用: 篩選對(duì)人們有利突變體,進(jìn)而培育新品種成就：20世紀(jì)70年代以來(lái)，各國(guó)的科學(xué)家用這種方法已經(jīng)篩選到抗病、抗鹽、含高蛋白，以及高產(chǎn)的突變體，有的已用于生產(chǎn)。1.細(xì)胞產(chǎn)物種類(lèi)：蛋白質(zhì),脂肪,糖類(lèi),藥物,香料,生物堿等.2.技術(shù)：植物的組織培養(yǎng).（增殖快、含量高的細(xì)胞）人參皂甘的生產(chǎn)紅豆杉與紫杉