高三生物第四章 第二节 细胞工程 一植物细胞工程 课件.ppt

第二节细胞工程简介 细胞工程 应用细胞生物学和分子生物学的原理和和方法 通过某种工程学手段 在细胞整体水平或者细胞器水平上 按照人们的愿望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 分类 植物细胞工程和动物细胞工程 一植物细胞工程 1 植物细胞工程的技术手段 植物组织培养和植物体细胞杂交等 这些技术的理论基础都是细胞的全能性 一 细胞的全能性1 定义 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整植株的潜能 细胞含有该物种所特有的全套遗传物质 2 生物体的细胞不能表现出全能性 因为基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果 3 已经分化的植物器官 组织或者细胞脱离母体后 外植体 在一定外界条件下就可能表现出全能性 二 植物组织培养 1 原理 细胞的全能性2 过程 离体的植物器官 组织 细胞 有丝分裂 脱分化 愈伤组织 高度液泡化的薄壁细胞 根 芽 再分化 植物体 胚状体 1 影响植物组织培养的因素适合的养料和激素 适合的温度和无菌条件 2 外植体和愈伤组织外植体 脱离了母体的植物器官 组织和细胞愈伤组织 离体的组织 器官或细胞培养形成的组织 3 脱分化和再分化脱分化 高度分化的植物器官 组织或细胞产生愈伤组织的过程再分化 愈伤组织重新分化形成根或芽等器官的过程 3 应用 1 快速繁殖培育无病毒植株 2 生产药物 食品添加剂 香料 色素和杀虫剂 3 制造人工种子 4 培育转基因植物 四 植物体细胞杂交 1 植物体细胞杂交的概念植物体细胞杂交是利用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞 并把杂种细胞培育成新的植物体的方法2 杂交的过程第一步 去掉细胞壁 分离出有活力的原生质体 酶解法 第二步 通过人工诱导使两个原生质体融合 peg 第三步 将杂种细胞进行植物组织培养就可以得到杂种植株 注意 1 细胞融合所依据的生物学原理是细胞膜的流动性 2 体细胞融合成功后 会出现三种情况ab型筛选aa型只有ab型杂种细胞bb型 3 体细胞杂交的优点可以克服植物源远杂交不亲和的障碍 大大扩大了可用于杂交组合的范围 4 未解决的问题还不能让杂种细胞按人们的要求表现出亲代的形状 人工种子有许多优点 首先 它解决了有些作物品种繁殖能力差 结子困难或发芽率低等问题 第二 人工种子可以工业化生产 提高农业的自动化程度 第三 人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外 还可以添加各种附加成分 如固氮细菌 防病虫农药 除草剂和植物激素类似物等 有利于幼苗茁壮成长 提高作物产量 第四 用人工种子播种可以节约粮食 例如 一个12l的发酵罐在20d内生产的胡萝卜胚状体 可以制成1000万粒人工种子 满足几千公顷农田的种植需要 与天然种子相比 大大节约了粮食 愈伤组织的形成从一块外植体形成典型的愈伤组织 大致要经历三个时期 起动期 分裂期和形成期 起动期是指细胞准备进行分裂的时期 用于接种的外植体的细胞 通常都是成熟细胞 处在静止状态 起动期是通过一些刺激因素 如机械损伤 改变光照强度 增加氧等 和激素的诱导作用 使外植体细胞的合成代谢活动加强 迅速进行蛋白质和核酸的合成 机械损伤能诱导植物体细胞开始分裂 如伤口上会出现愈伤组织 在植物组织培养中沿用了愈伤组织这一名词 但是植物组织培养中诱导外植体细胞分裂形成的愈伤组织 大都不是损伤的结果 外源的生长素类物质对诱导细胞开始分裂效果很好 因此生长素类物质在植物组织培养中得到广泛应用 常用的有2 4 二氯苯氧乙酸 萘乙酸 吲哚乙酸和细胞分裂素等 分裂期是指外植体细胞经过诱导以后脱分化 不断分裂 增生子细胞的过程 处于分裂期的愈伤组织的特点是 细胞分裂快 结构疏松 颜色浅而透明 外植体的脱分化因植物种类 器官来源及其生理状况的不同而有很大差别 例如 烟草 胡萝卜等植物的脱分化比较容易 禾本科植物的脱分化比较难 花的脱分化比较容易 茎 叶的脱分化比较难 幼嫩组织的脱分化比较容易 成熟的老组织脱分化比较难 分化期是指在分裂期的末期 细胞内开始出现一系列形态和生理上的变化 从而使愈伤组织内产生不同形态和功能的细胞 这些细胞类型有薄壁细胞 分生细胞 色素细胞 纤维细胞 等等 外植体的细胞经过起动 分裂和分化等一系列变化 形成了无序结构的愈伤组织 如果在原来的培养基上继续培养愈伤组织 会由于培养基中营养不足或有毒代谢物的积累 导致愈伤组织停止生长 甚至老化变黑 死亡 如果要让愈伤组织继续生长增殖 必须定期地 如2 4周 将它们分成小块 接种到新鲜的培养基上 这样愈伤组织就可以长期保持旺盛的生长 复习题 三 1 植物体细胞杂交与传统的有性杂交方法相比 在培育作物新品种方面具有较大的优越性 植物体细胞杂交能够在一定程度上克服远缘杂交不亲和的障碍 大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围 2 能 植物组织培养从植物体上取材少 培养周期短 繁殖率高 便于自动化管理 能够在短时间内快速繁殖出大量的试管苗 如果将植物组织培养技术应用于粮食生产 将会大幅度提高粮食产量 此外 植物组织培养技术还可以用于培育无病毒植株 制备人工种子 培育转基因植物 等等 这些技术手段也有助于粮食产量的提高 3 在图4 7所示的植物体细胞杂交过程中 除了形成ab型融合细胞外 还能形成aa型和bb型两种融合细胞 但是只有ab型细胞是植物体细胞杂交所需要的杂种细胞 因为体细胞杂交的目的 是为了获得新的植物体 使植物a和植物b的特性能够在新的植物体上有所表现 而aa型细胞发育成的植物体不会表现出植物b的特性 bb型细胞发育成的植物体也不会表现出植物a的特性 aa型细胞和bb型细胞都是由同种细胞融合而成的 不是杂种细胞 应在体细胞杂交过程中被筛选出去 p66旁栏思考题因为植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶 所以用纤维素酶和果胶酶能够分解植物细胞的细胞壁 p69实习讨论题1 植物组织培养用的培养基 含有植物生长发育所需要的各种营养物质 这些营养物质同样为细菌等微小的生物提供了适合的营养 在这种培养基上 细菌等微小的生物比植物细胞具有更强的新陈代谢能力 它们