X3-2-1--植物细胞工程

1,2,一个梦想?,番茄与马铃薯同属茄科植物，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？,3,细胞工程简介,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。,2.1.1植物细胞工程的基本技术,4,细胞工程,理论基础,细胞的全能性,5,主要技术,植物组织培养,植物体细胞杂交,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,6,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,7,（一）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。,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。,受精卵生殖细胞干细胞体细胞,植物细胞动物细胞,（3）体细胞中，幼嫩的或低分化的细胞全能性比较高。,8,植物细胞在离体时，在一定的营养物质、激素、其他外界条件下，可能表现出全能性，发育成完整的植株。,花粉离体培养单倍体植物胡萝卜形成层细胞新植株,9,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。,10,例题辨析：,1、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,11,2、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,12,3、在一个生物体内，细胞没有表现出全能性，原因是（）细胞失去了全能性细胞中的基因部分丢失细胞中的基因选择性表达细胞中的基因变异不同,C,13,Schwann在1839年明确的指出：“如果具有与有机体内一样的条件时，每个细胞应该可以独立生活和发展”。,背景资料,德国著名植物学家G.Haberlandt在细胞学说的基础上于1902年提出了细胞全能性学说。他认为，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。,14,(二)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：,15,外植体脱分化愈伤组织再分化,用来进行组织培养的离体的植物器官、组织或细胞,已分化的细胞失去其特有的结构和功能，回复到未分化状态，形成愈伤组织的过程,愈伤组织细胞经继续诱导培养，又重新分化出根或芽的过程,在人工培养基上，由外植体形成的一团无序生长的薄壁细胞，细胞排列疏松、无规则，高度液泡化，呈无定形状态。,16,由愈伤组织细胞诱导分化出具有胚芽、胚根、胚轴的胚状结构，进而长成完整植株。这种由愈伤组织中的薄壁细胞不经过有性生殖过程，直接产生类似于胚的结构，叫做胚状体。,胚状体,17,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：C，H，O大量元素及部分微量元素有机营养成分含N物质：包括维生素和氨基酸碳源：2%5%的蔗糖琼脂：起支持作用相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PH值：5.06.0,18,灭菌消毒,非常重要的一个环节,器皿、培养基灭菌-高压灭菌锅（高温高湿）外植体消毒-70%酒精、20%次氯酸钠手消毒-70%酒精无菌操作-超净工作台器械-灼烧灭菌激素-过滤灭菌(防细菌滤膜),19,切取、消毒,20,接种到培养基上,脱分化,21,愈伤组织的形成,恒温、避光,继代增殖,22,诱导试管苗,将愈伤组织转接到分化培养基上,再分化,23,培养室,24,试管苗大规模培养,25,经过炼苗的小苗，可以和一般植物一样进行大规模栽培,移栽,26,27,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、茎尖、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中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,28,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：,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。,29,植物组织培养环境条件：,适宜水分（培养基确定）适宜温度pH（培养基确定）O2(空气)无菌无病毒环境,培养基中含有有机物，有蔗糖作碳源，试管苗长成之前是异养的接种初期，脱分化、形成愈伤组织时，不需要光照,注意,30,1、将植物组织培养形成的愈伤组织继续培养，又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：A、脱分化B、去分化C、再分化D、脱分化或去分化,2、下列不能作为植物组织培养的材料是：A、秋海棠的叶B、马铃薯的块茎C、成熟的花粉D、木质部中的导管细胞,C,D,31,1972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。,32,（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，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。,33,34,去掉细胞壁,原生质体A,原生质体B,原生质体融合,杂种细胞,愈伤组织,杂种植株,35,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,筛选,等量,再分化,植物体细胞杂交过程示意图,细胞膜的流动性,细胞的全能性,36,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,37,制备原生质体：酶解法去掉细胞壁诱导融会新的原生质体生出细胞壁杂种细胞组织培养杂种植株意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种,植物体细胞杂交方法及意义,38,1、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,巩固练习,D,A,D,39,4、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D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化5、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（）A、去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体B、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状C、将杂种细胞培育成植株D、尚未培育出属间杂种植物,B,B,40,6、用植物组织培养技术，可以培育或生产出A、食品添加剂B、无病毒植物C、人工种子D、A、B、C均是7、不能人工诱导原生质体融合的方法是A、振动B、电剌激C、PEG试剂D、重压8、能剌激愈伤组织形成的激素是A、细胞分裂素B、赤霉素C、生长素和赤霉素D、细胞分裂素和乙烯,D,D,A,41,2.1.2植物细胞工程的实际应用,42,想继续得到无籽西瓜，怎么办？,43,传统的无性繁殖往往通过地下球茎中的不定芽培育成苗。,44,45,一、植物繁殖的新途径,微型繁殖,、什么叫微型繁殖？,指快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。又叫快速繁殖技术。,、微型繁殖有哪些方面的应用？,为优良观赏植物、经济林木、无性繁殖作物等提供苗木。如：兰花、生菜、杨树、无籽西瓜等。,46,兰花,47,48,思考P38,繁殖速度快，可大批量生产；保持优良性状（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）。,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？,49,a.拯救濒危植物；b.提供食品制作的原料；c.利用愈伤组织进行转基因操作。,思考与探究1.通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。,50,长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差植物的分生区一般不会感染病毒用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗,作物脱毒,51,马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝、香蕉等。,作物脱毒就是特定部位外植体(茎尖、根尖)的组织培养。,52,53,自然种子有哪些缺点？,有些需要数年才能结子杂种后代会发生性状分离而丧失优良特性常规种子的生产会受到季节、气候、地域的限制需要占用大量的土地来实现制种。,神奇的人工种子,54,人工种子,结构：人工薄膜胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）优点：不受气候、季节、地域的限制保留优良性状便于贮藏和运输技术：组织培养原理：细胞全能性,55,（1）人工种皮（2）胚状体（3）人工胚乳,什么是人工种子？,以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽、腋芽等材料，经过人工薄膜包装得到的种子。该种子在适宜的条件下能够萌发长成幼苗。,人工种子,56,人工种皮：藻酸钠,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,57,制作过程,体细胞胚与藻酸钠混合后，滴入到硝酸钙或CaCl2中，20分钟后，表面聚合，形成人工种子,58,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。,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？P40,59,人工种子具有哪些突出的优点？P40,可以不受环境因素制约，一年四季进行工厂化生产；由于胚状体是经人工无性繁育产生，有利于保存该种系的优良性状；解决有些植物结籽困难、发芽率低、繁殖困难等问题；与试管苗相比，便于贮藏和运输。,60,外殖体诱导植物愈伤组织体细胞胚的诱导体细胞胚的成熟体细胞胚的机械化包裹贮藏或种植,思考与探究P42人工种子制备技术的主要流程,61,二、作物新品种的培育,1、单倍体育种,花药,接种,花粉细胞培养,脱分化,愈伤组织,再分化,分化出胚状体,移栽,单倍体幼苗,纯合体植株,染色体加倍,优点：大大缩短了育种年限。,我国在单倍体育种上有哪些成绩？,62,花粉发育过程中，只有某一时刻对离体刺激最敏感。一般来说，在单核期细胞核移向细胞一侧的时期花药培养成功率最高。,花药培养中容易出现染色体倍性的变化，因此，还需要对培养出来的植株作进一步的鉴定和筛选。,取材时机最重要,染色体倍性鉴定不可少,63,2、突变体的利用,基因突变发生的时期？,有丝分裂的间期；减数第一次分裂的间期（DNA复制时）,培养细胞一起处于分生状态，容易产生突变筛选获得有用的突变体,抗花叶病毒的甘蔗抗盐碱的野生烟草抗除草剂的白三叶草等。,64,细胞产物包括哪些？,三、细胞产物的工厂化生产,蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。,组织培养的目的不是为了获得整株的植物，而是细胞代谢的产物。,65,人参人参皂苷干粉,红豆杉紫杉醇,紫草紫草素,66,67,归纳：植物细胞工程的实际应用,繁殖植物的新途径微型育种作物脱毒人工种子育种新方法单倍体育种诱导突变体细胞产物的工厂化生产共同点：技术：都以组织培养为基础原理：细胞的全能性,68,1.在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生出细胞壁，参与这一过程的细胞器是A叶绿体、高尔基体B线粒体、高尔基体C叶绿体、线粒体D线粒体、内质网,B,2.用物理法诱导原生质体融合的技术，不包括（A）电刺激（B）射线照射（C）离心（D）振动,B,练习,69,3.下列植物细胞的全能性在提供了适宜条件的情况下，最易表达的是（）A.柱头上的花粉B.胚珠中的珠被细胞C.根尖分生区细胞D.枝条上的一个芽,A,4.下列使原生质体发生融合的是（）A.硫酸乙二脂B.激光C.振动D.紫外线,C,70,5.植物体细胞杂交的最终结果是（）A.产生杂种植株B.产生杂种细胞C.原生质体融合D.形成愈伤组织,A,6.植物体细胞杂交的目的中，错误的是（）A.把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上B.克服远源杂交不亲和的障碍C.获得杂种植株D.实现原生质体的融合,D,71,A,7.植物体细胞融合完成的标志（）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,8.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,72,9.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.将成熟筛管细胞核移植到去核的卵细胞内,C,10.把胡萝卜的单个韧皮部的细胞放入配置的培养基上培养，获得了许多完整的植株。这种繁殖方式和细胞工程技术分别属于A孢子生殖和细胞拆合技术B无性生殖和组织培养C配子生殖和细胞融合技术D有性生殖和细胞培养,B,73,11.上图是植物体细胞杂交示意图，请据此回答：(1)图中完成植物体细胞融合的过程是(填编号)_，在此过程中，应用酶工程产品的是_过程。(2)图中过程是_，过程是_，过程合称。(3)图中过程用到的酶是，作用的结果是形成_。之所以要用它