高中生物 专题二第一课 植物细胞工程课件 新人教版选修3.ppt

专题2细胞工程 植物细胞工程 番茄与马铃薯都是茄科植物 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 一个梦想 细胞工程 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 理论基础 细胞的全能性 主要技术 植物体细胞杂交 植物组织培养 动物细胞培养 动物细胞融合 单克隆抗体技术 胚胎移植 核移植 植物细胞工程技术 动物细胞工程技术 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 1 定义 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性 2 原因 生物体的每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 差异 1 受精卵的全能性最高 2 受精卵分化后的细胞中 体细胞的全能性比生殖细胞的低 植物细胞的全能性 4 大小 蜜蜂 2n 32 减数分裂卵细胞 n 16 发育雄蜂 n 16 卵细胞可以直接发育成为一个新个体 例 思考讨论 为什么体内细胞没有表现出全能性 而是分化成为不同的组织 器官 基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果 在个体发育的不同时期 生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的 合成的蛋白质也不一样 从而形成了不同的组织和器官 5 例题辨析 下列有关细胞全能性的含义 正确的是 a 每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能 b 生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能 c 生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能 d 生物体的每个细胞都经过产生 分裂 分化 生长 衰老 死亡的全过程 c 背景资料 1902年德国著名植物学家哈伯兰特 g haberlandt 在细胞学说的基础上提出了细胞全能性理论 植物组织培养的发展简史 探索阶段 19世纪初 30年代中 德国植物生理学家haherlandt首次进行了植物细胞培养实验 奠基阶段 30 50年代 1934年 white培养番茄离体根尖成功1939年 gautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成功white 烟草种间杂种的瘤组织进行组培nobecourt 胡萝卜进行组培以上三人是植物组织培养的奠基人 迅速发展阶段 60年代后 原生质体培养 花药培养 快速繁殖技术迅速发展 科学研究表明 处于离体状态的植物活细胞 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 人工条件下实现的这一过程 就是植物组织培养 1958年steward等用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚 并进而获得了完整植株 植物组织培养的发展简史 植物组织培养 关键词 外植体 脱分化 再分化 愈伤组织 细胞离体 一定的营养物质 激素和其他外界条件 必要条件 植物组织培养 外植体 从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官1 外植体灭菌消毒 根尖 茎 芽 嫩叶 种子 花粉等 2 用消毒过的器械将外植体置于培养皿上3 切取所需的外植体4 将外植体接种于培养容器的培养基上整个试验在超净工作台上进行 保持无菌 外植体经过一段时间在培养基上生长后 会形成愈伤组织 几个概念 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团 分化 个体发育中 由一个或一种细胞增殖产生的后代 在形态 结构和生理功能上发生稳定性差异的过程 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 水分和无机盐有机营养成分 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 植物激素 生长素 细胞分裂素适宜的ph值 注意 培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质 其中生长素和细胞分裂素用量的比例对器官的发生起决定作用 试管苗大规模培养 过程 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 植物组织培养条件 离体 含有全部营养成分的培养基 一定的温度 无菌环境 适合的ph 温度 适时光照等 正文中讨论题 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 提示 植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分 有利于培养物的生长 然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长 所以植物组织培养过程中污染现象经常发生 培养基一旦被污染 迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养 而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质 导致培养物迅速死亡 造成培养基污染的因素有很多 一般包括 外植体带菌 培养瓶和各种器械灭菌不彻底 操作人员操作不规范等 所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌 实验人员操作一定要规范 避免带入杂菌 胡萝卜的组织培养 2 在本实验中 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 你能用实验的方法进行验证吗 提示 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 3 请根据上面的实验过程 概括出植物组织培养技术的流程简图 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 potamato 目前 已得到栽培烟草与野生烟草 栽培大豆与野生大豆 籼稻与野生稻 籼稻与粳稻 小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代 获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料 三 植物体细胞杂交 1 定义 用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞 且把杂种细胞培育成新的植物体的方法 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 克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍 植物体细胞杂交 去壁 去壁 纤维素酶果胶酶 原生质体 植物细胞 原生质体融合 离心 振动 电刺激聚乙二醇 再生细胞壁 杂种细胞 去分化 愈伤组织 杂种植株 激素 等量 激素 再分化 植物体细胞杂交过程示意图 细胞膜的流动性 融合体 杂种细胞 去壁的常用方法 原生质体融合方法 植物体细胞杂交过程示意图 制备原生质体 酶解法去掉细胞壁诱导融合新的原生质体生出细胞壁杂种细胞组织培养杂种植株 植物体细胞杂交方法及意义 意义 克服远缘杂交不亲和的障碍 培育新品种 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 提示 1978年 梅尔彻斯 melchers 等人首次获得了马铃薯与番茄的属间体细胞杂种 他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合 所产生的杂交株被称为 马铃薯番茄 像大多数杂种一样 杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征 其中一些植株形成了 类似块茎的生殖根 但是没有产生可结实的花 果实以及真正意义上的块茎 到目前为止 马铃薯 番茄 一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益 但是其研究价值不可忽视 至于马铃薯 番茄没有像人们预想的那样地上长番茄 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 2 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 提示 根据眼虫的特点 动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂交的 具体的实验方案可以设计如下 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 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 c d 在生物体内 细胞没有表现出全能性 而是分化为不同的组织 器官 是因为 a 细胞丧失了全能性 b 基因的表达有选择性 c 不同的细胞内基因不完全相同 b 植物组织培养形成的愈伤组织进行培养 又可以分化形成根 芽等器官 这一过程称为 c 1 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 下列有可能使其表现出全能性 发育成完整的植株的是 a 细胞分裂素b 生长素c 一定的营养物质d 以上三者均是2 细胞工程是一门综合科学技术 下列哪项技术不属于细胞工程 a 有性杂交b 体细胞杂交c 组织培养d 细胞核移植3 在生物体的所有细胞中 全能性最高的是a 卵细胞b 植物花粉c 体细胞d 受精卵 d a d 植物细胞工程的实际应用 一 植物繁殖的新途径 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 2 特点 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 二 正文中讨论题 1 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 提示 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 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 3 神奇的人工种子 1 特点 后代无性状分离 可以保持优良品质的遗传特性 不受气候 季节和地域限制 2 技术 植物组织培养 3 结构 人工薄膜包装胚状体或不定芽或顶芽或腋芽 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 想一想它们具有哪些优点 提示 人工种子的优点 1 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限制 一般每年只繁殖1 2次 有些甚至十几年才繁殖一次 而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性 生产上也不受季节的限制 2 试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的 人工种子则克服了这些缺点 人工种子外层是起保护作用的薄膜 类似天然种子的种皮 因此 可以很方便地贮藏和运输 3 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 提示 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 二 作物新品种的培育 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 2 突变体的利用 1 产生 植物组织培养 2 利用 筛选对人们有利突变体 进而培育新品种 三 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 植物的组织培养 3 例子 利用组织培养技术来大量生产人参皂甙干粉 4 高效抗癌的药物紫杉醇 虽然能造福人类 但却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾 以 我们能否利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇 从而拯救红豆杉 为题 与同学展开讨论 说出植物组织培养技术在节约资源 保护环境方面的重要意义 提示 可以利用植物组织培养技术来大量生产紫杉醇 现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞 希望利用这种方法来大量生产紫杉醇 国内外许多实验室开展了用组织培养法生产紫杉醇的研究 红豆杉属的11种植物现都在进行组织培养 escagenetics公司宣布他们用细胞培养法所得紫杉醇的含量是树皮的2 5倍 国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作 摸索了外植体 光照 培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响 现在工艺条件已基本摸清 正研究反应的放大技