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

1、2.1 植物細(xì)胞工程選修3現(xiàn)代生物技術(shù)專題 專題2 細(xì)胞工程2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)細(xì)胞工程1、什么是細(xì)胞工程？ 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，通過某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，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)。 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)胞水平或細(xì)胞器水平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)品概念：前者是細(xì)胞水平或細(xì)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(xì)胞工程與基因工程相比：細(xì)胞（細(xì)胞器）分子思

2、考:按照研究對象分 細(xì)胞與組織培養(yǎng) 細(xì)胞融合 細(xì)胞核移植 等2、細(xì)胞工程的分類 植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程按照操作技術(shù)分 一、植物組織培養(yǎng)一）、原理：細(xì)胞的全能性細(xì)胞的全能性1. 概念: 已高度分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。 2. 原因： 生物體細(xì)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(gè)細(xì)胞，都具有生長分化成為一個(gè)完整生物體的潛能。 植物細(xì)胞全能性是細(xì)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(xì)胞生殖細(xì)胞（卵細(xì)胞精子） 體細(xì)胞植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞分化程度低的細(xì)胞分化程度高的細(xì)胞 具有持續(xù)分裂能力的細(xì)胞不分裂的細(xì)

3、胞受精卵全能性最高4.全能性表達(dá)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(xì)胞全能性的含義，正確的 （ ）A.每個(gè)生物體內(nèi)的所有細(xì)胞都具有相同的功能 B.生物體內(nèi)的任何一個(gè)細(xì)胞可以完成該個(gè)體的全部功能 C.生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能D.生物體的每個(gè)細(xì)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)中，“消毒”是如何進(jìn)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(huì)與培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，且雜菌在生長時(shí)會(huì)生成大量有害的物質(zhì)而導(dǎo)致培養(yǎng)物大量死亡細(xì)胞分裂素/生長素 比值大是誘導(dǎo)根芽增殖 分化，比例小誘導(dǎo)生根和愈傷組織的形成固體基本培養(yǎng)基（MS）成分： 無機(jī)營養(yǎng)成分：無機(jī)鹽離子 有機(jī)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(xì)胞分裂素、生長素、赤霉素） 瓊脂（3）在上述實(shí)驗(yàn)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(shí)，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。（但再分化時(shí)需要光，光能使細(xì)胞內(nèi)形成葉綠

5、體、葉綠素，進(jìn)行光合作用）3、過程示意圖：離體的植物器官、組織或細(xì)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(dǎo)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(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，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(xì)胞，經(jīng)過誘導(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)胞的過程。（3）再分化：由同一種類的細(xì)胞經(jīng)細(xì)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(xì)胞類群的過程。脫分化的實(shí)質(zhì)和結(jié)果分別是什么？實(shí)質(zhì)是恢復(fù)細(xì)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(xì)胞，經(jīng)過植物激素誘導(dǎo)可以脫分化為具有分生能力的薄壁細(xì)胞組織。細(xì)胞特點(diǎn)：細(xì)胞排列疏松無規(guī)則，高度液泡化的薄壁細(xì)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(xì)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(xì)胞分裂素生長素有利于愈傷組織的形成適中植物激素細(xì)胞分裂素生長素細(xì)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(xì)胞）（未分化）（分化）條件？優(yōu)點(diǎn)？特點(diǎn)？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(jī)物、有機(jī)物和植物激素（生長素，細(xì)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(xì)胞無葉綠體,不進(jìn)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(dǎo)管細(xì)胞D二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)：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。于是，這些科學(xué)家試圖用這兩種植物的體細(xì)胞

8、進(jìn)行雜交，來實(shí)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(shí)現(xiàn)嗎？為什么？“Potamato”植物體細(xì)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(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)融合的方法？融合完成的標(biāo)志植物細(xì)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(dòng)、電激等 化學(xué)法：聚乙二醇（PEG） 、細(xì)胞融合的基礎(chǔ)： 細(xì)胞膜的流動(dòng)性2、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)分析、細(xì)胞融合的標(biāo)志： 形成新的細(xì)胞壁、植物體細(xì)胞雜交的基礎(chǔ)： 細(xì)胞膜的流動(dòng)性、細(xì)胞全能性細(xì)胞

9、核物質(zhì)的融合 、細(xì)胞融合的實(shí)質(zhì)： 原生質(zhì)體間的融合 、細(xì)胞融合的關(guān)鍵： 、雜交細(xì)胞是如何發(fā)育成一個(gè)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(jìn)行細(xì)胞融合二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)：例題3.不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是：A、振動(dòng) C、PEG試劑、 B、電刺激、 D、重壓2、概念： 將不同種的植物體細(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(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，打破生殖隔離二、植物體細(xì)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(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)

10、融合外，還能攝入DNA質(zhì)粒、病毒、細(xì)菌、細(xì)胞器等外源物質(zhì)，是細(xì)胞工程進(jìn)行遺傳操作、基因轉(zhuǎn)移的良好材料。白菜甘藍(lán)白菜甘藍(lán)“白菜甘藍(lán)”同普通白菜相比，具有生長期短、耐熱性強(qiáng)和易于貯藏等優(yōu)點(diǎn)。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(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番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。 二、植物體細(xì)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(dòng)物眼蟲，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?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?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案。 思考與探究二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)：例題4：絮凝性細(xì)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(jī)物等形成絮狀沉淀，起到凈化污水的作用。為進(jìn)一步提高對石油污水的凈化效果，將絮凝性細(xì)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(gè)，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(xì)胞壁誘導(dǎo)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(bǔ)（5）為探究目的菌株不同發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵液的絮凝效果，將目的菌株進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，定時(shí)取發(fā)酵液，加入石油污水中：同時(shí)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(jī)物污染程度越高）,計(jì)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(shí)，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(xì)胞工程通常采用的技術(shù)手段 植物組織培養(yǎng) 植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞的全能性小結(jié)比較植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)所屬范疇原理步驟意義聯(lián)系無性繁殖細(xì)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(jì)效益雜交技術(shù)應(yīng)用了組織培養(yǎng)克服