植物细胞工程的基本技术课件

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,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。,什么叫细胞工程,细胞工程,植物细胞工程的基本技术和理论基础,植物细胞工程的理论基础是：植物细胞的全能性,植物细胞工程常用的技术是,植物体细胞杂交（原理：细胞膜的流动性、细胞的全能性）,植物组织培养（原理：细胞全能性）,2.1植物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术,植物组织培养,利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花,植物组织培养的概念,植物组织培养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，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。,1.植物组织培养属于哪种生殖方式？2.植物组织培养得到的植物体细胞中染色体数目？3.植物组织培养得到的植物，遗传物质来自几个亲本？4.为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体？5.什么是细胞的全能性？,想一想：,无性繁殖,和亲本染色体数目相同,一,植物细胞具有全能性。,1、概念：细胞的全能性是指生物体的细胞具有形成完整个体的潜能的特性。,细胞的全能性,在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官，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。,3、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？,2、原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全部遗传物质（全部遗传信息）,具有发育成完整个体所必需的全部基因。,5.高度分化的植物细胞表现全能性条件：,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，在一定的营养物质、激素和其他外界条件（温度、光照、无菌）的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。,4、大小：,（1）受精卵的全能性最高,（2）,植物细胞动物细胞,（3）,（4）分裂能力强的细胞分裂能力弱的细胞,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：,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,回忆、思考,1.植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？2.植物组织培养技术的理论基础是什么？,离体的器官、组织或细胞脱分化成愈伤组织再分化为根和芽完整植株,植物细胞具有全能性,3.什么叫做细胞全能性？动物细胞具有全能性吗？,具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,都具有发育成完整生物体的潜能,即每个细胞都具有全能性。,4.生物体所有细胞全能性都一致吗？,受精卵生殖细胞体细胞;植物细胞动物细胞,1、植物组织培养的过程,1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？3.为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？4.为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5.请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。,实验：胡萝卜的组织培养,1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？3.为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？,细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件,避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。,胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。,4.为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5.请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。,在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。,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,外植体,愈伤组织,新植株,外植体：用于离体培养的植物器官、组织或细胞。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、具有分生能力、无定形状态的薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。,试管苗大规模培养,移栽,经过炼苗的小苗，可以和一般植物一样进行大规模栽培,一、植物组织培养,3、植物组织培养的基本过程外植体愈伤组织胚状体已分化出根、芽,分化程度降低，分裂能力增强,重新分化出组织器官的过程（细胞分裂素、生长素）,细胞分化程度与细胞分裂能力呈负相关,植物组织培养的概念：,在无菌和人工控制的条件下将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予一定的培养条件，诱导产生愈伤组织和胚状体，最终形成完整的植株。,离体的植物组织、器官、细胞,脱分化,适宜的养料、激素、（温度、避光、无菌）,愈伤组织,再分化,适宜的养料、激素、（温度、光照、无菌）,胚状体或丛芽,植物体,植物组织培养的大致过程：,细胞分裂素=生长素：,促进愈伤组织形成和生长,细胞分裂素生长素：,诱导芽的形成,细胞分裂素生长素的：,诱导根的形成,关键因素：植物激素的比例（细胞分裂素、生长素）,脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而产生愈伤组织的过程。（避光）再分化：脱分化产生的愈伤组织重新分化成根或芽等器官，进而发育成一棵完整的植株的过程。（需光）,植物组织培养技术的流程简图,反馈练习,1.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,2.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,3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（）A.具有完整细胞核的细胞B.离体状态C.导入外源基因D.一定的营养物质和激素,C,若用“”表示植物组织培养的过程。请回答：（1）表示，能被培养成为的根本原因是（2）表示，其细胞特点是薄壁细胞。,离体的植物组织器官、组织或细胞,植物细胞具有全能性,具有分生能力的,愈伤组织,作业,要想获得遗传物质来自两个亲本的番茄马铃薯（番茄、马铃薯之间存在生殖隔离，有性杂交不能成功），需要用什么技术手段？,植物体细胞杂交应用研究,1、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。,2、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限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。,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。,植物体细胞杂交,植物体细胞杂交过程,杂合的原生质体,杂种细胞,愈伤组织,杂种植株,杂交成功的标志,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壁方法呢？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？4如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？5如何将杂种细胞培育成杂种植株？,请思考：,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,植物体细胞杂交技术过程,思考题,细胞壁如何去除？原生质层如何融合？融合的基础是什么？杂交完成的标志是什么？最后通过什么手段得到新个体？,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,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,植物体细胞杂交过程,原生质体制备（酶解法去细胞壁）原生质体融合（人工诱导）杂种细胞的筛选和培养（形成愈伤组织）杂种植株的再生与鉴定,物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇等试剂,酶解法：纤维素酶和果胶酶,问题,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。,问题,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。,异想天开,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,白菜甘蓝原生质体(AABB),秋水仙素处理幼苗,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,(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的