专题2.第1节植物细胞工程的基本技术上课使用课件

,专题2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。,什么叫细胞工程？,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:,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,一、植物细胞工程,植物细胞工程的理论基础是什么？通常采用的技术手段有哪些？,1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养成完整植物体？,植物细胞具有全能性。,2、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。,2.1.1植物细胞工程的基本技术,理论基础：,细胞的全能性,5.细胞表现全能性的条件有哪些？,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。,3、高度分化的细胞为什么具有发育成完整个体的潜能？,4、全能性的比较,（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,内因：离体细胞、组织或器官外因：1）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等2）培养基（一定的营养物质，激素）,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。,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,反馈练习,2、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,3、下列关于细胞全能性的说法不正确的是（）,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，细胞不能表现出全能性，是因为细胞中的基因选择性表达菊花花瓣或叶片的任何一个活细胞都具有全能性哺乳动物成熟的红细胞也有全能性E、用菊花的一个叶肉细胞培养出了菊花叶片体现了叶肉细胞的全能性,E,一、植物组织培养技术,1、植物组织培养的过程,阅读P34的实验，回答问题：,1.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？2、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？3、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？4、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？5、请同学们概括出植物组织培养技术的流程图。,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,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,此操作过程需要注意什么事项？,脱分化,再分化,（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）,无定形状态的薄壁细胞、高度液泡化、排列疏松、无规则，无叶绿体,不进行光合作用,分化程度低去分化较易,一、植物组织培养的过程,理论基础：,细胞的全能性,脱分化.再分化的概念,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，又称去分化。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。,(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P35,(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)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。,模型构建,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,根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培养的概念。,2、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.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,反馈练习,2.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,3、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,D,4、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，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,C,5.下列属于植物组织培养的是：（）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,6、下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是：A培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同,D,7、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,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。,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。,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,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,二、植物体细胞杂交技术,二、植物体细胞杂交技术,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、成果和未解决的问题,(1)成果：克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍，取得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲本组合,出现自然界没有的新品种。,(2)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。,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,(3)白菜-甘蓝的优点：生长期短,耐热性强和易于贮藏,如果将牛的细胞与植物细胞杂交，得到绿色的小奶牛，那岂不是只要晒晒太阳就可以挤出牛奶啦！,动物细胞也能融合吗？,能融合,1.通过植物组织培养：A.获得的植株都不会出现变异B.可以证明高度分化的细胞也具有全能性C.可以克服远源杂交不亲和的障碍D.可以大量繁育无子番茄,2.下列有关植物体细胞杂交的叙述不正确的是：A.用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体B.诱导两种植物细胞的原生质体融合，进而形成杂种细胞C.植物细胞杂交的最终目的是得到细胞的代谢产物D.植物体细胞杂交技术可用电击法诱导细胞融合,B,C,反馈练习,3、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状D、尚未培育出属间杂种植物,C,4、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,B,5、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：,1）步骤是_最常用的方法是_.2）步骤一般常用的化学试剂是_目的是_.3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是_，其中步骤相当于_，步骤相当于_,去掉细胞壁分离出有活力的原生质体,酶解法,聚乙二醇（PEG）,诱导原生质体融合,植物组织培养,脱分化,再分化,5、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：,4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使_能够在新的植物体上有所表现，其根本原因:5）从理论上讲，杂种植株的育性_。若运用传统有性杂交方法能否实现？_。并说明理由：因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于：.,两个亲本的遗传性状,杂种植株获得了双亲的遗传物质,可育,不能,因为不同种生物之间存在生殖隔离,克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围,分组讨论：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？,生物基因虽然是遗传物质的结构与功能的基本单位，具有一定的独立性；但它的表达不是孤立的