專題細(xì)胞工程植物

專題細(xì)胞工程植物第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日2.1植物細(xì)胞工程教學(xué)目標(biāo)1.簡述植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。2.列舉植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用。第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日一、植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)和基本技術(shù)植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)是：植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞工程常用的技術(shù)是植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞全能性的概念：細(xì)胞的全能性是指生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個體的潛能。植物細(xì)胞具有全能性的原因：是生物體的每一個細(xì)胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)及發(fā)育為完整個體所必需的全部基因。第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日（一）植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)——細(xì)胞的全能性當(dāng)植物細(xì)胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處于離體狀態(tài)時，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。

在生物的個體發(fā)育中，由于基因在特定時間和空間下選擇性地表達(dá)而形成不同器官，因此，要實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的全能性，首先必須使生物體的細(xì)胞處于離體狀態(tài)。

植物細(xì)胞＞動物細(xì)胞受精卵＞生殖細(xì)胞＞分化程度低的體細(xì)胞＞

分化程度高細(xì)胞全能性大小：第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日植物組織培養(yǎng)就是在無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、根芽，最終形成完整的植株。（1）、概念（二）植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)之——植物組織培養(yǎng)技術(shù)第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日1、離體的植物器官、組織或細(xì)胞（外植體）(已分化)脫分化（又叫去分化）2、愈傷組織（排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞，未分化）再分化3、叢芽（胚狀體）4、幼苗植物組織培養(yǎng)的條件：適宜的養(yǎng)料和激素，適宜的溫度和無菌條件（2）、過程5、植物體無菌條件黑暗光照葉綠素合成需要光照及光照可誘導(dǎo)分化生長素多，細(xì)胞分裂素少促進(jìn)生根；反之促進(jìn)發(fā)芽。培養(yǎng)基成分：碳源（如蔗糖）、氮源(如氨基酸)、激素、水、無機(jī)鹽等第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日（3）、相關(guān)問題1、在植物組培過程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？2、為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？3、為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過程中應(yīng)避光培養(yǎng)？1、因?yàn)橹参锝M織培養(yǎng)用的培養(yǎng)基中富含各種營養(yǎng)成分，各種雜菌易于生長，常發(fā)生污染現(xiàn)象。雜菌爭奪營養(yǎng)，且產(chǎn)生有害物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物死亡。2、可以。利用其它組織（莖、葉、花）進(jìn)行植物組織培養(yǎng)進(jìn)行驗(yàn)證。3、脫分化形成愈傷組織階段，會暗培養(yǎng)以利于細(xì)胞的脫分化產(chǎn)生愈傷組織；而光照會誘導(dǎo)分化產(chǎn)生維管組織，不利于生成愈傷組織。再分化階段需要一定的光照誘導(dǎo)分化，及形成葉綠素等。第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日（1）兩個物種不能雜交的原因是？要想讓兩個來自不同植物的體細(xì)胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？（2）有沒有一種溫和的去細(xì)胞壁的方法？（3）為什么兩個原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？（4）如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成了雜種細(xì)胞，下一步該對此細(xì)胞做何種處理？（5）如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？1、相關(guān)問題（二）植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)之——植物體細(xì)胞雜交第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日將不同種植物的體細(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)。（優(yōu)點(diǎn)/意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和性）2、概念第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日植物細(xì)胞A植物細(xì)胞B酶解法去掉細(xì)胞壁原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體融合雜合的原生質(zhì)體融合完成的標(biāo)志：

再生出細(xì)胞壁實(shí)質(zhì)：核的融合篩選出雜種細(xì)胞脫分化再分化愈傷組織雜種植株3、過程纖維素酶、果膠酶等物理法：離心、振動、電刺激等化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）等標(biāo)志植物體細(xì)胞雜交完成第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日問題為什么“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。第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日問題自然界中有一種含有葉綠體的原生動物──眼蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動物細(xì)胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛?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。第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日練習(xí)：右圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答：1）植物體細(xì)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:2）從理論上講，雜種植株是否可育_____。若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交方法能否實(shí)現(xiàn)？_____。并說明理由：

因此，這項(xiàng)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)因?yàn)椴煌N生物之間存在生殖隔離克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍

可育不能第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日二、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(快速繁殖技術(shù))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)第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日概念：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)取材少培養(yǎng)周期短保持母本優(yōu)良性狀1.微型繁殖第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日2.作物脫毒作物脫毒材料:脫毒作物培養(yǎng)方法:結(jié)果:分生區(qū)（如根尖或莖尖）植物組織培養(yǎng)脫毒苗第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源、農(nóng)藥、抗生素、有益菌生長調(diào)節(jié)劑3.人工種子第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日3.人工種子結(jié)構(gòu)：人工薄膜+胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽）等優(yōu)點(diǎn)：不受氣候、季節(jié)、地域的限制保留母本優(yōu)良性狀培育時間短，占地少技術(shù)：植物組織培養(yǎng)原理：細(xì)胞全能性第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日4.單倍體育種方法：花藥離體培養(yǎng)過程：優(yōu)點(diǎn)：明顯縮短了育種年限后代穩(wěn)定遺傳花藥花粉細(xì)胞培養(yǎng)接種脫分化愈傷組織分化出小植物再分化單倍體植株移栽正常植株染色體加倍第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日5.突變體的利用利用組織培養(yǎng)時，分裂狀態(tài)的細(xì)胞易受培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線，化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變的原理，誘導(dǎo)并篩選出對人類有用的突變體。第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日6.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)人參皂甘的生產(chǎn)