高中生物 2.1.1植物细胞工程的基本技术课件 新人教版选修3.ppt

细胞工程 番茄与马铃薯同是茄科植物 但不是同属的植物 番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜 马铃薯的块茎生长在土壤中 人们曾经有这样一个幻想 让一株植株地上部分结番茄 地下部分长土豆 这个幻想可能实现吗 一 细胞工程的概念 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 细胞工程 应用的原理和方法 细胞生物学和分子生物学 细胞整体水平或细胞器水平 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 概念 分类 植物细胞工程 研究的目的 研究的水平 动物细胞工程 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 为什么植物的一个花瓣能培养出完整的植株呢 细胞具有全能性 1 定义 具有某种生物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 2 原理 生物体的任何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 大小 二 细胞的全能性 二 细胞的全能性 当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时 在一定的营养物质 激素和其他外界条件的作用下 就可能表现出全能性 发育成完整的植株 在生物的个体发育中 由于基因在特定时间和空间下选择性地表达而形成不同器官 因此 要实现细胞的全能性 首先必须使生物体的细胞处于离体状态 为什么生物体内的细胞没表现全能性 而是分化成不同的组织或器官呢 基因选择性表达的结果 植物细胞表现全能性的必要条件 离体培养提供营养物质 激素及其他适宜条件那么要如何把植物的一个花瓣培育成完整的植株呢 植物的组织培养 1 实验原理 离体的植物器官 组织或细胞 一定的营养物质 激素 脱分化 愈伤组织 再分化 含有不同激素的分化培养基 胚状体或丛芽 试管苗 外植体 从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官 三 植物的组织培养 愈伤组织 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具有分生能力的组织 1 愈伤组织 植物细胞的再分化 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 2 脱分化和再分化 植物细胞的脱分化 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 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 3 生长素和细胞分裂素作用 植物中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂 脱分化和再分化的关键性激素 有利于根的分化 有利于芽的分化 抑制根的分化 促进愈伤组织生长 生长素和细胞分裂素同时使用 用量的比例对植物细胞发育方向的影响 4 植物组织培养过程 离体组织 器官或细胞 植物体 细胞分裂素 生长素 愈伤组织 芽 根 细胞分裂素 生长素 细胞分裂素 生长素 不需要光 需要光 3 为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养 因为植物组织培养脱分化主要是培养出愈伤组织 一旦被光照以后会促进组织分化 无法达到实验目的 植物组织培养的培养基 定义 含有一定营养成分 供组织培养植物生长的基质无机营养成分 c h o大量元素及部分微量元素有机营养成分 含n物质 包括维生素和氨基酸 碳源 2 5 的蔗糖 琼脂 用于凝固形成固体培养基 激素 生长素和细胞分裂素ph值 5 0 6 0 2 实验流程 制备外植体 接种 脱分化培养 再分化培养 试管苗 正常植株 实验关键 1 取材 应选择含形成层的部分 易诱导形成愈伤组织 2 全程无菌操作 包括接种用具 接种环境 接种材料 接种过程 培养过程 3 植物激素的比例适当 2 在本实验中 为什么切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分 原因是这部分容易诱导形成愈伤组织 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 切取胡萝卜含有形成层部分 是因为这部分容易诱导形成愈伤组织 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 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 防止杂菌污染 因为杂菌生长快 会和培养物争夺营养 杂菌生长过程中会产生有害的物质 导致培养物迅速死亡 讨论 试管苗大规模培养 植物组织培养的概念 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 丛芽 最终形成完整的植株 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 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 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 理想图 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 马铃薯番茄 植物体细胞杂交技术 1 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 植物体细胞杂交技术 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 2 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 融合完成的标志 植物细胞b 二 植物体细胞杂交技术 融合体 杂种细胞 去壁的常用方法 原生质体融合方法 过程 原生质体融合 组织培养 融合的细胞中 两两融合的细胞有几种 对融合的细胞如何处理得到所需杂交细胞 3种 aa ab bb 需进行筛选 4 意义 与传统有性杂交相比 克服了不同种生物远缘杂交不亲和的障碍 打破了物种之间的生殖隔离 扩大了遗传重组范围 3 原理 植物细胞全能性 细胞膜的流动性 思考与探究 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 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 白菜 白菜 甘蓝 同普通白菜相比 具有生长期短 耐热性强和易于贮藏等优点 紫甘蓝 思考 白菜 甘蓝是二倍体 那么获得的白菜 甘蓝是几倍体 四倍体 白菜 甘蓝 若a含有2n条染色体 2个染色体组 基因型为aabb b含有2m条染色体 2个染色体组 基因型为ccdd 则新植株应为四倍体 其体细胞中染色体数为2n 2m 基因型为aabbccdd 2 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 比较 无性繁殖 细胞全能性 脱分化 再分化 保持优良性状繁殖速度快 大规模生产提高经济效益 杂交技术应用了组织培养 克服不同种生物远源杂交的障碍 去除细胞壁 融合形成杂种细胞 组织培养 膜流动性细胞全能性 染色体变异 基因重组 自我评价 1 关于愈伤组织形成过程的正确叙述是 a 愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果b 愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果c 愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果d 愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果 d 2 下列属于组织培养的是 a 花药离体培养成单倍体植株b 芽发育成枝条c 根尖分生区发育成成熟区d 利用桑枝条扦插大田并发育成完整植株 a 3 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 4 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 5 下列不能作为植物组织培养的材料是 d 6 若用 表示植物组织培养的过程 请回答 1 表示 能被培养成为 的根本原因是 2 表示 其细胞特点是薄壁细胞 脱分化 再分化 离体的植物组织器官 组织或细胞 植物细胞具有全能性 具有分生能力的 愈伤组织 植物体细胞杂交尚未解决的问题有 a 去掉细胞壁 分离出有活力的原生质体b 将杂种细胞培育成植株c 让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性d 尚未培育出属间杂种植物 c 1 不能人工诱导原生质体融合的方法是 a 振动b 电刺激c peg试剂d 重压 2 植物细胞融合完成的标志的是 a 产生新的细胞壁b 细胞膜发生融合c 细胞质发生融合d 细胞核发生融合 a d 基因型为aabb的水稻 含24条染色体 的花药通过无菌操作接入试管后 在一定条件下形成试管苗 问 1 愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团 愈伤组织形成过