植物细胞工程课件(公开课).ppt

植物细胞工程 克隆羊 多莉 的诞生 这样的生物技术应属于何种生物工程 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 细胞工程 按操作对象分类 植物细胞工程 动物细胞工程 为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢 已分化的细胞 还具有发育成完整个体的潜能 细胞的这种特性叫做细胞的全能性 生物体的每一个细胞都包含有该生物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 植物细胞工程 细胞的全能性 细胞的全能性 植物细胞工程 菊花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 在生物体内 由于基因的选择性表达 细胞不能表现出全能性 而是分化成为不同的组织器官 植物细胞工程的基本技术和理论基础 运用什么技术才能把菊花的花瓣培养成完整植物体 为什么运用植物组织培养技术能把菊花的花瓣培养成完整植物体 植物细胞工程的基本技术和理论基础 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 为什么运用植物组织培养技术能把菊花的花瓣培养成完整植物体 当已分化的植物器官 组织或细胞脱离母体后 在一定的营养物质 激素等外界条件作用下分化形成愈伤组织 一种相对没有分化的细胞团 继而在植物激素等诱导下发生再分化 才能表达出全能性 发育成完整植株 植物细胞工程的基本技术和理论基础 使没表现全能性的植物细胞表现出全能性需要提供的条件有哪些 植物生长所需的营养物质 激素及适宜的温度 酸碱度 无菌条件等 量取微量元素 量取大量元素 实验操作方法 培养基的配制 量取钙盐 铁盐和其它有机物 称取蔗糖和琼脂 配制MS培养基 调PH值 分装培养基 培养基灭菌 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 植物组织培养过程 分化 愈伤组织转接到继代培养基上 植物材料消毒 接种到诱导培养基 诱导出愈伤组织 得到大量的愈伤组织 愈伤组织接种到分化培养基上 可以不继代培养直接诱导分化 脱分化 愈伤组织转接到继代培养基上 植物材料消毒 接种到诱导培养基 诱导出愈伤组织 得到大量的愈伤组织 愈伤组织接种到分化培养基上 分化出幼苗 幼苗接种到生根培养基上 完整植株 可以不继代培养直接诱导分化 移栽到大田 若诱导出幼苗的同时也实现生根 可以省略生根培养基 再分化 脱分化 异想天开 人细胞 鼠细胞 荧光标记膜蛋白 40分钟后 植物体细胞杂交的概念 将不同种植物的体细胞 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 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 植物体细胞杂交 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 有没有一种温和的去壁方法呢 酶解法去细胞壁 纤维素酶 果胶酶 番茄细胞 马铃薯细胞 不同植物体细胞原生质融合 物理方法有 显微操作 离心 振动 电刺激等促使原生质体融合 化学的方法用聚乙二醇 PEG 等试剂作为诱导剂来诱导融合 植物体细胞杂交 过程示意图 杂种细胞 番茄细胞 马铃薯细胞 A B AB 物理方法化学方法 离心振动电刺激 植物体细胞杂交 过程示意图 酶解法去壁 原生质体融合 再生细胞壁 杂种细胞 脱分化 再分化 移栽 正在融合的原生质体 植物组织培养 植物细胞融合 再生出细胞壁 植物体细胞杂交技术过程图 细胞膜的流动性植物细胞的全能性 植物体细胞杂交 1 植物体细胞杂交的结果是产生了 2 这个过程中涉及的原理是 杂种植株 亲本植株叶片形状 组培后得到的杂种植株 1 2 3 杂种植物的鉴定 植物体细胞杂交的意义 使来自两个亲本细胞的基因有可能都被表达 打破了远缘生物不能杂交的屏障 提供了创造新物种的可能 根为马铃薯而果为西红柿 尚末成功 思考 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 甘蓝 白菜 甘蓝 植物体细胞杂交应用 生长期短 耐热性强和易于贮存 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 思考 异想天开 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 如图是 白菜一甘蓝 杂种植株的培育过程 下列说法正确的是 A 图示 白菜 甘蓝 植株不能结籽B 愈伤组织的代谢是自养需氧型C 上述过程中包含着有丝分裂 细胞分化和减数分裂等过程D 白菜 甘蓝 杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果 D 练习 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 练习 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 D 练习 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 练习 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 练习 概念 快速高效实现种苗繁植培育优良植物品种的植物组织培养技术 1 微型繁殖技术 植物细胞工程应用 一 植物繁殖的新途径 植物组织培养车间 一 植物繁殖的新途径 植物细胞工程应用 1 微型繁殖技术 优点 高效快速地实现种苗的大量繁殖 保持优良品种的遗传特性 不受自然生长季节的限制 因为在具有一定人工设施的室内生产 一 植物繁殖的新途径 植物细胞工程应用 1 微型繁殖技术 一 植物繁殖的新途径 植物细胞工程应用 产业化育苗 1 微型繁殖技术 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 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 植物细胞工程应用 1 作物脱毒的原因 2 作物脱毒 几乎所有的果树都患有病毒病 而且多是通过营养体繁殖代代相传的 植物病毒种类很多 对树体又能产生持久危害 迄今为止尚无有效的药物可以控制 长期进行无性繁殖的作物 易积累病毒 导致产量降低 品质变差 而植物的分生区一般不会感染病毒 用分生区的细胞进行组织培养 就能得到大量的脱毒苗 一 植物繁殖的新途径 植物细胞工程应用 用植物的组织培养技术 培养植物茎尖 可以有效地防止病毒病的侵害 恢复种性并加速繁殖速度 香蕉去病毒试管苗的组织培养技术已成为产业化商品化的先例之一 因为香蕉是三倍体植物 必须通过无性繁殖延续后代 传统方法一般采用芽繁殖 感病严重 繁殖率低 而采用去病毒的组织培养技术不仅改进了品质 亩产量约提高30 50 很容易被蕉农接受 2 作物脱毒 一 植物繁殖的新途径 植物细胞工程应用 2 材料 分生区 如茎尖 的细胞 3 脱毒苗 切取茎尖进行组织培养获得 2 作物脱毒 一 植物繁殖的新途径 植物细胞工程应用 2 作物脱毒 一 植物繁殖的新途径 茎尖培养可以得到无病毒苗木已成为解决病毒病危害和品种退化问题的一个重要途径 植物细胞工程应用 3 神奇的人工种子 人工种子 用组培技术获得具有胚芽 胚轴 胚根等结构的胚状体 并用人工种皮 藻酸钠 包裹起来 用以代替天然种子进行繁殖的一种结构 胚芽 胚根 胚乳或子叶 种皮 一 植物繁殖的新途径 植物细胞工程应用 1 特点 后代无性状分离 保留优良特性 不受气候 季节和地域限制 2 技术 植物组织培养 3 产生途径 由已脱分化的外植体直接产生 由愈伤组织产生 4 结构 人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽 3 神奇的人工种子 一 植物繁殖的新途径 植物细胞工程应用 5 优点 解决了有些种子繁殖力差 结籽困难或发芽率低等问题 可以工业化生产 提高农业的自动化程度 可在胚乳中添加各种附加成分 如 固氮菌 防病虫农药 除草剂等 用人工种子播种可节约粮食 3 神奇的人工种子 一 植物繁殖的新途径 植物细胞工程应用 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 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 植物细胞工程应用 3 神奇的人工种子 一 植物繁殖的新途径 植物细胞工程应用 现在已有胡萝卜 芹菜 柑橘 咖啡 棉花 玉米 水稻 橡胶等几十种植物的人工种子试种成功 但由于成本较高 中国尚未应用于生产 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 二 作物新品种的培育 植物细胞工程应用 单倍体育种的原理 单倍体经过秋水仙素等处理使其染色体加倍以后产生的二倍体 其基因是高度纯合的 单倍体育种就是利用单倍体的这种特性 单倍体育种只需两年即可得到纯合新品种 二 作物新品种的培育 植物细胞工程应用 倍性育种 缩短育种年限 二 作物新品种的培育 植物细胞工程应用 2 利用培养变异 筛选优良突变体植物离体培养 能够明显提高突变率 并且会有各种各样的生理和形态突变 如株高 花色 植株形态 生育期 耐性等 可以从中选择优良突变体 培育新品种 二 作物新品种的培育 植物细胞工程应用 3 利用细胞融合技术 克服远缘杂交不亲和性 野生种往往有许多优良性状 但大部分野生种与栽培种杂交不亲和 严重影响了野生种优良遗传基因的应用 利用细胞融合 可以克服这种杂交不亲和性 获得体细胞杂种 使野生种的利用成为可能 二 作物新品种的培育 植物细胞工程应用 4 基因工程 基因工程主要研究DNA的转导 而基因转导后必须通过组织培养途径才能实现植株再生 二 作物新品种的培育 植物细胞工程应用 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 三 细胞产物的工厂化生产 植物细胞工程应用 紫草素有活血化淤的作用 可用于治疗烫伤割伤的药物 化妆品及食品的着色剂 三 细胞产物的工厂化生产 植物细胞工程应用 因为从它细胞内提炼的紫杉醇 是国际上公认的一种高效 低毒 广谱 作用机制独特的抗癌天然产物 所以红豆杉这类植物近年来是植物界一位走红的名星 红豆杉是常绿针叶 结樱桃大的奇特红豆果 是第四世纪冰川后遗留下来的世界珍稀濒危植物 全世界自然分布极少 列为国家一级重点保护植物 三 细胞产物的工厂化生产 植物细胞工程应用 目前国内外都是从红豆