人教版高中生物選修三專題2細胞工程--2.1.1植物細胞工程的基本技術(shù)

1、2.1 植物細胞工程選修3現(xiàn)代生物技術(shù)專題 專題2 細胞工程2.1.1植物細胞工程的基本技術(shù)細胞工程1、什么是細胞工程？ 細胞工程是指應(yīng)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)。 應(yīng)用的原理和方法研究的水平研究的目的細胞生物學和分子生物學細胞水平或細胞器水平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)品概念：前者是細胞水平或細胞器水平上生物技術(shù),后者是分子水平上的生物技術(shù)?？寺《嗬蜓蚣夹g(shù)是 水平上的技術(shù)，培育抗蟲棉是 水平上的技術(shù)。細胞工程與基因工程相比：細胞（細胞器）分子思

2、考:按照研究對象分 細胞與組織培養(yǎng) 細胞融合 細胞核移植 等2、細胞工程的分類 植物細胞工程動物細胞工程按照操作技術(shù)分 一、植物組織培養(yǎng)一）、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。一、植物組織培養(yǎng) 具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有生長分化成為一個完整生物體的潛能。 植物細胞全能性是細胞分化的理論基礎(chǔ)和植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論依據(jù)。3. 全能性高低： 受精卵胚胎干細胞生殖細胞（卵細胞精子） 體細胞植物細胞動物細胞分化程度低的細胞分化程度高的細胞 具有持續(xù)分裂能力的細胞不分裂的細

3、胞受精卵全能性最高4.全能性表達的條件：離體、無菌、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件 例題1.下列有關(guān)細胞全能性的含義，正確的 （ ）A.每個生物體內(nèi)的所有細胞都具有相同的功能 B.生物體內(nèi)的任何一個細胞可以完成該個體的全部功能 C.生物體的每一個活細胞都具有發(fā)育成完整個體的潛能D.生物體的每個細胞都經(jīng)過產(chǎn)生、分裂、分化、生長、衰老、死亡的全過程 C（1）取材與消毒（2）外植體接種到誘導培養(yǎng)基上脫分化（3）愈傷組織轉(zhuǎn)移到分化培養(yǎng)基上（4）分化出叢芽、生根（幼苗）再分化（5）移栽到大田，培養(yǎng)成植株 2、 植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖（1）在實驗中，“消毒”是如何進行的？為什么要滅菌和無菌操作？（

4、2）“接種”和“轉(zhuǎn)接”過程培養(yǎng)基有什么不同作用？固體培養(yǎng)基的基本成分是什么？酒精、次氯酸鈉易污染。一旦污染不但會與培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，且雜菌在生長時會生成大量有害的物質(zhì)而導致培養(yǎng)物大量死亡細胞分裂素/生長素 比值大是誘導根芽增殖 分化，比例小誘導生根和愈傷組織的形成固體基本培養(yǎng)基（MS）成分： 無機營養(yǎng)成分：無機鹽離子 有機營養(yǎng)成分：碳源、氨基酸、維生素、等 生長調(diào)節(jié)劑：植物激素（細胞分裂素、生長素、赤霉素） 瓊脂（3）在上述實驗過程中，“培養(yǎng)”的外界條件是什么？為什么要避光？培養(yǎng)基條件：PH、溫度、光照等在有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。（但再分化時需要光，光能使細胞內(nèi)形成葉綠

5、體、葉綠素，進行光合作用）3、過程示意圖：離體的植物器官、組織或細胞叢芽脫分化愈傷組織再分化胚狀體植物體一、植物組織培養(yǎng)遮光光照外植體誘導培養(yǎng)基分化培養(yǎng)基一、植物組織培養(yǎng)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)4、相關(guān)概念：（1）植物組織培養(yǎng)： 植物組織培養(yǎng)就是指在無菌和人工的控制下，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，再分化成胚狀體或叢芽，最終形成完整的植株。一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)4、相關(guān)概念: （2）脫分化（又稱去分化）：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)變成未分化細胞的過程。（3）再分化：由同一種類的細胞經(jīng)細胞分裂后，逐漸在形態(tài)

6、結(jié)構(gòu)和功能上形成穩(wěn)定性差異，產(chǎn)生不同細胞類群的過程。脫分化的實質(zhì)和結(jié)果分別是什么？實質(zhì)是恢復細胞的全能性過程。結(jié)果是形成愈傷組織。一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)（5）愈傷組織：一些分化的細胞，經(jīng)過植物激素誘導可以脫分化為具有分生能力的薄壁細胞組織。細胞特點：細胞排列疏松無規(guī)則，高度液泡化的薄壁細胞。（6）外植體：在植物組織培養(yǎng)過程中，從植物體上被分離下來的，接種在培養(yǎng)基上供培養(yǎng)用的原生質(zhì)體、細胞、組織、器官等5、植物組織培養(yǎng)的意義: 植物繁殖的新途徑等作用。 4、相關(guān)概念: 影響脫分化和再分化的因素:較低有利于生根有利于芽的產(chǎn)生較高細胞分裂素生長素有利于愈傷組織的形成適中植物激素細胞分裂素生長素細胞分裂

7、素生長素小結(jié)：植物組織培養(yǎng)的過程外植體愈傷組織從芽或胚狀體植物體脫分化再分化（離體的,已分化組織或細胞）（未分化）（分化）條件？優(yōu)點？特點？繁殖速度快不受季節(jié)限制工廠化生產(chǎn)幼苗無毒保持優(yōu)良性狀適宜溫度、光照、 pH和無菌環(huán)境。無機物、有機物和植物激素（生長素，細胞分裂素等）排列疏松、無規(guī)則高度液泡化無定形狀態(tài)薄壁細胞無葉綠體,不進行光合作用例題2、下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是：A、秋海棠的葉 B、馬鈴薯的塊莖C、成熟的花粉 D、木質(zhì)部中的導管細胞D二、植物體細胞雜交技術(shù)：因為不同種生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點的。于是，這些科學家試圖用這兩種植物的體細胞

8、進行雜交，來實現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。這幅番茄馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？“Potamato”植物體細胞雜交技術(shù)1、過程：雜種植株融合的原生質(zhì)體AB再生出細胞壁脫分化愈傷組織再分化植物細胞的融合植物組織培養(yǎng)植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細胞AB去 壁去 壁人工誘導方法？促進融合的方法？融合完成的標志植物細胞B、去壁的常用方法： 酶解法（纖維素酶、果膠酶等）、原生質(zhì)體融合方法：物理法：離心、振動、電激等 化學法：聚乙二醇（PEG） 、細胞融合的基礎(chǔ)： 細胞膜的流動性2、植物體細胞雜交技術(shù)分析、細胞融合的標志： 形成新的細胞壁、植物體細胞雜交的基礎(chǔ)： 細胞膜的流動性、細胞全能性細胞

9、核物質(zhì)的融合 、細胞融合的實質(zhì)： 原生質(zhì)體間的融合 、細胞融合的關(guān)鍵： 、雜交細胞是如何發(fā)育成一個新的植物體：植物組織培養(yǎng)利用電激發(fā)將野生馬鈴薯與栽培馬鈴薯進行細胞融合二、植物體細胞雜交技術(shù)：例題3.不能人工誘導原生質(zhì)體融合的方法是：A、振動 C、PEG試劑、 B、電刺激、 D、重壓2、概念： 將不同種的植物體細胞，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)。3、優(yōu)勢：（與有性雜交方法比較） 克服了不同種生物遠緣雜交不親和的障礙，打破生殖隔離二、植物體細胞雜交技術(shù)：4、未解決的問題： 未能讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良5、意義： 原生質(zhì)體在一定條件下除了能實現(xiàn)誘導

10、融合外，還能攝入DNA質(zhì)粒、病毒、細菌、細胞器等外源物質(zhì)，是細胞工程進行遺傳操作、基因轉(zhuǎn)移的良好材料。白菜甘藍白菜甘藍“白菜甘藍”同普通白菜相比，具有生長期短、耐熱性強和易于貯藏等優(yōu)點。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。 二、植物體細胞雜交技術(shù)：思考與探究自然界中有一種含有葉綠體的原生

11、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。 思考與探究二、植物體細胞雜交技術(shù)：例題4：絮凝性細菌分泌的具有絮凝活性的高分子化合物，能與石油污水中的懸浮顆粒和有機物等形成絮狀沉淀，起到凈化污水的作用。為進一步提高對石油污水的凈化效果，將絮凝性細菌和石油降解菌融合，構(gòu)建目的菌株。其流程圖如下。 據(jù)圖回答：（1）溶菌酶的作用是_。（2）PEG的作用是_。（3）經(jīng)處理后，在再生培養(yǎng)基是哪個，未融合的A、B難以生長。圖中AB融合菌能生長和繁殖的原因是_。（4）目的菌株的篩選：篩選既能分泌具有絮凝活性的化合物

12、，又能在含有_的培養(yǎng)基上生長的AB融合菌，選擇效果最好的最為目的菌株。石油分解細胞壁誘導原生質(zhì)體融合兩親本失活部位不同，融合后活性部位互補（5）為探究目的菌株不同發(fā)酵時間發(fā)酵液的絮凝效果，將目的菌株進行發(fā)酵培養(yǎng)，定時取發(fā)酵液，加入石油污水中：同時設(shè)置_為對照組。經(jīng)攪拌、靜置各3分鐘后，分別測定上層水樣的石油濃度COD值（COD值越高表示有機物污染程度越高）,計算石油去除率和COD去除率，結(jié)果如下圖。（6）目的菌的種群增長曲線是_型。在4044小時，發(fā)酵液對石油污水的凈化效果最好，其原因是 _。此期間，目的菌及其產(chǎn)生的絮凝活性高分子化合物的含量高不加發(fā)酵液的石油污水S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) 植物體細胞雜交植物細胞的全能性小結(jié)比較植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交技術(shù)所屬范疇原理步驟意義聯(lián)系無性繁殖細胞全能性脫分化再分化保持優(yōu)良性狀繁殖速度快、大規(guī)模生產(chǎn)提高經(jīng)濟效益雜交技術(shù)應(yīng)用了組織培養(yǎng)克服