2.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù).ppt

1、,在環(huán)境保護(hù)中，利用基因工程的方法，有人將能降解三種烴類的基因都轉(zhuǎn)移到能降解烯烴的假單孢桿菌內(nèi)，創(chuàng)造出了能同時(shí)降解四種烴類的“超級細(xì)菌”。,如果將三種假單胞桿菌和第四種假單胞桿菌融合，使之能降解四種烴類。這種生物技術(shù)又是屬于何種生物工程,設(shè)想,？,專題2,細(xì)胞工程,植物細(xì)胞工程,課題1,細(xì)胞工程概念：,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(定向改造）,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)。,植物幼苗飾品,植物細(xì)胞工程

2、,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。,動(dòng)物細(xì)胞工程,科學(xué)家利用菊花花瓣培養(yǎng)的菊花,怎樣才能由一個(gè)花瓣通過培養(yǎng)得到一株 完整植株？,植物組織培養(yǎng),一個(gè)花瓣為什么能培育出一株完整的植株？,材料2:但是1958年，斯圖爾德等人第一次用胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞證實(shí)了植物細(xì)胞的全能性。,小資料：,材料1:1902年，哈伯蘭特預(yù)言植物體細(xì)胞在適宜的條件下有發(fā)育成完整植株的潛力，提出了植物細(xì)胞全能性的設(shè)想，并用植物細(xì)胞進(jìn)行了培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，但未獲成功。,植物細(xì)胞的全能性,1. 概念:,含有某種生物全部遺傳信息細(xì)胞都具有發(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

3、全套遺傳信息。,3. 全能性高低：,受精卵胚胎干細(xì)胞生殖細(xì)胞體細(xì)胞,（一）原理：,理論上：每個(gè)生物細(xì)胞都有全能性,（動(dòng)物細(xì)胞全能性受限制，但細(xì)胞核仍具全能性）；,增殖細(xì)胞不增殖細(xì)胞,植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞,細(xì)胞處于植物體內(nèi)的時(shí)候，有沒有表現(xiàn) 出全能性？,如何才能夠激發(fā)這種全能性 ？,閱讀34-35頁“胡蘿卜的組織培養(yǎng)”實(shí)驗(yàn),思考與討論：,1、植物細(xì)胞要表現(xiàn)出全能性需要提供的條件 有哪些？植物組織培養(yǎng)過程中還需哪些條件？ 2、為什么切取胡蘿卜根的形成層（木質(zhì)部與 韌皮部之間分裂旺盛的細(xì)胞），其他部分 也能培養(yǎng)成小植株嗎？ 3、小組合作：據(jù)此實(shí)驗(yàn)簡單畫出植物組織培養(yǎng) 技術(shù)一般流程圖。,(二)植物組織培養(yǎng)

4、的條件：,離體、無菌、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素、適宜的外界條件（適宜的溫度、濕度、光照等）,避免雜菌在迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)危害培養(yǎng)物的生長。,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？,形成層細(xì)胞全能性高，易誘導(dǎo)成愈傷組織，其他部分也可以但稍微困難些。,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？,思考與討論：,3、小組合作：據(jù)此實(shí)驗(yàn)簡單畫出植物組織培養(yǎng)技術(shù)一般流程圖。,活植物體上切下來的離體器官、組織、細(xì)胞,1、外植體：,2、脫分化:,高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞經(jīng)過誘導(dǎo)失去特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程。,已分化細(xì)胞未

5、分化細(xì)胞,3、愈傷組織：,未分化、薄壁細(xì)胞、形態(tài)不規(guī)則、排列疏松、不定形的組織,愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新分化為根或芽等器官的過程。,4、再分化:,相關(guān)概念：,（三）植物組織培養(yǎng)的基本過程,愈傷組織,有光時(shí)不利于形成愈傷組織；再分化光照有利于誘導(dǎo)形成葉綠素。,4、為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過程中應(yīng)避光培養(yǎng)？再分化過程需要光照？,5、決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？,植物激素,生長素細(xì)胞分裂素，主要誘導(dǎo)脫分化和根的形成；細(xì)胞分裂素生長素，主要誘導(dǎo)再分化和芽的形成。,（詳見P42-43拓展視野）,思考與討論：,6、請概括出植物組織培養(yǎng)概念,（三）植物組織培養(yǎng)的基本過程,愈傷組織,植物體,脫分化,再

6、分化,外植體,（光照、,（避光、,激素、培養(yǎng)基）,不同激素比例、新培養(yǎng)基）,根、芽,在無菌和人工控制的條件下，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)產(chǎn)生愈傷組織和胚狀體或叢芽，最終形成完整的植株。,（四）、植物組織培養(yǎng)概念,材料3:番茄與馬鈴薯同是茄科但不同屬。番茄的果實(shí)和馬鈴薯的塊莖是人們經(jīng)常食用的蔬菜。番茄的果實(shí)長在地上，馬鈴薯的塊莖生長在土壤中。,小資料：,科學(xué)家新的預(yù)言：,能否獲得一種地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯的“超級作物”？,二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù),（一）概念： 是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

7、技術(shù)。,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,脫分化,植物組織培養(yǎng),植物細(xì)胞融合,（二）過程,再分化,電激的方法誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合（顯微鏡下）,為什么兩個(gè)原生質(zhì)體能融合？融合的基礎(chǔ)是什么？,細(xì)胞膜的流動(dòng)性（及化學(xué)組成的相似性）,克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙,（三）植物體細(xì)胞雜交的意義,生長期短、耐熱性強(qiáng)、易于貯藏。,未解決的問題：有些雜種植物未能按照人們的 需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀。,1、為什么“番茄-馬鈴薯“超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想象的那樣，地上長番茄，地下結(jié)馬鈴薯？,生物基因的表達(dá)不是孤立的，

8、它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，雜交植株的細(xì)胞中兩個(gè)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的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)。,P38思考與探究：,P38思考與探究2：,2.1.2植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用,植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用,（一）、植物繁殖的新途徑,（二）、作物新品種的培育,（三）、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),1.單倍體育種,2.突變體的利用,藥物，香料，蛋白質(zhì)等,1.微型繁殖,2.作物脫毒,3.人工種子,經(jīng)濟(jì)苗木、名貴花卉、珍稀植物等自然繁殖速度緩慢，繁殖效率低下或優(yōu)良性狀不易保持,(一)、植物繁殖的新途徑,(1)微型繁殖技術(shù)（快速繁殖技術(shù)）: 快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。,1.微型繁殖

9、(屬無性繁殖),生產(chǎn)上的遇到的問題1：,討論：該技術(shù)與傳統(tǒng)繁殖技術(shù)相比，有何特點(diǎn)？,在室內(nèi)生產(chǎn)，,全過程中細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂（無性繁 殖），不涉及減數(shù)分裂和受精作用， 可以保持親本優(yōu)良特性；,愈傷組織可以傳代培養(yǎng)，獲得大量愈傷組織，所以,繁殖速度快；,不受自然環(huán)境條件限制。,生姜是藥食兩用的經(jīng)濟(jì)作物，在生產(chǎn)上長期采用無性繁殖，感染病毒容易傳播給后代，病毒在植物體內(nèi)逐年積累，使生姜品質(zhì)變差，葉子皺縮，生長緩慢，導(dǎo)致減產(chǎn)。,生產(chǎn)上的遇到的問題2：,2、作物脫毒,原因：無性繁殖的作物，感染的病毒易傳播 給后代，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。 材料：植物分生區(qū)（如莖尖，無病毒或

10、極少）。 方法：切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，獲得脫毒苗。,沒有脫毒草莓,脫毒草莓,常規(guī)種子植物生產(chǎn)的不足：,不少植物需要生長數(shù)年才能結(jié)出種子； 優(yōu)良雜種的后代因發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性； 種子的生產(chǎn)受季節(jié)、氣候和地域的限制； 制種需要占用大量土地。,3、人工種子,試管苗的大量貯藏和運(yùn)輸也相當(dāng)困難,生產(chǎn)上的遇到的問題3：,種 子 的 結(jié) 構(gòu),自然種子,胚,種皮,胚乳,3、人工種子,通過植物組織培養(yǎng)的方法獲得的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等材料外面包被著人工薄膜，在適宜的條件下可以發(fā)芽成幼苗的種子。,技術(shù)：植物組織培養(yǎng)。 特性：在適宜條件下可以萌發(fā)長成幼苗。 優(yōu)點(diǎn)： 提高繁殖率； 后代無性狀分離，保持

11、優(yōu)良特性； 不受季節(jié)、氣候和地域的限制； 易于儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。,3、人工種子,人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長成小植株的關(guān)鍵部分，請?zhí)接懭斯しN皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么？為了促進(jìn)胚狀體的生長發(fā)育，我們還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？,問題,針對植物種類和土壤等條件，還可加入適量的養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等；為了促進(jìn)胚狀體的生長發(fā)育，還可加入一些植物生長調(diào)節(jié)劑。,有效成分：富含營養(yǎng)物質(zhì)和其他必要成分的凝膠物，具有保護(hù)作用,二.作物的新品種培育,原理：,優(yōu)點(diǎn):,傳統(tǒng)方法：,雜交育種,基因重組（優(yōu)良的基因自由組合）,通過基因重組，把兩親本的優(yōu)良性狀組合在同一后代中,要不斷

12、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,缺點(diǎn):,1.單倍體育種,先用花藥離體培養(yǎng)的方法，再用秋水仙素誘導(dǎo)染色體數(shù)目加倍,1.單倍體育種過程,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,P42 思考與探究 3,（1）突變體的產(chǎn)生 在植物組織培養(yǎng)的過程中，由于培養(yǎng)的細(xì)胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，因此容易受到培養(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。 為什么不斷分生的細(xì)胞容易突變？ （2）利用 篩選對人們有利突變體,培育新品種,科學(xué)家用這種方法已篩選到抗病、抗鹽、含高蛋白，以及高產(chǎn)的突變體，有的已用于生產(chǎn)。,

13、（3）成就,2.突變體的利用,3.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),(1)種類:蛋白質(zhì),脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等. (2)技術(shù):植物的組織培養(yǎng).,三七,銀杏,紫,草,P41資料分析,高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災(zāi)。以“我們能否利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)大量生產(chǎn)紫杉醇，從而拯救紅豆杉”為題，與同學(xué)展開討論，說出植物組織培養(yǎng)技術(shù)在節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境方面的重要意義。,提示：可以利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)來大量生產(chǎn)紫杉醇。現(xiàn)在國內(nèi)外的科學(xué)家們正在研究利用植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)來大量培育紅豆杉細(xì)胞，希望利用這種方法來大量生產(chǎn)紫杉醇。國內(nèi)外許多實(shí)驗(yàn)室開展了用組織培養(yǎng)法生產(chǎn)紫杉醇的研究，

14、紅豆杉屬的11種植物現(xiàn)都在進(jìn)行組織培養(yǎng)。ESC Agenetics公司宣布他們用細(xì)胞培養(yǎng)法所得紫杉醇的含量是樹皮的25倍。國內(nèi)外在分化細(xì)胞株系和培養(yǎng)條件方面做了不少工作，摸索了外植體、光照、培養(yǎng)基組成等因素對細(xì)胞培養(yǎng)及紫杉醇生成的影響。現(xiàn)在工藝條件已基本摸清，正研究反應(yīng)的放大技術(shù)等，有望實(shí)現(xiàn)通過細(xì)胞培養(yǎng)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)紫杉醇的目標(biāo)。,P44 思考與探究,1.通過查閱資料，請你列舉出植物組織培養(yǎng)技術(shù)在我們生活中的另外一些應(yīng)用。,提示：a. 拯救瀕危植物； b. 提供食品制作的原料； c. 利用愈傷組織進(jìn)行轉(zhuǎn)基因操作。,提示：誘導(dǎo)植物愈傷組織 體細(xì)胞胚的誘導(dǎo) 體細(xì)胞胚的成熟 體細(xì)胞胚的機(jī)械化包裹 貯

15、藏或種植,2.請查閱植物人工種子制備技術(shù)的詳細(xì)過程，設(shè)計(jì)出制備技術(shù)的主要流程圖。,3.請查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)出一種植物花藥組織培養(yǎng)和染色體加倍的實(shí)驗(yàn)流程。,花藥 花粉細(xì)胞培養(yǎng) 愈傷組 織 正分化出小植物 單倍體 植株 正常植株,1、有關(guān)全能性的表述中，不正確的是（ ） 受精卵在自然條件下能使后代細(xì)胞形成完 整個(gè)體，因此全能性最高 生物體內(nèi)細(xì)胞由于分化全能性不能表達(dá) 卵細(xì)胞和受精卵一樣，細(xì)胞未分化，全能 性很高 植物細(xì)胞離體培養(yǎng)在一定條件下能表現(xiàn)出 全能性,C,2.在離體的植物器官、組織或細(xì)胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項(xiàng)條件是不需要的（ ） A.消毒滅菌 B.適宜的溫度 C.充足的光照

16、D.適宜的養(yǎng)料和激素,C,3.要將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成完整植株，不需要（ ） A.具有完整細(xì)胞核的細(xì)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,4.下列屬于組織培養(yǎng)的是：（ ） A.花粉培養(yǎng)成單倍體植株 B.芽發(fā)育成枝條 C.根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū) D.未受精的卵發(fā)育成植株,A,5不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是 （ ）A.振動(dòng) B.電刺激 C.PEG試劑 D重壓 6植物體細(xì)胞雜交要先去除細(xì)胞壁的原因是 （ ）A.植物體細(xì)胞的結(jié)構(gòu)組成中不包括細(xì)胞壁B.細(xì)胞壁使原生質(zhì)體失去活力C.細(xì)胞壁阻礙了原生質(zhì)體的融合D.細(xì)胞壁不是原生質(zhì)的組成部分 7植物體細(xì)胞雜交的目的中錯(cuò)誤的是

17、（ ）A.把兩個(gè)植物體的優(yōu)良性狀集中在雜種植株上B.獲得雜種植株C.克服遠(yuǎn)源雜交不親和的障礙D.實(shí)現(xiàn)原生質(zhì)體的融合,D,C,D,8 植物體細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是（ ） A、產(chǎn)生新的細(xì)胞壁 B、細(xì)胞膜發(fā)生融合 C、細(xì)胞質(zhì)發(fā)生融合 D、細(xì)胞核發(fā)生融合,A,【實(shí)驗(yàn) 胡蘿卜的組織培養(yǎng)討論】,1.在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用器械的滅菌和實(shí)驗(yàn)人員的無菌操作？ 提示：植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營養(yǎng)成分，有利于培養(yǎng)物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養(yǎng)過程中污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會(huì)和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，而且這些雜菌生長的過程中會(huì)生成大量對

18、培養(yǎng)物有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物迅速死亡。 造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規(guī)范等。所以在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中用到的植物材料和各種器械都要進(jìn)行徹底地滅菌，實(shí)驗(yàn)人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌。,植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基,定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的基質(zhì) 無機(jī)營養(yǎng)成分：C，H，O大量元素及部分微量元素 有機(jī)營養(yǎng)成分 含N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖供給營養(yǎng)及調(diào)節(jié)滲透壓 瓊脂：起支持作用 相關(guān)激素：生長素，細(xì)胞分裂素和赤霉素 PH值：5.06.0,4、生物體內(nèi)細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性的原因：,在特定的時(shí)間和空間條件下，基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。,材料3:1960年，Cocking等用真菌纖維素酶分離植物原生質(zhì)體獲得成功。這是植物組織培養(yǎng)的第2