【课件】人教版选修3课件4-2-1-12.1 植物细胞工程

1、2.1 植物细胞工程 专题专题II 细胞工程细胞工程 细胞工程细胞工程 细胞生物学细胞生物学和和分子生物学分子生物学 细胞细胞水平或水平或细胞器细胞器水平水平 按照人的意愿来改变细胞内按照人的意愿来改变细胞内遗传物质遗传物质或或 获得获得细胞产品细胞产品 细细 胞胞 工工 程程 原理方法原理方法 研究水平研究水平 研究目的研究目的 分类分类 植物细胞工程植物细胞工程 动物细胞工程动物细胞工程 与基因工程区别：基因工程是分子水平。与基因工程区别：基因工程是分子水平。 如何把某种植物的一块组织通过如何把某种植物的一块组织通过 培养得到一株完整植株培养得到一株完整植株? ? 2.1 植物细胞工程 专

2、题专题II 细胞工程细胞工程 植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌无菌和和人工人工 控制控制条件下，将离体的条件下，将离体的植物器官、植物器官、 组织、细胞组织、细胞，培养在人工配制的培，培养在人工配制的培 养基上，给予适宜的培养条件，诱养基上，给予适宜的培养条件，诱 导其产生导其产生愈伤组织、丛芽愈伤组织、丛芽，最终形，最终形 成完整的植株。成完整的植株。 1 1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养成、为什么已分化的植物组织或细胞能培养成 完整植物体？完整植物体？ 植物细胞具有全能性。 植物细胞具有全能性。 2、什么是细胞的全能性？、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

3、个细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就是说，每个生物细胞都具有全能性的特 点点 。 在特定的时间和空间条件下，基因选择性在特定的时间和空间条件下，基因选择性 的表达的结果。的表达的结果。 生物的每一个细胞都有本物种的全套遗传生物的每一个细胞都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。物质，都有发育成完整个体的全套基因。 4 4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，、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？而是分化成不同的组织器官？ 3 3

4、、已分化的细胞为什么具有发育成完整个、已分化的细胞为什么具有发育成完整个 体的潜能？体的潜能？ 6.6.细胞表现全能性的条件有哪些？细胞表现全能性的条件有哪些？ 离体、营养物质、激素及其它适宜条件。离体、营养物质、激素及其它适宜条件。 5 5、大小：、大小： 受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞2） 植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 3） 1） 受精卵的全能性最高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）分化程度低的细胞分化程度高的细胞 P35P35(1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调在组织培养实验中，为什么要强调 所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？所用器械的灭菌

5、和实验人员的无菌操作？ 防止杂菌污染，防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会因为杂菌生长快，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。生有害的物质，导致培养物迅速死亡。 (2)(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取在本实验中，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、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，你能用实验的方法花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法 进

6、行验证吗？进行验证吗？ 胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花） 也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤 组织比较困难。组织比较困难。 (3)(3)请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的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。流程简图。 几个概念几个概念： （1）愈伤组织：）愈伤组织： 离体的植物器官、组织或细胞，离体的植物器官、组织或细胞， 在培养一段时间以后，通过细胞在培养一段时间以后，通过细胞 分裂，形成一种高度液泡化、无分裂，形成一种高度液泡化、无 定形状态定形状态薄壁细胞薄壁细胞组成的排列疏组成的排列

7、疏 松无规则的组织。松无规则的组织。 （2）植物细胞的脱分化：）植物细胞的脱分化： 是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构 和功能而转变成未分化的细胞的过程。和功能而转变成未分化的细胞的过程。 （3）脱分化的实质和结果分别是什么？）脱分化的实质和结果分别是什么？ 实质实质:恢复细胞的全能性过程恢复细胞的全能性过程 结果结果:形成愈伤组织形成愈伤组织 （4）植物细胞的再分化：）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。器官的过程。 植物组织培养的培养基

8、植物组织培养的培养基 无机营养成分：无机营养成分：C C，H H，O O大量元素及部分微量大量元素及部分微量 元素元素 有机营养成分有机营养成分 含含N N物质：包括维生素和氨基酸物质：包括维生素和氨基酸 碳源：碳源：2%2%5%5%的蔗糖的蔗糖 琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PHPH值：值：5.05.06.06.0 无定形状态无定形状态 薄壁细胞薄壁细胞 高度液泡化高度液泡化 排列疏松、无规则排列疏松、无规则 无叶绿体无叶绿体,不进行光不进行光 合作用合作用 外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 根、芽根、芽 植物体植物

9、体 脱分化脱分化 再分化再分化 （离体的（离体的,已已 分化组织或分化组织或 细胞）细胞） （未分化）（未分化） （分化）（分化） 幼芽或幼根幼芽或幼根（why） 条件条件？ 优点优点？ 特点？特点？ 繁殖速度快繁殖速度快 不受季节限制不受季节限制 工厂化生产工厂化生产 幼苗无毒幼苗无毒 保持优良性状保持优良性状 适宜温度、光照、适宜温度、光照、 pH和无菌环境。和无菌环境。 无机物、有机物无机物、有机物 和植物激素（和植物激素（生长生长 素，细胞分裂素等素，细胞分裂素等） 分化程度低分化程度低 去分化较易去分化较易 理论基础：理论基础：细胞的全能性细胞的全能性 反馈练习反馈练习 1.下列属于

10、组织培养的是：下列属于组织培养的是： A.花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条芽发育成枝条 C.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区 D.未受精的卵发育成雄蜂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，下列分化形成愈伤组织的过程中，下列 哪一项条件是不需要的（哪一项条件是不需要的（ ） A.消毒灭菌消毒灭菌 B.适宜的温度适宜的温度 C.充足的光照充足的光照 D.适宜的养料和激素适宜的养料和激素 C 3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完 整植株，不需要（整植株，不需要

11、（ ） A.具有完整细胞核的细胞具有完整细胞核的细胞 B.离体状态离体状态 C.导入外源基因导入外源基因 D.一定的营养物质和激素一定的营养物质和激素 C 4、若用、若用“ ”表示植物组织培养的过程。请回答：表示植物组织培养的过程。请回答： （1） 表示表示 ， 能被培养成为能被培养成为的根本原因是的根本原因是 （2） 表示表示 脱分化脱分化再分化再分化 离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞 植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性 愈伤组织愈伤组织 番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同 属植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们属植物。番茄的果实和马铃

12、薯的块茎是我们 经常食用的蔬菜。马铃薯块茎生长在土壤中。经常食用的蔬菜。马铃薯块茎生长在土壤中。 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。上部分结番茄，地下部分长土豆。 这个幻想可能实现吗？这个幻想可能实现吗？ 不同种生物之间存在着生不同种生物之间存在着生 殖隔离，所以用传统的有性杂殖隔离，所以用传统的有性杂 交方法是不可能做到这一点的。交方法是不可能做到这一点的。 于是，科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，于是，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。来实现这一美妙的设想。 这幅番茄这幅番茄马铃薯图利

13、用传统马铃薯图利用传统 有性杂交方法能实现吗？为什有性杂交方法能实现吗？为什 么？么？ 理想图理想图 19721972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生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。质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。 19781978年梅尔彻斯年梅尔彻斯(Melchers)(Melchers)等首次获得了番茄和等首次获得了番茄和 马铃薯的属间体细胞杂种马铃薯的属间体细胞杂种“马铃薯番茄马铃薯番茄”。 目前，已得到栽培烟草与野生烟草、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、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、 籼稻与粳稻、小麦

14、与鹅冠草等细胞杂种籼稻与粳稻、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及其后代，获得了有价值的新品系或育 种上有用的新材料。种上有用的新材料。 1 1两个来自不同植物的两个来自不同植物的 体细胞完成融合，遇体细胞完成融合，遇 到的第一个障碍是什到的第一个障碍是什 么？么？ 2 2有没有一种温和的有没有一种温和的 去壁方法呢？去壁方法呢？ 3 3为什么两个原生质为什么两个原生质 体能发生融合，这与体能发生融合，这与 细胞膜的什么特性有细胞膜的什么特性有 关？关？ 4 4如果两个来源不同如果两个来源不同 的原生质体发生了融的原生质体发生了融 合，下一步该做何处合，下一步该做何处

15、理？理？ 5 5如何将杂种细胞培如何将杂种细胞培 育成杂种植株？育成杂种植株？ 利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合 杂杂 种种 植植 株株 融合的融合的 原生质原生质 体体ABAB 再再 生生 出出 细细 胞胞 壁壁 脱脱 分分 化化 愈愈 伤伤 组组 织织 再再 分分 化化 1 1、过程、过程 植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养 植物细胞植物细胞A A 原生质体原生质体B B 原生质体原生质体A A杂种杂种 细胞细胞 AB 去去 壁壁 去去 壁壁 人人 工工 诱诱 导导 方法？方法？ 促进融合促进融合 的方法？的方法

16、？ 融合完成的融合完成的 标志标志？ 植物细胞植物细胞B B 纤维素酶纤维素酶 果胶酶果胶酶 离心、振动、电刺激、离心、振动、电刺激、 聚乙二醇聚乙二醇 再生细胞壁再生细胞壁 筛选？筛选？ 去壁去壁 去壁去壁 纤维素酶纤维素酶 果胶酶果胶酶 原原 生生 质质 体体 植物细胞植物细胞 原生质体融合原生质体融合 离心、离心、 振动、振动、 电刺激、电刺激、 聚乙二聚乙二 醇醇 再生细胞壁再生细胞壁 杂种细胞杂种细胞 去去 分分 化化 愈伤组织愈伤组织 杂种植株杂种植株 激素激素 筛选筛选 等量等量 激素激素 再分再分 化化 P38 P38 1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株超

17、级杂种植株 没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地 下结马铃薯？下结马铃薯？ 生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互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，调控、相互影响的，马铃薯马铃薯番茄杂交植株的细胞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，中的遗传物质一样有序表达，所以所以杂交植株不能地杂交植株不能地 上长番茄、地下结马铃薯。上长番茄、地下结马

18、铃薯。 2.2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，说明植物眼虫，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。具体实验方案。 植物组织培养植物体细胞杂交技术 所属 范畴 原理 步骤 意义 联系 无性繁殖无性繁殖 细胞全能性细胞全能性 脱分化脱分化 再分化再分化 保持优良性状保持优良性状 繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产 提高经济效益提高经济效益 杂

19、交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养 克服不同种生物远源杂交克服不同种生物远源杂交 的障碍的障碍 去除细胞壁去除细胞壁 融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞 组织培养组织培养 膜流动性膜流动性 细胞全能性细胞全能性 染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组 1 1、不能人工诱导原生质体融合的方法、不能人工诱导原生质体融合的方法 是（是（ ） A A、振动、振动 B B、电刺激、电刺激 C C、PEGPEG试剂试剂 D D、重压、重压 2 2、植物细胞融合完成的标志的是（、植物细胞融合完成的标志的是（ ） A A、产生新的细胞壁、产生新的细胞壁 B B、细胞膜发生融合、细胞膜发生融合 C C、

20、细胞质发生融合、细胞质发生融合 D D、细胞核发生融合、细胞核发生融合 A A D D 生姜是药食两用的经济作物，具有生姜是药食两用的经济作物，具有 栽培容易、产量高、价格高等特点，栽培容易、产量高、价格高等特点， 近年在各地发展很快。但是生姜在生近年在各地发展很快。但是生姜在生 产上长期采用无性繁殖，容易感染多产上长期采用无性繁殖，容易感染多 种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱 缩，生长缓慢，一般减产缩，生长缓慢，一般减产30%30%50%50%。 设计无毒生姜幼苗的培育方案。设计无毒生姜幼苗的培育方案。 请你设请你设 计计 案例一案例一 如何培育出上结大豆、下结如何培育出上结大豆、下结 花生的新品种？花生的新品种？ 请你们讨论后设计请你们讨论后设计 案例二案例二 2.1 植