2014-2015学年人教版高中生物选修三专题二植物细胞工程.ppt

,细胞工程,1996年7月5日,世界上第一只体细胞克隆动物-克隆羊多利诞生于英国.,这样的生物技术属于何种生物工程？,细胞工程,细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。,概念：,细胞工程,理论基础,细胞的全能性,2.1植物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术,植物组织培养,课标要求：,能力要求 1、理解和掌握植物组织培养的操作过程 内容要求 1、理解植物细胞的全能性 2、了解植物细胞脱分化和再分化的结果 3、掌握植物组织培养的特点,利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花,所采用技术的理论基础,植物细胞工程,通常采用的技术手段,植物组织培养,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,探究：,1、为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体？,植物细胞具有全能性。,2、什么是细胞的全能性？,1、定义：,生物体的细胞具有发育成完整个体的潜能的特性。,2、原理：,生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。,3、差异：,（1） 受精卵的全能性最高,（2）植物细胞全能性 动物细胞全能性 (3),一、植物细胞的全能性,探究：,2、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？,1、表现全能性的条件有哪些？,离体、一定的营养物质、激素及温度、光照、pH等适宜外界条件。,在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果。,生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。,3、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？,1、有关全能性的表述中，不正确的是（ ） 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完 整个体，因此全能性最高 生物体内细胞由于分化全能性不能表达 卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能 性很高 植物细胞离体培养在一定条件下能表现出 全能性,C,趁热打铁：,2.下列植物细胞全能性最高的是（ ） A.形成层细胞 B.韧皮部细胞 C.木质部细胞 D.叶肉细胞 3下列细胞全能性最高的是（ ） A植物的卵细胞 B植物的精子细胞 C被子植物的受精卵 D被子植物的的叶肉细胞,A,C,要把一块组织通过培养得到一株完整植株, 应该如何操作呢?,请同学们阅读P34实验完成P35讨论题。,(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？,(1)防止各种杂菌感染和培养物争夺营养；（2）杂菌生长过程中所产生的对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。,(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时为什么强调要切取含有形成层部分？,胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。,（3）请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？,因为这部分容易诱导形成愈伤组织。,(4)请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。,切取 形成层,无菌接种,诱导愈伤组织 的形成,试管苗的形成,培养室,移栽,脱分化,再分化,植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。,二、植物组织培养,1、概念,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,根、芽,植物体,外植体,脱分化,植物激素： 细胞分裂素、生长素,再分化,2、过程,植物组织培养条件：,含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。,实例：非洲紫罗兰的组织培养,强调几个概念：,离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。,一、愈伤组织：,由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。,（2）脱分化的实质和结果分别是 什么？,实质是恢复细胞的全能性过程。 结果是形成愈伤组织。,脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。,二、（1）植物细胞的脱分化：,三、植物细胞的再分化：,1、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？,在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。,2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？,植物激素,当细胞分裂素和生长素共同使用时，能刺激愈伤组织的形成，而通过调节二者的浓度比，就可以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成，称为“激素杠杆”。(见P42),知识拓展,能力提高,1.下列属于组织培养的是：（ ） A.花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条 C.根尖分生区发育成成熟区 D.未受精的卵发育成植株,A,反馈练习,2.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（ ） A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素,C,3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（ ） A.具有完整细胞核的细胞 B.离体状态 C.导入外源基因 D.一定的营养物质和激素,C,因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。,于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。,三、植物体细胞杂交技术,这幅番茄马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？,1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。,背景资料,1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“Potamato”。,目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？ 2有没有一种温和的去壁方法呢？ 3为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？ 4如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？ 5如何将杂种细胞培育成杂种植株？,请思考：,杂种植株,融合的原生质体AB,再生出细胞壁,脱分化,愈伤组织,再分化,1、过程,植物细胞的融合,植物组织培养,植物细胞A,原生质体B,原生质体A,杂种细胞AB,去 壁,去 壁,人 工 诱 导,方法？,促进融合的方法？,融合完成的 标志,植物细胞B,三、植物体细胞杂交技术,去壁,去壁,纤维素酶果胶酶,原生质体,植物细胞,原生质体融合,离心、振动、电刺激、 聚乙二醇,再生细胞壁,杂种细胞,去分化,愈伤组织,杂种植株,激素,筛选,等量,激素,再分化,植物体细胞杂交过程示意图,2、概念,将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。,3、优势和未解决的问题,优势（与有性杂交方法比较） ：打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。,未解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良。,1.为什么“番茄马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？,马铃薯番茄没有像人们预想的那样地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。,2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。,所采用技术的理论基础,植物细胞工程,通常采用的技术手段,植物组织培养,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,小结,植物细胞工程的实际应用,一、植物繁殖的新途径,1.微型繁殖 (1)微型繁殖技术:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术. (2)特点: 保持优良品种的遗传特性; 高效快速地实现种苗的大量繁殖.,2.作物脱毒 (1)材料:植物分生区（茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。 (2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗 （3）优点：使农作物不会或极少感染病毒,3.神奇的人工种子 (1)特点: 后代无性状分离 不受气候,季节和地域限制 (2)技术:植物组织培养. (3)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.,人工种子,自然种子,二、作物新品种的培育,1.单倍体育种 (1)方法:花药的离体培养 (2)优点: 后代稳定遗传,都是纯合体; 明显缩短育种年限.,2.突变体的利用 (1)产生:植物组织培养 (2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种,三、细胞产物的工厂化生产,1.种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等. 2.技术:植物的组织培养. 3.例子：利用组织培养技术来大量生产人参皂甙干粉,练习 1、下列细胞中，不具有细胞全能性特点的是： A、心肌细胞 B、神经细胞 C、茎的形成层细胞 D、木质部导管细胞 2、用植物组织培养技术可以培养或生产出： A、人参皂苷 B、无病毒植物 C、人工种子 D、A，B，C均可 3、科学家成功培育出“番茄马铃薯”，是采用下列哪一项生物技术： A、基因工程 B、染色体工程 C、酶工程 D、细胞工程,D,D,D,4、植物体细胞杂交和植物组织培养的相同点中错误的是： A、都是依据植物细胞的全能性作为理论基础 B、都属于植物细胞工程技术 C、都能形成杂种细胞 D、都有形成愈伤组织的阶段 5、植物体细胞融合完成的标志是： A、细胞核发生融合 B、细胞质发生融合 C、细胞膜发生融合 D、新的细胞壁产生 6、下列有关细胞工程的叙述中错误的是： A、是在细胞器水平上定向改造生物 B、细胞工程的目的之一是获得产品 C、是在细胞水平上定向改变生物的遗传物质 D、通过细胞工程都能获得杂种生物,D,D,C,2.1.2植物细胞工程的实际应用 （一） 思考与探究,1.通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。 提示：a. 拯救濒危植物； b. 提供食品制作的原料； c. 利用愈伤组织进行转基因操作,2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。 提示：诱导植物愈伤组织 体细胞胚的诱导 体细胞胚的成熟 体细胞胚的机械化包裹 贮藏或种植,3.请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。,花药 花粉细胞培养 愈伤组织 分化出小植物 单倍体植株 正常植株,（二） 正文中讨论题,1.人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？ 提示：植物“微型”繁殖技术具有高效性和可以保持种苗的优良遗传特性的优势。工厂化大规模育苗生产正是利用了植物“微型”繁殖技术的这两方面优势。利用植物“微型”繁殖技术我们可以在短时间中获得大量的优质种苗。,2.人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想它们具有哪些优点？ 提示：人工种子的优点： （1）天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变；天然种子在生产上受季节限制，一般每年只繁殖12次，有些甚至十几年才繁殖一次。而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上也不受季节的限制。 （2）试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。,3.人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，请探讨人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？ 提示：针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。,4.高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。以“我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而拯救红豆杉”为题，与同学展开讨论，说出植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面的重要意