植物细胞工程选修PPT课件

-,1,1996年7月5日,世界上第一只体细胞克隆动物-克隆羊多利诞生于英国。,这样的生物技术属于何种生物工程？,细胞工程,-,2,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。根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。,什么叫细胞工程？包括哪两大领域？,细胞生物学和分子生物学,细胞水平或细胞器水平,按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品,-,3,前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术,后者是分子水平上的生物技术。,克隆多莉羊技术是水平上的技术，培育抗虫棉是水平上的技术。,细胞工程与基因工程相比：,细胞,分子,思考:,-,4,2.1植物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术,-,5,利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花,-,6,1.细胞分化的概念,在个体发育中，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。,一、细胞分化,复习：,-,7,2.细胞分化的特点,（2）稳定性和不可逆性：一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡。,（3）持久性：贯穿于生物体整个生命进程中，在胚胎时期达到最大限度。,（1）普遍性：是生物界普遍存在的生命现象，是生物个体发育的基础。,-,8,1.细胞分化过程中遗传物质是否也发生了改变?,思考：,2.但这些细胞在形态、结构和功能上发生了很大差异,这是怎么回事呢？,-,9,3.细胞分化的原因,基因的选择性表达,合成不同的蛋白质,形态结构和功能差异,4.细胞分化的结果,产生不同的组织和器官,-,10,5.细胞分化的意义,可以产生各种不同形态、结构和生理功能的细胞，没有细胞分化，生物体就不可能正常发育。,使多细胞生物体中的细胞趋于专门化,有利于提高各种生理功能的效率。,-,11,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？,-,12,1、定义：,生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整个体的潜能的特性。,2、原理：,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。,一、细胞的全能性,-,13,3、差异：,（1）受精卵的全能性最高,（3）受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞低,一、细胞的全能性,（2）生殖细胞的全能性较高,-,14,5）具有持续分裂能力的细胞不分裂的细胞,4、大小：,受精卵,生殖细胞,体细胞,2）,植物细胞动物细胞,3）,1）受精卵的全能性最高,4）分化程度低的细胞分化程度高的细胞,-,15,1、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,趁热打铁：,-,16,2.下列植物细胞全能性最高的是（）A.形成层细胞B.韧皮部细胞C.木质部细胞D.叶肉细胞3下列细胞全能性最高的是（）A植物的卵细胞B植物的精子细胞C被子植物的受精卵D被子植物的的叶肉细胞,A,C,-,17,4.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、细胞的基因丧失了全能性B、基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果C、不同的细胞内基因不完全相同D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化,B,-,18,探究：,怎样把植物的一个花瓣培育成完整的植株？,花瓣,愈伤组织,幼根和芽,完整的小植株,脱分化,再分化,脱分化,就是让已经分化的细胞，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。,脱分化的实质和结果分别是什么？,实质是恢复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。,？,？,？,-,19,愈伤组织,原指植物体受伤时产生于伤口周围的组织。现多指切取植物体的一部分，置于含有生长素和细胞分裂素的培养液中培养，诱导产生的无定形的组织团块。,愈伤组织的特点,排列疏松、高度液泡化的无定形状态薄壁细胞团,菠萝的愈伤组织,非常学案20页,脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化成根或芽等器官的过程。,再分化：,-,20,知识拓展,当细胞分裂素和生长素共同使用时，能刺激愈伤组织的形成，而通过调节二者的浓度比，就可以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成，称为“激素杠杆”。具体内容详见P42拓展视野,生长素,细胞分裂素,根,愈伤组织,芽,-,21,探究：,1.表现全能性的条件有哪些？,离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。,2、生物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？,在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果。,3、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？,生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。,-,22,要把一块组织通过培养得到一株完整植株,应该如何操作呢?,-,23,-,24,切取,-,25,接种,-,26,培养室,-,27,-,28,愈伤组织的形成,-,29,-,30,试管苗,-,31,移栽,-,32,切取形成层,无菌接种,诱导愈伤组织的形成,试管苗的形成,培养室,移栽,脱分化,再分化,-,33,再分化,(愈伤组织),植物组织培养,6,脱分化,-,34,1.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？,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。,探究：,-,35,2.在培育过程中，什么时候需要避光处理？什么时候需要光照？,诱导形成愈伤组织时需要避光，在光照条件下，不易形成愈伤组织。再分化时需要光照。,3.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？,也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。,-,36,4.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。,-,37,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,2、过程,植物组织培养条件：,含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。,遮光,光照,细胞分化程度与细胞分裂能力呈负相关。,-,38,植物组织培养的培养基,无机营养成分：无机盐离子有机营养成分：含N物质：包括维生素和氨基酸碳源：2%5%的蔗糖溶液，调节渗透压琼脂：起支持作用激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PH值：5.06.0,-,39,植物组织培养技术的概念,就是在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配置的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导产生愈伤组织、从芽，最终形成完整的植株。,植物组织培养技术的原理：,植物组织培养技术的过程：,植物细胞的全能性,离体的植物组织、器官、细胞,胚状体,小植株,愈伤组织,脱分化,再分化,丛芽、根,试管苗,-,40,1、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？,在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。,能力提高,2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？,植物激素,-,41,强调几个概念：,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，由无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。,-,42,植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。,脱分化的实质和结果分别是什么？,实质是恢复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。,植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化成根或芽等器官的过程。,-,43,-,44,能力训练：,1、下列不能作为植物组织培养的材料是：,D,-,45,例3.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的()A.消毒灭菌B.适宜的温度C.充足的光照D.适宜的养料和激素,C,-,46,番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属植物。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？,-,47,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。,三、植物体细胞杂交技术,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？,-,48,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,1、过程,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,人工诱导,方法？,促进融合的方法？,融合完成的标志,植物细胞B,三、植物体细胞杂交技术,细胞融合的基础：,细胞膜的流动性,-,49,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,筛选,等量,激素,再分化,植物体细胞杂交过程示意图,-,50,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,细胞融合的基础：,细胞膜的流动性,-,51,利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合,-,52,2、概念,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。,3、优势和未解决的问题,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。（克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍）,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。,-,53,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,1、过程,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,人工诱导,植物细胞B,-,54,1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？植物细胞外面有一层细胞壁，这层细胞壁阻碍着细胞间的杂交。2有没有一种温和的去壁方法呢？纤维素酶和果胶酶去除细胞壁（酶解法）3、植物细胞去掉细胞壁后叫什么？原生质体4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？(细胞融合的基础),请思考：,细胞膜具有一定的流动性,-,55,7如何将杂种细胞培育成杂种植株？,5、人工诱导原生质体融合的方法有哪些？,物理法,化学法,离心、振动、电激等,聚已二醇（PEG）作为诱导剂来诱导细胞融合,植物组织培育技术,6原生质体融合的标志是什么？,产生新的细胞壁,8植物体细胞杂交技术完成的标志是什么？,获得杂种植株,9、植物体细胞杂交的原理是什么？,细胞膜的流动性、植物细胞的全能性,-,56,2、植物体细胞杂交技术的概念,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。,3、意义,4、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性状。,克服远缘杂交不亲和的障碍,-,57,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,-,58,1.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？,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。,课本38页思考与讨论,-,59,2.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。,-,60,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不亲和的障碍,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,-,61,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：,-,62,1、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,-,63,2、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,-,64,3.植物细胞表现出全能性的必要条件是A.给予适宜的营养和外界条件B.导入其他植物细胞的基因C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内,-,65,4、植物体细胞融合完成的标志是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5、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指A不同植物的精子和卵细胞的融合B不同植物的原生质体的融合C完整的两个体细胞的融合D植物花粉细胞的两两融合,A,B,-,66,2.1植物细胞工程,2.1.2植物细胞工程的实际应用,-,67,繁殖植物的新途径微型繁殖作物脱毒神奇的人工种子育种新方法单倍体育种突变体的应用细胞产物的工厂化生产,植物细胞工程的实际应用,-,68,植物细胞的全能性,一、繁殖植物的新途径,1、微型繁殖,繁殖速度快；高保真（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）,概念：,原理：,优点：,应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技术）,-,69,试管苗大规模培养,-,70,2、作物脱毒,病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极少，甚至没有采用茎尖进行组织培养,