2012选III-2.1.1植物细胞工程-组织培养及其应用.ppt

指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，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。,应用的原理和方法,研究的水平,研究的目的,专题2细胞工程,前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术,后者是分子水平上的生物技术。,克隆多莉羊技术是水平上的技术，培育抗虫棉是水平上的技术。,细胞工程与基因工程相比：,细胞,分子,思考:,按操作对象分类,植物细胞工程,动物细胞工程,专题2细胞工程,2.1植物细胞工程,2.1.1植物组织细胞工程的基本技术,专题2细胞工程,一、细胞的全能性,1.概念：,1)受精卵,生殖细胞,具有分生能力的体细胞,2.全能性的比较,2)植物细胞全能性一般比动物细胞强,指具有某种生物的全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。即每个生物细胞都具有全能性的特点。,成熟的体细胞,3.在生物体内细胞未表现出全能性的原因,基因的选择性表达,4.细胞表现其全能性的条件,（1）首要条件：脱离母体（离体培养）（2）一定的营养物质和植物激素（3）适宜的环境条件,获取离体组织,二、植物组织培养技术,1.过程：（胡萝卜的组织培养）,脱分化,再分化,愈伤组织,试管苗,(外植体),接种至培养基上,接种到分化培养基上,无菌,植物组织培养的相关概念,已分化的细胞，经过诱导后失去特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。,愈伤组织继续培养，重新分化出根和芽，形成试管苗的过程。,是指在植物组织培养中，一些分化的细胞，经过激素的诱导，脱分化后形成的具有分生能力的薄壁细胞。,(3)脱分化：,(2)愈伤组织：,(4)再分化：,植物组织培养中作为离体培养材料的器官或组织。,(1)外植体:,高度液泡化、无定形状态细胞排列疏松,无规则,具有分生能力的薄壁细胞.,获取离体组织(外植体),形成试管苗(根,芽),脱分化,再分化,培养基中要有一定的营养物质（无机物和有机物）和植物激素(生长素和细胞分裂素)；培养过程应提供无菌环境,遮光,适宜的pH、适宜的温度。,所需条件？,形成愈伤组织,培养成正常植株,植物组织培养的流程简图:,思考：在植物组织培养中为什么选用含形成层细胞做为外植体？,因为这些细胞全能性较强，容易脱分化形成愈伤组织。,杂菌不但会和培养物争夺营养，还会生成大量有害的物质，导致培养物死亡。,问题：在组织培养过程中为什么要强调无菌操作？,3.概念：,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、胚状体，最终形成完整的植株。,2.原理：,二、植物组织培养技术,植物细胞的全能性,下图所示胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：,芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件,(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括_和小分子有机物，激素包括_两类植物激素。(2)此过程依据的原理是_。A和B阶段主要进行的分裂方式是_，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞_等。(3)此过程要无菌操作，主要是指对_进行灭菌消毒，B阶段需要光照，原因是。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因_的结果。,无机物,细胞分裂素和生长素,植物细胞的全能性,有丝分裂,分化,培养基,选择性表达,水稻(基因型为AaBb)的花药通过无菌操作，接入试管，经过如下过程培育试管苗。以下选项中正确的是（）,Aa用花药离体培养法获得单倍体植株；b通过有丝分裂产生愈伤组织；c培养基中至少应有乙烯和脱落酸；d试管苗的生长发育不需要光照Ba用花药离体培养法获得二倍体植株；b通过减数分裂产生愈伤组织；c培养基中至少应有生长素和细胞分裂素；d试管苗的生长发育不需光照,C,Ca用花药离体培养法获得单倍体植株；b通过有丝分裂产生愈伤组织；c培养基中至少应有生长素和细胞分裂素；d试管苗的生长发育需要光照Da用花药离体培养法获得二倍体植株；b通过有丝分裂产生愈伤组织；c培养基中至少应有乙烯和脱落酸；d试管苗的生长发育需要光照,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.诱导两个原生质体发生融合的方法有哪些？4两个原生质体能发生融合与细胞膜的什么特性有关？5在细胞杂交过程中，能形成什么类型的融合细胞？,请大家阅读课本P36-37思考下面几个问题：,三、植物体细胞杂交技术,植物细胞A(马铃薯),植物细胞B（番茄）,原生质体A,原生质体B,融合成功标志：生出新的细胞壁,去除细胞壁,杂种植株(马铃薯番茄),脱分化,愈伤组织,杂种细胞,三、植物体细胞杂交技术,筛选和组织培养,制备原生质体,诱导原生质体的融合,用纤维素酶、果胶酶分解细胞壁（酶解法）,物理法（离心、振动、电激等）化学法（聚乙二醇）,（植物细胞A和植物细胞B杂交时，产生了AB和AA、BB3种类型的融合细胞）,再分化,两个细胞染色体数之和,杂种植物染色体数目=,原理：,细胞膜的流动性和细胞的全能性,融合成功的标志：,杂种细胞形成新的细胞壁,植物体细胞杂交完成的标志：,获得杂种植株,三、植物体细胞杂交技术,三、植物体细胞杂交技术,2.概念,就是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.意义和未解决的问题,意义：克服不同生物远缘杂交的障碍，出现自然界没有的新品种。,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性状。,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,4.植物细胞杂交技术的成果,(1)图中完成植物体细胞融合的过程是(填编号)_。(2)图中过程是_，过程是_，过程合称_。(3)图中过程用到的酶是_，作用的结果是形成_。之所以要用它们是要除去_。(4)在过程中，可用的化学诱导剂是_，可用的物理方法是_。若在容器中放置若干ab结构，诱导完成且假设所有细胞都发生了融合，然后经过程，形成的d细胞的类型有_种(这里仅考虑2个原生质体的相互融合)，从中选出_进行培养。,再分化,脱分化,植物组织培养,纤维素酶和果胶酶,原生质体,细胞壁,聚乙二醇,振动、电刺激、离心,3,杂种植株,(6)e称为_，f称为_。(7)这一技术的优点是_。（8）利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？_。,不遵循。因为只有生物进行有性生殖的过程中，才遵循孟德尔的遗传规律，而植物体细胞杂交育种的过程不属于有性生殖,愈伤组织,杂种植株,克服远源杂交不亲和的障碍,思考与探究：,1.生物基因的表达互相调控、相互影响，虽然杂交植株具备2个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰。,2.,植物材料,愈伤组织,原生质体,动物胚胎细胞培养,脱分化,去细胞壁,电脉冲融合,融合的胚胎细胞培养,分裂成胚胎,移植到受体动物的子宫,一、细胞的全能性,1.概念,2.全能性的比较,4.表现全能性的条件,二、植物组织培养技术,1.过程,2.原理3.概念,2.1.1植物组织细胞工程的基本技术,3.在生物体内细胞未表现出全能性的原因,三、植物体细胞杂交技术,1.过程、原理、完成标志等,2.概念3.意义和未解决的问题4.成果,C,1.下列有关全能性的表述中，不正确的是().理论上，生物体的每个细胞都含有该生物的全套基因，具有全能性.植物细胞虽然具有全能性，但并不是所有的细胞都能表达全能性.植物细胞只有生长点细胞具有全能性，而其他部位细胞没有全能性.植物细胞的全能性较高，而动物细胞的全能性较低,2.组织培养过程中，愈伤组织能形成幼苗的过程属于A.分化B.脱分化C.再分化D.分裂,C,3.在植物组织培养过程中，愈伤组织的形成和形态发生是十分关键的一步。而这除需要必备的营养和一些刺激因素外，还需要有起诱导作用的物质，它们是()A.铜、锌等微量元素B.细胞分裂素和生长素C.蔗糖和葡萄糖D.维生素和氨基酸,B,4.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的A.有丝分裂B.分化C.减数分裂D.全能性,C,离体组织(外植体),试管苗,脱分化,再分化,愈伤组织,正常植株,植物组织培养的流程简图:,培养,植物细胞A(马铃薯),植物细胞B（番茄）,原生质体A,原生质体B,融合成功标志：生出新的细胞壁,杂种植株(马铃薯番茄),脱分化,愈伤组织,杂种细胞,三、植物体细胞杂交技术,筛选和组织培养,制备原生质体,诱导原生质体的融合,用纤维素酶、果胶酶分解细胞壁（酶解法）,物理法（离心、振动、电激等）化学法（聚乙二醇）,（植物细胞A和植物细胞B杂交时，产生了AB和AA、BB3种类型的融合细胞）,再分化,两个细胞染色体数之和,杂种植物染色体数目=,桫椤：国家列为一类保护植物，白垩纪时期遗留下来的珍贵树种，的出现距今约三亿多年。,1孢子数量多，但死亡也多。2萌发至形成幼孢子体费时达1年以上。3发育过程对环境要求严格。,思考：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持，有没有一种方法可以解决上述问题呢？,概念:优点:,快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。,1)高效快速地实现种苗的大量繁殖2)（无性生殖）保持优良品种的遗传特性,、微型繁殖技术,（快速繁殖技术）,一、植物繁殖的新途径,生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%50%。怎样培育无毒的生姜幼苗？提示：病毒容易沿植物体的维管组织传播，而分生区中缺乏维管系统，因此病毒极少，甚至无病毒。,2、作物脱毒,原因:,长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差。,材料:,方法:,结果:,一、植物繁殖的新途径,分生区（如茎尖）的细胞,茎尖组织培养技术,获得脱毒苗,思考：微型繁殖试管苗的生产不受自然环境的限制，具有快速繁殖和保持优良品种的遗传特性的优点，但是贮藏和运输相当困难。而天然种子由于有种皮的保护，方便储藏和运输，但是一些作物优良杂种的后代会因发生性状分离而丧失其优良特性；另外天然种子在生产上受季节等自然环境条件限制，一般每年只繁殖12次，有些甚至十几年才繁殖一次，并且需要占用大量的土地。能否一种替代品，既有微型繁殖试管苗也有天然种子的优点？,3、人工种子,通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。,（1）优点培植周期短后代无性状分离，保持优良特性不受季节、气候和地域的限制易于储藏和运输,（2）人工种子的结构,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？,（3）人工种皮的有效成分：,加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌、植物生长调节剂等。,1.单倍体育种,二、作物新品种的培育,体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体,单倍体定义：,由配子不经过受精作用而直接发育成的个体，例：蜜蜂中的雄蜂。,单倍体形成：,长得弱小，而且高度不育,单倍体植株的特点：,1、单倍体育种,选择亲本,有性杂交,F1代,花药离体培养,单倍体植株,人工诱导染色体加倍,可育纯合子,选择所需类型,过程,优点后代都是纯合子，能稳定遗传明显缩短育种年限，加速育种进程,2、突变体的利用,植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变,产生：,筛选对人们有利突变体,进而培育新品种,利用：,成就：,二、作物新品种的培育,已筛选到抗病、抗盐、含高蛋白及高产的突变体，如抗烟草花叶病毒的甘蔗。,蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等,细胞产物种类：,植物的组织培养,技术：,成就：,三、细胞产物的工厂化生产,利用植物组织培养技术来大量生产人参皂甙干粉,植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用：a.拯救濒危植物；b.提供食品制作的原料；c.转基因植物的培育,也要用到植物组织培养的方法.,小结,、微型繁殖技术,（快速繁殖技术）,一、植物繁殖的新途径,2、作物脱毒,3、人工种子,1.单倍体育种,二、作物新品种的