2.1.1植物细胞工程的基本技术----郑课件

,专题2细胞工程,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,标志着一种新的生物技术-动物体细胞克隆技术面世,也揭开细胞工程更深层次发展的序幕!,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。,概念,分类,植物细胞工程、动物细胞工程,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:,科技探索之路,能否培育成完整的植株呢？,1902年，哈伯兰特提出了的理论。1937年，怀特用烟草茎段形成层作材料，在试管中培养出了烟草植株。1958年，斯图尔德利用胡萝卜的组织培养再次证明了1965年，沃索在一定培养基上由烟草的单细胞得到再生植株。1970年，斯图尔德用悬浮的单个细胞也培养出了可育的新植株，进一步证明了。20世纪70年代以植物细胞克隆为代表的细胞工程诞生。,细胞全能性,植物细胞的全能性,细胞的全能性,科技探索之路,1970年，哈里森用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，证明了动物组织体外培养的可行性，并首创了20世纪60年代初，童第周开展鱼类的工作，他还通过把黑斑蛙红细胞的核转移到同种生物的去核卵中，得到发育正常的蝌蚪。1975年，米尔斯和科勒用产生抗体的单个细胞与肿瘤细胞杂交，创立了。1996年7月，世界第一只克隆羊多莉在英国诞生2001年11月3日，我国首例体细胞在山东莱阳农学院动物胚胎工程中心试验场降生。,动物体外组织培养法,细胞核移植,单克隆抗体技术,科技探索之路,克隆牛康康,2.1植物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术,离体的组织或器官或细胞,已分化的细胞，经诱导失去特有结构和功能而转变成未分化细胞的过程。,一、细胞全能性,1、什么是细胞的全能性？,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，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。,2、已分化的细胞为什么具有发育成完整个体的潜能？,生物体的每一个细胞都含有本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。,4.细胞表现全能性的条件有哪些？,离体、提供营养物质、植物激素及其它适宜条件。,5、大小：,（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,在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果，从而构成生物体的不同组织和器官。-细胞分化,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？,例l、有关全能性的叙述，不正确的是()A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B生物体内细胞由于分化，全能性不能表达C卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高xxkD植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性xxk,C,例2、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基因的表达有选择性B不同的细胞内基因不完全相同C细胞丧失了全能性D在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化,A,实验胡萝卜的组织培养技术,原理：植物根、茎、叶一般都具有全能性，在一定的营养和激素等条件下，可以形成,将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其生成胚状体或丛芽，进而发育成完整的小植株。证明：分化的植物细胞，人具有形成完整植株所需要的。,愈伤组织,再分化,全部基因,脱分化,材料消毒,愈伤组织,试管苗,完整植株,诱导培养基,分化培养基,植物组织培养流程图,移栽到大田,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？,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。,讨论,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？,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、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。,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。,植物材料（消毒）,愈伤组织,再分化,诱导,试管苗,移栽到大田,培养成正常植株,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。,二、植物组织培养,1、概念,脱分化,再分化,2、植物组织培养的过程,（离体的,已分化组织或细胞）,（未分化）,（分化）,幼芽或幼根？,条件？,优点？,特点？,繁殖速度快不受季节限制工厂化生产幼苗无毒保持优良性状,适宜温度、光照、pH和无菌环境。无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素等）,无定形状态排列疏松、高度液泡化的薄壁细胞无规则无叶绿体,不进行光合作用,分化程度低去分化较易,理论基础：,细胞的全能性,条件？,避光，植物激素,思考：,1、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？,植物激素,强调几个概念：,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.,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根或芽等器官的过程。过程实质：有丝分裂和细胞分化是无性生殖遗传物质未改变,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.未受精的卵发育成雄蜂,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,4、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，,脱分化,再分化,离体的植物器官、组织或细胞,植物细胞具有全能性,愈伤组织,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？,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原生质层如何融合？融合的基础是什么？4、杂交完成的标志是什么？5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？6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,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,细胞膜具有一定的流动性,细胞全能性,筛选,细胞器,植物体细胞杂交过程示意图,标志,去壁,利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合,注意：1）、在诱导剂作用下，进行诱导融合，先进行膜的融合，再进行核的融合，最后形成杂种细胞，可能性有三种（AA;BB;AB，只有AB才是所需要的杂种细胞，所以要进行筛选）2）、杂交细胞的染色体、基因组或染色体组是两者之和3）、该过程，遗传物质不遵循孟德尔遗传定律。,2、该技术目的：,3、原理：,细胞膜的流动性和细胞全能性,培育成杂种植株杂种植株特点：具备两种植物的遗传特征原因是含有两种植物的遗传物质。,4、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。,5、意义,在克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍上，取得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲本组合。,6.未能解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状（番茄-马铃薯）,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。,P38思考与探究,甘蓝,白菜,白菜甘蓝,P37,思考：还有没有更简洁的方法？,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,克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍,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,例5、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细胞核发生融合例6、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,3.(2013南京模拟)如图所示为科学家利用番茄叶细胞和马铃薯叶细胞杂交培育“番茄-马铃薯”植株的过程,请回答下列问题。,(1)过程使用了酶,以使植物原生质体相互分离,此处使用的溶液浓度较大,以保证植物细胞会发生,以保护原生质体不被破坏;在动物细胞培养技术中,使细胞分离开来的酶是。(2)过程在化学药剂的作用下会发生细胞融合;动物细胞融合的方法与植物细胞不相同的是。,(3)过程属于脱分化,过程属于再分化,细胞发生分化的根本原因是。(4)过程的细胞工程技术是,其培养时选用的材料通常是分生组织,原因是。(5)植物体细胞杂交的研究在方面,取得了巨大突破。,【解析】(1)过程使用含有纤维素酶和果胶酶的高浓度溶液处理植物细胞,使植物细胞发生质壁分离,从而保护原生质体不被破坏,同时酶解细胞壁,分离得到原生质体。在动物细胞培养技术中,使细胞分离开来的酶是胰蛋白酶。(2)过程是诱导原生质体融合,常用的化学促融剂是聚乙二醇,而用灭活的病毒促进细胞融合是动物细胞融合特有的方式。(3)过程为脱分化,过程为再分化,愈伤组织由于基因选择性表达形成具有根、茎、叶的植物体。,(4)过程为植物组织培养过程。植物组织培养时,由于分生组织细胞分裂旺盛、全能性高,因此常作为组织培养的材料。(5)植物体细胞杂交可以克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍,实现不同物种间的基因交流。答案:(1)纤维素酶和果胶质壁分离胰蛋白酶(2)聚乙二醇可以使用灭活的病毒(3)基因的选择性表达(4)植物组织培养全能性高,易培养形成愈伤组织(5)克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍,4.(2013杭州模拟)白色链霉菌是一种放线菌,产生的链霉素可抑制细菌细胞内的转录过程,其细胞壁的主要成分是肽聚糖。高产营养缺陷型白色链霉菌(A种)不能在缺乏赖氨酸的培养基中正常生长,但能耐受高渗透压的环境;低产白色链霉菌(B种)可以在缺乏赖氨酸的培养基中正常生长繁殖,但不能耐受高渗透压的环境。有人将A、B两种白色链霉菌进行细胞杂交,获得了链霉素产量比野生菌株大56倍的新型菌种。请回答下列问题:,(1)利用白色链霉菌进行细胞融合时,首先应使用去除菌体的细胞壁,获取原生质体。(2)实验室中,可以采用(至少写出具体的两种)等多种方法诱导甲、乙两种白色链霉菌的原生质体融合。(3)若原生质体均为两两融合,可将融合杂交后的细胞置于培养基中培养,就可筛选出符合人们要求的细胞,该细胞为(用字母表示)。若A细胞中含有的DNA为M,B细胞中含有的DNA为N,则杂交细胞中DNA数值为。,(4)在选育出合适的菌种之后,要将其接种到发酵罐内发酵。在发酵过程中,应及时检测菌数与产物浓度,同时要不断通入无菌空气。该过程中需要不断搅拌的原因,除了可提高溶氧外,还具有等作用。,【解析】(1)利用白色链霉菌进行细胞融合时,首先应去除菌体的细胞壁,获取原生质体,由于细菌的细胞壁成分是肽聚糖,所以可以使用溶菌酶(或酶解法)去掉细胞壁。(2)实验室中,可以采用聚乙二醇、电激(或离心、振动)等多种方法诱导甲、乙两种白色链霉菌的原生质体融合。(3)为了获得链霉素产量比野生菌株大56倍的新型菌种,可将融合杂交后的细胞置于缺乏赖氨酸的高渗培养基中培养,就可筛选出符合人们要求的细胞,该细胞为A-B(用字母表示)。若A细