21植物细胞工程

2 1细胞工程 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技术科学 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 微生物细胞工程 动物细胞工程 植物细胞工程的理论基础是什么 通常采用的技术手段有哪些 植物细胞工程 一 细胞的全能性 1 定义 已经分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能的特性 2 原理 3 差异 受精卵的全能性最高 理论基础 生物体的每一个细胞都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 在特定时间和空间条件下基因选择性表达的结果 在生物体内 细胞为什么没表现出全能性 而是分化为不同的组织 器官呢 4 细胞表现出全能性的条件 离体状态有一定营养物质 激素其他外界条件 怎样把植物的一个花瓣培养出完整的植株呢 二 植物组织培养技术 理论基础 细胞的全能性 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 给予适宜的条件 诱导其产生愈伤组织 丛芽 最终形成完整植株的技术 培养基 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 起支持作用 生长有关激素 生长素 细胞分裂素和赤霉素pH 5 0 6 0 4 植物组织培养过程 愈伤组织排列疏松而无规则 是一种具有分生能力的薄壁细胞 外植体 思考 植物激素 当细胞分裂素与生长素共同使用时 能强烈促进愈伤组织的形成 当细胞分裂素与生长素浓度比高时 有利于芽的发生 浓度比低时 有利于根的发生 1 决定植物细胞脱分化 再分化的关键因素是什么 2 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 切取 接种 愈伤组织的形成 试管苗的形成 培养室 移栽 三 植物细胞培养 定义 原理 材料 培养基 条件 愈伤组织或其他易分散的组织 略P47 无机营养 有机营养 植物激素和一些有机复合物等 细胞增殖 无菌 无毒 适宜的温度 PH 氧气等 愈伤组织或其他易分散的组织 悬浮细胞 细胞群体 悬浮培养 继代培养 过程 目的 获得次生代谢产物 实例 优点 培养红豆杉细胞 提取抗肿瘤药物 紫杉醇 大量 快速 高效生产次生代谢产物 不受季节 外部环境等条件的限制 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 这些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 1 定义 2 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限制 大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围 四 植物体细胞杂交技术 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 并且把杂种细胞培育成新植物体的方法 请思考 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除细胞壁的方法 纤维素酶和果胶酶去除细胞壁 4 如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞 下一步该对此细胞做何种处理 3 为什么两个原生质体能发生融合 这与细胞膜的什么特性有关 植物组织培养 原生质体如何融合的呢 人工诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法两大类 物理法是利用离心 振动 电刺激等促使原生质体融合 化学法是用聚乙二醇 PEG 等试剂作为诱导剂诱导融合 是关键环节根据的原理是 细胞膜的流动性成功标志是 杂种细胞产生了新的细胞壁 3 过程 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 植物体细胞杂交过程示意图 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 融合完成的标志 植物细胞B 白菜 甘蓝 白菜 甘蓝 4 实例 注意体细胞融合成功后 会出现三种情况AABB型筛选AAAA型BBBB型 只有AABB型杂种细胞 原生质体制备 原生质体融合 杂种细胞筛选 杂种细胞培养 杂种植株再生 杂种植株鉴定 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 五 植物细胞工程的实际应用 1 植物繁殖新途径 属于无性繁殖 实际问题1 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 说明 植物组织培养技术能快速高效实现优良种苗繁植 且能保持优良亲本一切遗传特性 2 特点 快速繁殖 保持优良亲本的遗传特性 因为是无性繁殖 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 1 微型繁殖 1 微型繁殖技术 用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 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 实际问题2 2 作物脱毒 1 材料 植物分生区 茎尖 的病毒极少 甚至无病毒 2 脱毒苗 切取茎尖进行组织培养 再生的植株就有可能不带病毒 从而获得脱毒苗 3 优点 使农作物不会或极少感染病毒 实际问题3 天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象 因而会造成某些遗传性状的改变 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1 2次 有些甚至十几年才繁殖一次 能否找到天然种子的替代品 种子的结构 自然种子 常规种子植物生产的不足 不少植物需要生长数年才能结出种子优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性种子的生产受季节 气候和地域的限制制种需要占用大量土地 3 神奇的人工种子 通过植物组织培养的方法获得的胚状体 不定芽 顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜 在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子 技术 组织培养 特性 在适宜条件下可以萌发长成幼苗 优点后代无性状分离 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 人工种子的结构 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 作物的新品种培育 复习 1 传统方法 杂交 杂交育种依据的原理是 基因的自由组合定律 优良的基因自由组合 结果 通过基因重组 把两亲本的优良性状组合在同一后代中缺点 要不断进行 多年 纯化和选择 才得到一种符合理想要求的新品种 1 单倍体育种 复习单倍体的概念 是指由配子发育成的个体 单倍体的培育方法 花药离体培养 花药离体培养过程 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 1 突变体的产生在植物组织培养的过程中 由于培养的细胞一直处于不断的分生状态 因此容易受到培养条件和外界压力 如射线 化学物质等 的影响而产生突变 2 利用 筛选对人们有利突变体 进而培育新品种 比较 单倍体育种 突变体的利用 植物体细胞杂交育种 优点 育种原理 优点 育种原理 优点 育种原理 明显缩短育种年限 染色体变异 能够产生新性状 基因突变 克服远缘杂交不亲和障碍 染色体变异 3 细胞产物的工厂化生产 1 种类 蛋白质 脂肪 糖类 药物 香料 生物碱等 2 技术 植物的细胞培养 总结 植物细胞工程的实际应用 1 植物繁殖的新途径 1 微型繁殖2 作物脱毒3 神奇的人工种子 2 作物新品种的培育 1 单倍体育种2 突变体的利用 3 细胞产物的工厂化生产 1 在一个生物体内 细胞没有表现出全能性 原因是 细胞失去了全能性 细胞中的基因部分丢失 细胞中的基因选择性表达 细胞中的基因变异不同 C 课后习题 2 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 3 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 4 通过细胞杂交 获得一个杂种植株 需要的步骤是 A 分离原生质诱导原生质融合生出细胞壁组织培养法得到杂种植株B 分离原生质