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第三章细胞工程 2020 3 5 1 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 什么叫细胞工程 包括哪两大类型 2 第一节植物细胞工程 一 植物细胞工程的基本技术 3 脱分化 再分化 正常菊花 花瓣 高度分化的组织 愈伤组织 根 芽 试管苗 移栽 让已经分化的细胞 经过诱导后 失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程 排列疏松 无规则 高度液泡化的无定形状态的薄壁细胞 愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程 植物组织培养 4 探究 1 为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢 植物细胞具有全能性 2 什么是细胞的全能性 5 一 植物细胞的全能性 1 细胞全能性的概念 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 也就是说 每个生物细胞都具有全能性的特点 植物组织培养技术的理论依据 2 原因 生物体的每一个细胞都含有本物种的全套遗传物质 都有发育成完整个体所必需的全套基因 3 现实表现 在生物体的生长发育过程中 细胞并不会表现出全能性 而是分化成各种组织和器官 细胞分化的原因 基因选择性表达 4 细胞全能性的差异 6 二 植物组织培养技术 胡萝卜的组织培养 请认真阅读资料28页的 实验原理 部分 思考下列问题 1 根据实验原理的内容可知 植物组织培养技术的整个过程证明了什么观点 2 细胞表现出全能性 需要哪些必要条件 3 你觉得选择胡萝卜的哪个部位作为实验材料较好 证明了分化的植物细胞 仍具有形成完整植株所需要的全部基因 7 离体状态 离体的植物器官 组织 细胞叫做外植体 营养物质 无机营养成分 水 无机盐 有机营养成分 氮源 维生素和氨基酸 碳源 蔗糖 2 细胞表现出全能性 需要哪些必要条件 激素 细胞分裂素 其他适宜条件 无菌 适宜温度 湿度 pH 氧气 适时光照等 主要是 生长素 用于诱导细胞分裂和根的分化 主要作用是促进细胞分裂或分化出不定芽 根据诱导的需求 对生长素和细胞分裂素要按一定比例使用 8 3 你觉得选择胡萝卜的哪个部位作为实验材料较好 含有形成层的部分 什么原因 优良的品种 9 操作步骤 1 将胡萝卜根进行消毒 2 用无菌的解剖刀切取胡萝卜形成层部位的组织块 获得外植体 3 将外植体接种到灭菌后的培养基上 恒温避光条件下诱导形成愈伤组织 4 将愈伤组织转接到分化培养基上光照下培养 诱导分化生成胚状体或从芽 进而发育成试管苗 5 将试管苗移栽到大田 培养成正常植株 外植体 脱分化 愈伤组织 胚状体 试管苗 正常植株 再分化 移栽 10 思考与讨论 1 在组织培养实验中 要强调对所用器械 培养基灭菌和实验人员的无菌操作 为什么呢 2 本实验中 切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层部分 原因是什么呢 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 11 植物组织培养技术 植物组织培养就是在 的条件下 将 的植物器官 组织 细胞 培养在人工配制的 上 给予适宜的 诱导其产生 从芽 最终形成 培养条件 结果 应用的原理 无菌和人工控制 离体 培养基 培养条件 愈伤组织 完整的植株 12 三 植物体细胞杂交技术 番茄 马铃薯 理想图 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 13 原生质体A 原生质体B 原生质体融合 正在融合的原生质体 再生出细胞壁 杂种细胞 愈伤组织 植物组织培养 植物体细胞杂交 1 过程 融合完成的标志 2020 3 5 14 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 2 概念 3 理论基础 植物细胞全能性 细胞膜具有一定的流动性 15 4 优势和未解决的问题 举例 X 白菜 甘蓝 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障碍 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 16 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 2020 3 5 17 比较 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 2020 3 5 18 1 下列属于组织培养的是 A 花粉培育成单倍体植株B 芽发育成枝条C 根尖分生区发育成成熟区D 未受精的卵细胞发育成个体 A 2 植物体细胞杂交的过程实质是 A 细胞质融合的过程B 细胞核融合的过程C 细胞膜融合的过程D 细胞原生质体融合的过程 D 3 在植物细胞工程中 当原生质体融合成一个细胞后 需要诱导产生细胞壁 参与这一过程的细胞器 A 叶绿体 高尔基体B 线粒体 高尔基体C 叶绿体 线粒体D 线粒体 内质网 B 19 4 用杂合种子尽快获得纯合子植株的方法是 A 种植 F1 选出不分离者 纯合子B 种植 秋水仙素处理 纯合子C 种植 生长素处理 纯合子D 种植 花药离体培养 单倍体幼苗 秋水仙素处理 纯合子 D 5 下面关于植物细胞工程的叙述 正确的是 多选 A 叶肉细胞脱分化后可形成具有分裂能力的薄壁细胞B 叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织C 融合植物叶肉细胞时 应先去掉细胞膜D 叶肉细胞离体培养时 可以表现出全能性 AD 20 6 下图为植物体细胞杂交过程示意图 据图回答 步骤 是去掉 使植物细胞成为 最常用的方法是 步骤 一般常用的化学试剂是 目的是 在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中 运用的技术手段是 其中步骤 相当于 步骤 相当于 细胞壁 原生质体 酶解法 聚乙二醇 诱导原生质体融合 组织培养 脱分化 再分化 21 7 下面所列过程是植物组织培养的简略过程 请据此回答 脱分化 再分化 表示 它能被培养成 的根本原因是 表示 它的细胞特点是 它的颜色特点是 外植体 植物细胞具有全能性 愈伤组织 细胞排列疏松 高度液泡化无定形状态的薄壁细胞 色浅 3 若 是花药 则 是 这项技术可用在上 4 若想制造人工种子 应选择 写编号 单倍体植株 单倍体育种 22 二 植物细胞工程的实际应用 23 一 植物繁殖的新途径 1 微型繁殖技术 1 概念 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 2 优点 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 3 实例 用一个兰花茎尖就可以在一年内生产出400万株兰花苗 也叫快速繁殖技术 二 植物细胞工程的实际应用 24 25 讨论 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优点 在短时间中获得大量的优质种苗 可以保持种苗的优良遗传特性的优势 26 27 28 2 作物脱毒 1 常选用的部位 分生区组织 如茎尖 2 操作过程 一定大小的茎尖 愈伤组织 胚状体 试管苗 脱毒苗 脱分化 再分化 29 3 作物脱毒的优点 种植的作物就不会或极少感染病毒 4 实例 脱毒的马铃薯试管苗 脱毒的草莓 30 31 32 天然种子的局限 1 培育周期长 2 优良杂种的后代会因发生性状分离而丧失其优良特性 3 生产会受到季节 气候和地域的限制 并且需要占用大量的土地实现制种 33 3 神奇的人工种子 1 人工种子的概念 2 人工种子的结构 与受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育过程 34 思考 1 设计人工种子制备技术的主要流程图 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 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 想一想他们具有哪些特点 完全保持优良品种的遗传特性 生产上不受季节限制 可以方便地贮藏和运输 35 选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种 常规的方法是通过什么方式获得 依据什么原理 36 二 作物新品种的培育 1 单倍体育种 1 单倍体的定义 体细胞中含有本物种配子中染色体数目的个体 2 单倍体的形成 由配子不经过受精作用而直接发育形成个体 37 3 植物单倍体育种的一般过程 花粉 愈伤组织 单倍体幼苗 花药离体培养 染色体加倍的纯合体 再分化 脱分化 花粉细胞培养 接种 秋水仙素处理 38 39 4 单倍体育种的优点 后代都是纯合体 能稳定遗传 明显缩短育种年限 5 实例 中花11号水稻 40 2 突变体的利用 1 突变体的产生 2 利用 3 实例 培养细胞一直处于不断分生状态易受影响而产生突变 筛选出有用的突变体 进而培养新品种 利用突变体已经筛选到抗病 抗盐 含高蛋白 以及高产的突变体 如抗花叶病毒的甘蔗 41 三 细胞产物的工