植物細胞工程1

1、細胞工程回眸歷史細胞工程的發(fā)展1907年，美國哈里森，培養(yǎng)蛙胚神經(jīng)細胞并存活數(shù)周，開創(chuàng)了動物細胞培養(yǎng)的先河1937年，法國特里特等培養(yǎng)了胡蘿卜組織，并使細胞增殖。1972年，美國卡爾遜等成功培育第一個體細胞雜交植株1997年，英國伊恩.維爾穆特克隆出綿羊“多利”二、細胞工程基本概念1、細胞工程的操作對象 以細胞為基本單位2、條件 體外無菌3、技術(shù)培養(yǎng)、繁殖或利用細胞融合、核移植等技術(shù)4、目的 改良生物品種 創(chuàng)造新品種（蘿卜甘藍） 加速繁殖（胚胎分割移植） 獲得某些有用細胞代謝產(chǎn)物（人參皂苷）思考：判斷下列是否屬于細胞工程1、扦插和嫁接2、將胰島素基因?qū)氪竽c桿菌3、用基因定位技術(shù)誘變基因獲得所

2、需蛋白質(zhì)4、細胞培養(yǎng)（植物、動物）5、植物組織培養(yǎng)6、細胞融合（植物、動物）7、細胞核移植8、染色體工程（亞顯微結(jié)構(gòu)）細胞工程：植物、動物微生物細胞工程的基本技術(shù)的分類細胞工程植物細胞與組織培養(yǎng)細胞融合細胞核移植染色體工程動物細胞工程植物細胞工程微生物細胞工程按研究對象按使用技術(shù)植物細胞工程通常采用的技術(shù)手段 植物組織培養(yǎng) 植物體細胞雜交所采用技術(shù) 的理論基礎(chǔ) 植物細胞的全能性1、定義： 生物體的細胞具有發(fā)育成 的潛能的特性。 2、原理： 生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的 ，都有發(fā)育成為完整個體所必需的 。3、細胞未表現(xiàn)全能性的原因： 基因的選擇性表達 一、細胞的全能性完整個體全套遺傳

3、物質(zhì)全套基因全能性的高低：受精卵生殖細胞體細胞分化程度低的細胞分化程度低的細胞植物細胞動物細胞依據(jù)_原理，在_條件下，分離植物的_(_)并在培養(yǎng)基上培養(yǎng)，在適宜的條件下，使其長成_植株的過程。外植體全能性無菌組織、器官、細胞、原生質(zhì)體部分或完整一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)2、取材：植株的莖尖、根尖、葉片、花藥或原生質(zhì)體。（統(tǒng)稱外植體）原生質(zhì)體：除去細胞壁的植物細胞。1、原理：植物細胞具有全能性。思考與討論：總結(jié)植物組織培養(yǎng)的一般過程脫分化？脫分化的產(chǎn)物是什么？再分化？離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織根、芽或胚狀體植物體脫分化再分化脫分化 由高度分化的植物器官、組織或細胞產(chǎn)生愈傷組

4、織的過程，稱為植物細胞的脫分化。3. 植物組織培養(yǎng)過程實質(zhì)：恢復(fù)細胞全能性的過程愈傷組織：沒有特定結(jié)構(gòu)和功能（未分化），有旺盛分裂能力；高度液泡化、無定形狀態(tài)的薄壁細胞； 排列疏松、無規(guī)則。切取形成層無菌接種誘導(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4. 植物組織培養(yǎng)常用培養(yǎng)基：MS培養(yǎng)基水無機營養(yǎng)大量元素：C、H、O等微量元素：Fe、Cu、Zn等有機營養(yǎng)碳源：主要是蔗糖，調(diào)節(jié)滲透壓氮源：維生素、氨基酸天然附加物：椰子乳、酵母菌提取物、玉米胚乳利于愈傷組織的誘導(dǎo)和再分化。生長物質(zhì)：生長素細胞分裂素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愈傷組織只生長

5、不分化適中植物激素細胞分裂素生長素細胞分裂素生長素7. 植物組織培養(yǎng)的優(yōu)點：培養(yǎng)周期短、繁殖效率高、能保持親本的優(yōu)良性狀。6、繁殖方式：無性繁殖植物組織培養(yǎng)的實驗過程（2）不進行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整的植物體？（1）為什么整個過程要求消毒、滅菌及無菌操作？(3).決定植物細胞脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？思考：植物激素。當(dāng)細胞分裂素與生長素共同使用時，能強烈促進愈傷組織的形成。當(dāng)細胞分裂素與生長素濃度比高時，有利于芽的發(fā)生；濃度比低時，有利于根的發(fā)生。避免雜菌在上面迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。8、應(yīng)用 人工種子人工種子的結(jié)構(gòu)： 人工種皮：常用海藻酸鈉起保護作用 胚狀體

6、（不定芽、頂芽、腋芽） 人工胚乳：主要成分有無機鹽、碳水化合物 蛋白質(zhì)提供營養(yǎng)人工種子的優(yōu)點：有利于保持親本的優(yōu)良性狀，不受環(huán)境制約，繁殖速度快。 思考： 人工種子和自然種子有何本質(zhì)別？繁殖方式不同練習(xí)： 1、下列有關(guān)細胞全能性的含義，正確的是：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、生長、衰老、死亡的全過程 正確答案： C 3.植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是 A. 給予適宜的營養(yǎng)和外界條件 B. 導(dǎo)入其他植物細胞的基因C. 脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)

7、和外界條件D. 將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內(nèi)4、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)管細胞D1.在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的（ ）A.消毒滅菌B.適宜的溫度C.充足的光照D.適宜的養(yǎng)料和激素C反饋練習(xí)2.要將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成完整植株，不需要（ ）A.具有完整細胞核的細胞B.離體狀態(tài)C.導(dǎo)入外源基因D.一定的營養(yǎng)物質(zhì)和激素C三、植物細胞培養(yǎng)1. 目的：獲得大量的細胞群體及細胞次級代謝產(chǎn)物2. 培養(yǎng)方法：液體培養(yǎng)基在生物反應(yīng)器內(nèi)懸浮培養(yǎng)3. 培養(yǎng)對象：愈傷組織分散得到的懸

8、浮細胞4.原理：細胞增殖6. 優(yōu)點：快速、高效，而且不受季節(jié)和外部環(huán)境等條件限制。5. 實例：紫杉醇、人參皂苷等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。二、植物體細胞雜交技術(shù)這幅番茄馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？三. 植物體細胞雜交技術(shù) 植物體細胞雜交就是將 ，在一定條件下融合成 ，并且把雜種細胞培育成 的方法。概念：不同種的植物細胞雜種細胞新植株原理：細胞膜的流動性細胞的全能性思考與討論：1. 兩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？怎么突破障礙？2. 原生質(zhì)體如何融合的呢？融合的理論基礎(chǔ)是什么？3. 如果兩個來源不同

9、的原生質(zhì)體發(fā)生了融合，下一部該做何處理？4. 如何將雜種細胞培育成雜種植株？制備原生質(zhì)體原生質(zhì)體融合獲得雜種細胞雜種細胞組織培養(yǎng)雜種植株2. 植物體細胞雜交過程示意圖:植物體細胞雜交的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(dǎo)植物細胞B1、植物體細胞融合 （細胞膜的流動性）2、植物的組織培養(yǎng)（細胞的全能性）植物體細胞融合完成的標(biāo)志是：融合的原生質(zhì)體長出新的細胞壁根、芽或胚狀體、去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等） 人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法：物理法：離心、振動、電激等 化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）做促融劑

10、(1)(1)(2)(3)(4)(5)融合后雜種細胞的特點：1. 染色體數(shù)：兩細胞的染色體數(shù)之和；如二倍體的植物細胞與四倍體的植物細胞融合后形成六倍體的雜種細胞。2. 核質(zhì)發(fā)生了融合，具有雙親的遺傳物質(zhì)。白菜A甘藍B白菜甘藍白菜甘藍體細胞雜交 如圖所示的植物體細胞的雜交過程中，除了形成AB型細胞外，還能形成其他哪些類型的融合細胞？哪些融合細胞是植物體細胞雜交所需要的雜種細胞？為什么？3.植物體細胞雜交的優(yōu)勢： 打破不同種生物間的 限制，在一定程度上 的障礙，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。生殖隔離克服遠緣雜交不親和1.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

11、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，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，所以雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯。P38思考與探究比較植物組織培養(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、培養(yǎng)周期短植物體細胞雜交技術(shù)應(yīng)用了植物組織培養(yǎng)技術(shù)克服不同種生物遠緣雜交不親和的障礙去除細胞壁融合形成雜種細胞組織培養(yǎng)細胞膜的流動性細胞全能性染色體變異、基因重組五. 植物細胞工程的實際應(yīng)用1、植物繁殖的新途徑

12、1）微型繁殖2）作物脫毒3）神奇的人工種子2、作物新品種的培育1）單倍體育種2）突變體的利用3、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)(1). 微型繁殖：用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。特點有：保持優(yōu)良品種的遺傳特性。高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖?？焖倥囵B(yǎng)花卉及瀕危植物郁金香人參馬鈴薯瘡痂病) 脫毒苗脫毒馬鈴薯脫毒技術(shù)(2). 作物脫毒：選取作物無毒組織(如莖尖)進行組織培養(yǎng)，獲得脫毒苗的技術(shù)。(3). 人工種子： 人工種皮：常用海藻酸鈉起保護作用 胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽） 人工胚乳：主要成分有無機鹽、碳水化合物 蛋白質(zhì)提供營養(yǎng)優(yōu)點：不受氣候、季節(jié)、地域的限制保留親本優(yōu)良性狀繁殖速度快（1）單倍體育

13、種2、作物新品種的培育概念:是指由配子發(fā)育成的個體 單倍體的例子:蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵發(fā)育來的單倍體 .多數(shù)植物都可通過花藥或花粉來獲得單倍體 離體培養(yǎng)花粉秋水仙素處理染色體加倍單倍體正常純合體植株選擇優(yōu)良品種單倍體育種示意圖 兩對基因YyRr(高稈抗?。┑碾s合豌豆，要想獲得yyRR(矮稈抗病）品種，如何運用單倍體方法培育?不同類型花粉YyRrYRYryRyr離體培養(yǎng)成單倍體單倍體幼苗YRYryRyr經(jīng)秋水仙素處理，染色體加倍，形成不同類型純合子正常純合植株YYRRYYrryyRRyyrr所需品種優(yōu)點：大大縮短了育種年限，后代穩(wěn)定遺傳.原理:單倍體經(jīng)過秋水仙素等處理使其染色體加倍以后產(chǎn)生

14、的二倍體是純合的。 技術(shù)：組織培養(yǎng)獲得單倍體 秋水素處理單倍體的幼苗，使染色體加倍（2）突變體的利用a、概念：在植物組織培養(yǎng)的過程中，可以對愈傷組織進行化學(xué)或物理的誘變處理，促使其發(fā)生突變，從這些突變個體中可以篩選出對人們有用的突變體，進而培育成新品種。b、已經(jīng)篩選到的突變體抗病、抗鹽、含高蛋白、以及高產(chǎn)的突變體，有些品種已經(jīng)用于生產(chǎn)：如抗花葉病毒的甘蔗，抗鹽堿的野生煙草，抗除草劑的白三葉草等。紅豆杉與紫杉醇人參皂甙的生產(chǎn)3、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)細胞產(chǎn)物有蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料和生物堿等。1馬鈴薯利用它的塊莖進行無性繁殖，種植的世代多了以后往往會感染病毒而減產(chǎn)，為此農(nóng)戶都希望得到無病毒

15、的幼苗進行種植。獲得無病毒幼苗的最佳辦法是 （ ）A選擇優(yōu)良品種進行雜交 B進行遠緣植物體細胞雜交C利有芽尖進行組織培養(yǎng) D人工誘導(dǎo)基因突變c2.人參皂苷干粉可以通過下列何種技術(shù)獲得 （ ）A雜交育種 B植物細胞培養(yǎng) C多倍體育種 D單倍體育種B3將花粉細胞單倍體技術(shù)培養(yǎng)成幼苗時，下列條件不需要的是 （ ）A具有完整細胞核的細胞 B一定營養(yǎng)化物質(zhì)和植物激素C離體培養(yǎng) D導(dǎo)入指示基因D4.下列屬于植物的微型繁殖技術(shù)的是 （ ）A蘭花芽尖組織培養(yǎng)成蘭花幼苗B水稻種子萌發(fā)并長成新個體 C扦插的葡萄枝長成新個體D柳條芽發(fā)育成枝條A答案：A1、植物體細胞雜交尚未解決的問題有：A、去掉細胞壁,分離出有活力

16、的原生質(zhì)體B、將雜種細胞培育成植株C、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性D、尚未培育出屬間雜種植物反饋練習(xí)2、不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是A、振動 B、電刺激 C、PEG試劑 D、重壓3. 科學(xué)家通過植物體細胞雜交技術(shù)成功培育出番茄-馬鈴薯植株，在培育過程中正確的是（ ）A不需要無菌操作B不能培育出番茄的多倍體植株C不涉及組織培養(yǎng)技術(shù)D不能培育出馬鈴薯的單倍體植株D4、植物體細胞融合完成的標(biāo)志是 A產(chǎn)生新的細胞壁 B細胞膜發(fā)生融合C細胞質(zhì)發(fā)生融合 D細胞核發(fā)生融合5、用不同種植物的兩個體細胞融合成一個雜種細胞的過程。該過程是指 A不同植物的精子和卵細胞的融合 B不同植物的原生質(zhì)體的

17、融合C完整的兩個體細胞的融合 D植物花粉細胞的兩兩融合AB6、右圖為植物體細胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答：1）步驟是_最常用的方法是_.2）步驟一般常用的化學(xué)試劑是_目的是_.3）在利用雜種細胞培育成為雜種植株的過程中，運用的技術(shù)手段是_ ，其中步驟相當(dāng)于_，步驟相當(dāng)于_ 去掉細胞壁分離出有活力的原生質(zhì)體 酶解法 聚乙二醇（PEG） 誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合植物組織培養(yǎng)脫分化再分化6、右圖為植物體細胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答： 4）植物體細胞雜交的目的是獲得 新的雜種植株。使_ 能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)， 其根本原因: 5）從理論上講，雜種植株的育性_。若運用傳統(tǒng)有性雜交方法 能否實現(xiàn)？_。并說明理由： 因此，這項研究對于培養(yǎng)作物新品 種方面的重大意義在于： .兩個親本的遺傳性狀 雜種植株獲得了雙親的遺傳物質(zhì) 可育不能因為不同種生物之間存在生殖隔離克服遠緣雜交不親和的障礙，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍7.基因型為AaB