绪论+植物细胞工程的概念和发展过程.ppt

植物细胞工程PlantCellEngineering,主讲人：吴晓霞扬州大学生物科学与技术学院生科系2010.9,本课程的学习内容及成绩评定,课程内容安排(课程总时数32=16+16):理论部分共十三章，分为植物细胞工程研究历史、消毒灭菌技术、培养基的配制方法、植物体细胞胚胎发生、植物细胞培养、原生质体培养、体细胞杂交、单倍体育种、植物遗传转化等。实验部分主要是植物组织与细胞培养的基础实验。,成绩评定,70%,30%,参考书目录,谢从华等，植物细胞工程。高等教育出版社，2004杨淑慎，细胞工程。科学出版社，2009朱至清，植物细胞工程，化学工业出版社，2002周维燕，植物细胞工程原理与技术，中国农业大学出版社，2001。,绪论植物细胞工程的概念及发展历史,本节教学重点,了解生物技术及细胞工程的含义能理解植物细胞全能性的含义掌握植物细胞全能性、细胞分化、脱分化、再分化、愈伤组织等关键概念通过对植物细胞工程发展简史的学习，了解植物细胞工程的主要研究内容、研究方法及对社会、经济发展的意义,各位同学能否用已学过的知识试述一下，什么是“生物技术”？,Biotechnology,传统的生物技术产品,一、生物技术Biotechnology,1986年，原国家科委制订中国生物技术政策纲要:以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需新产品或达到某种目的。,基因工程、酶工程、细胞工程、发酵工程,动物、植物、微生物品系,粮食、医药、食品、能源、化工原料等,疾病预防、诊断与治疗，环境污染物监测、治理与修复,二、细胞工程Cellengineering,细胞工程：以应用细胞生物学和分子生物学方法，借助工程学的实验方法或技术，在细胞水平上研究改造生物遗传特性和生物学特性，以获得特定的细胞、细胞产品或新生物体的有关理论和技术方法的科学。,三、植物细胞工程,植物细胞工程：以植物组织细胞为基本单位，在离体条件下进行培养、繁殖或人为的精细操作，使细胞的某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而改良品种或创造新品种，或加速繁殖植物个体，或获得有用物质的过程。,四、植物细胞工程的理论基础,植物细胞的全能性,内容:一个生活细胞所具有的产生完整生物个体的潜在能力1902年,德国著名植物学家Haberlandt在细胞学说的基础上于提出的植物细胞的全能性假说。高等植物的组织、器官可以不断分割，直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力，那么，可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个新个体。细胞全能性是植物组织培养的理论基础,1、细胞全能性Totipotentiality,植物细胞全能性一个植物细胞所具有的产生完整植物个体的潜在能力。,2、细胞的全能性的实现,Plant,TissueRemoved,Plantlet,Medium,细胞分化（differentiation）：导致细胞形成不同结构、引起功能改变或潜在发育方式改变的过程。,细胞分裂细胞生长细胞分化,1）“生理脱离”效应,植物细胞或组织从完整的有机体上分离下来，脱离母体（离体）的影响，在适宜的条件下（培养），有利于激发植物细胞全能性的表达。,2）培养条件下的细胞脱分化,脱分化（dedifferentiation):培养条件下使已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程。,Tissue;organ,dedifferentiation,？,愈伤组织（callus),愈伤组织由外植体组织增生的细胞产生的一团不定型的疏散排列的薄壁细胞。,愈伤组织原是指生物在受伤以后于伤口表面形成的一团薄壁细胞。,细胞再分化（redifferentiation):离体条件下，脱分化后具有分生能力的细胞，再经过细胞分化，重新形成各类组织和器官、形成0为新个体的过程。,2）培养条件下的细胞再分化,组织,分裂,生长分化,分生组织细胞,分裂,已分化组织细胞,脱分化,分裂生长,再分化,器官,植株,愈伤组织,离体条件下,活体条件下,离体培养条件下，细胞全能性的表达是通过细胞脱分化和再分化实现的。,五、植物细胞工程的研究历史,（一）探索阶段（1902-1929）Haberlandt：提出了植物细胞全能性的假说；首次进行了植物细胞的离体培养实验；,(Haberlandt,1902)Thefatherofplanttissueculture,Haberlandt对高等植物的叶肉细胞、髓细胞、腺毛细胞、气孔保卫细胞、表皮细胞等材料进行了离体无菌培养，虽然某些细胞存活了很长时间，但始终没能发生细胞分裂和增殖，大家推测一下他失败的可能原因是什么？,植物细胞全能性的差异根据细胞所处的组织不同从强到弱为：顶端分生组织居间分生组织侧生分生组织薄壁组织(基本组织)厚角组织输导组织厚壁组织。,1904年：Hanning培养萝卜和辣根菜的胚，得到幼苗。,1922年：Kotte和Robbins根培养,1925年：Laibach亚麻种间杂交幼胚培养得到杂种,其它研究,1922年：Knudson采用胚培养法获得兰花幼苗，克服其种子发芽困难的问题。,（White）,五、植物细胞工程的研究历史,（二）培养技术与理论的建立与发展阶段（1930-1959）White:美国植物生理学家1934年，建立了第一个活跃生长的无性繁殖系建立了第一个人工合成培养基1937年，研配了综合培养基（White培养基）发现了B族维生素和生长素对离体培养的促进作用。,同期(1934-1938)，法国学者Gautheret和Nobecourt在山毛柳、黑杨等植物的培养中成功地获得了的愈伤组织，在培养基生存可以达到18个月，并且可以进行多次继代,同时也发现了B族维生素和生长素对形成层组织生长的显著促进作用.,(Gautheret),1939年：Gautherete培养胡萝卜根外植体成功,1939年：White培养烟草种间杂种幼茎切段原形成层成功,1939年：Nobecourt培养胡萝卜根块茎薄壁组织成功,20世纪40-50年代：1944-1948年，Skoog、崔澂等发现嘌呤类物质能诱导芽的形成。1952年，Morel和Martin成功培养兰花和大丽菊脱毒苗。1954年，Muir单细胞培养获得成功。1957-58年，Miller和Skoog发现激动素；提出有关植物激素控制器官形成理论。1959,ReinertStewardShantz分别报道,在胡萝卜愈组组织培养中形成了体细胞胚.,培养条件和培养基成分的广泛研究,MS培养基(MSMedia),1962MurashigeandSkoog发表了MS培养基配方,包括了无机化合物类、维生素类、氨基酸类、有机碳源、（激素）及培养材料的支持物等部分。提供了离体植物材料正常生长发育所需的营养物质。,Murashige,五、植物细胞工程的研究历史,（三）快速发展和实践应用阶段(1960年以后)1、原生质体培养取得重大突破1960年：Cocking酶解法分离原生质体获得成功。为植物体细胞杂交奠定了基础。1971年，Takebe等人在烟草上首次由原生质体培养获得植株。到20世纪90年代，全世界约有180种植物原生质体培养获得再生植株。,五、植物细胞工程的研究历史,（三）快速发展和实践应用阶段(1960年以后)1、原生质体培养取得重大突破1972年：Carlson利用甘露醇和硝酸盐诱诱获得两种不同烟草的原生质融合体。1978年，Melchers进行了马铃薯和番茄的融合实验，获得了第一个体细胞杂种植株。到目前为止，已诱导了不同种间、属间甚至科间的细胞融合，获得了一些具有优良性状或抗性的种间或属间杂种。体细胞杂交技术已作为重要的育种途径在多种作用中应用。,五、植物细胞工程的研究历史,2、花药培养技术1964年：Guha和Maheshwari（印）离体培养毛叶曼陀罗的花药，获得了世界上第一株花粉单倍体植株。花粉植株的研究主要集中于烟草、水稻和小麦的育种研究上，对其它植物也有研究；目前世界上已有300多种植物成功地获得花粉植物。,五、植物细胞工程的研究历史,3、植物脱毒和快繁技术1960年：Morel用兰花茎尖离体培养，既脱除了兰花的病毒，又建立了兰花的快速繁殖体系。这种技术被迅速运用到兰花工厂化生产，实现了试管苗产业化，取得了巨大的经济与社会效益。目前，已广泛应用于观赏植物和经济植物的脱毒繁育和工厂化生产，走向了组培苗市场的国际化。,五、植物细胞工程的研究历史,4、次生代谢产物的生产1967年：Kaul和Staba采用发酵罐从对小阿米的细胞培养中首次获得了药用物质呋喃色酮。1983年：日本三进石油公司首次利用培养的紫草生产出紫草宁。目前，世界上已对近千种植物进行了细胞培养研究，实现了如紫草宁、人参皂苷、黄连素、紫杉醇等药物的工厂化生产。,六、植物细胞工程的应用,1、在植物育种上的应用2、种苗脱毒与快速繁殖3、细胞培养生产次生代谢产物4、在细胞生物学和发育生物学研究中的应用5、在植物遗传、生理生化及植物病理等基础研究中的应用,快速获得特殊倍性材料;克服远缘杂交不亲和;克服杂种胚早期夭折;导入外源基因;突变体的筛选;种质资源保存,七、植物细胞工程的研究内容,细胞工程新产品,思考题,1、简述植物细胞工程的概念、研究范畴。2、如何理解“植物细胞全能性”的概念？3、概念辨析：细胞