2.1.1《植物细胞工程的基本技术》课件(新人教版-选修3)

1、2021/3/231 专题 细胞工程 2021/3/232 细胞工程细胞工程 指应用指应用细胞生物学和分子生物学细胞生物学和分子生物学的原理和的原理和 方法方法,通过某种通过某种工程学手段工程学手段,在在细胞整体水平或细胞整体水平或 细胞器水平细胞器水平上上,按照人们的意愿来按照人们的意愿来改变细胞内的改变细胞内的 遗传物质或获得细胞产品遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。 2021/3/233 细细 胞胞 工工 程程 应用的原理和方法应用的原理和方法 研究的水平研究的水平 研究的目的研究的目的 细胞生物学和细胞生物学和 分子生物学分子生物学 细胞整体水平细胞整体水平

2、 或细胞器水平或细胞器水平 按照人们的意愿来按照人们的意愿来 改变细胞内的遗传改变细胞内的遗传 物质或获得细胞产物质或获得细胞产 品品 概念概念 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 2021/3/234 前者是前者是细细胞水平或胞水平或细细胞器水平上胞器水平上生物技生物技术术, , 后者是后者是分子水平上的分子水平上的生物技生物技术术 克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 水平上的技术水平上的技术, ,培育培育 抗虫棉是抗虫棉是 水平上的技术。水平上的技术。 细胞工程与基因工程相比细胞工程与基因工程相比: : 细胞细胞 分子分子 思考思考: : 2021/3/235 利用

3、菊花花瓣微型繁殖培养的菊花利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花 2021/3/236 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? ? 2021/3/237 2.1植物细胞工程植物细胞工程 2.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术 植物组织培养 2021/3/238 2021/3/239 植物组织培养就是在无菌和人植物组织培养就是在无菌和人 工控制条件下工控制条件下,将离体的植物器官、将离体的植物器官、 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 养基上养基上,给予适宜的培养条件给予适宜的培养条件,诱导诱导 其产生

4、愈伤组织、丛芽其产生愈伤组织、丛芽,最终形成最终形成 完整的植株。完整的植株。 植物的组织培养植物的组织培养 2021/3/2310 1 1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养、为什么已分化的植物组织或细胞能培养 成完整植物体成完整植物体? ? 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个细具有某种生物全部遗传信息的任何一个细 胞胞,都具有发育成完整生物体的潜能都具有发育成完整生物体的潜能,也就是也就是 说说,每个生物细胞都具有全能性的特点每个生物细胞都具有全能性的特点 。 2021/3/2311 在特定的时间和空

5、间条件下在特定的时间和空间条件下,基因选择性的基因选择性的 表达的结果。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 物质物质,都有发育成完整个体的全套基因。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、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? ? 2021/3/2312 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

6、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）分化程度低的细胞分化程度 高的细胞高的细胞 2021/3/2313 2021/3/2314 2021/3/2315 (1)(1)在组织培养实验中在组织培养实验中, ,为什么要强调所用为什么要强调所用 器械的灭菌和实验人员的无菌操作器械的灭菌和实验人员的无菌操作? ? 防止杂菌污染防止杂菌污染,因为杂菌生长快因为杂菌生长快,会和会和 培养物争夺营养。杂菌生长过程中

7、会产培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产 生有害的物质生有害的物质,导致培养物迅速死亡。导致培养物迅速死亡。 2021/3/2316 (2)(2)在本实验中在本实验中, ,切取胡萝卜块根时强调要切取切取胡萝卜块根时强调要切取 含有形成层部分含有形成层部分, ,原因是这部分容易诱导形成愈伤组原因是这部分容易诱导形成愈伤组 织。请思考一下织。请思考一下, ,胡萝卜的其他部分（如茎、叶、胡萝卜的其他部分（如茎、叶、 花）花）, ,是否也能培养成小植株是否也能培养成小植株, ,你能用实验的方法进你能用实验的方法进 行验证吗行验证吗? ? 胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再胡萝卜的其他部分（如茎、

8、叶、花）也能培养再 生形成小植株生形成小植株, ,只是诱导愈伤组织比较困难。只是诱导愈伤组织比较困难。 2021/3/2317 (3)(3)请根据上面的实验过程请根据上面的实验过程, ,概括出植物组织概括出植物组织 培养技术的流程简图。培养技术的流程简图。 2021/3/2318 1、有关全能性的表述中、有关全能性的表述中,不正确的是不正确的是 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完 整个体整个体,因此全能性最高因此全能性最高 生物体内细胞由于分化全能性不能表达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卵细胞和受精卵一样,细胞未分化细胞未分化,全能

9、全能 性很高性很高 在一定条件下在一定条件下,植物细胞离体培养能表现植物细胞离体培养能表现 出全能性出全能性 趁热打铁趁热打铁: 2021/3/2319 强调几个概念强调几个概念: （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在培养一段时间以后,通过细胞通过细胞 分裂分裂,形成一种高度液泡化、无形成一种高度液泡化、无 定形状态薄壁细胞组成的排列疏定形状态薄壁细胞组成的排列疏 松无规则的组织。松无规则的组织。 2021/3/2320 （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是让已经分化的细胞,经过诱导后经过诱导后,失去其

10、特有的结构和失去其特有的结构和 功能而转变成未分化的细胞的过程。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。 2021/3/2321 植物组织培养的植物组织培养的培养基培养基 无机营养成分无机营养成分: :C C, ,H,OH,O大量元素及部分微量元素大量元素及部分微量元素 有机营养成分有

11、机营养成分 含含N N物质物质: :包括维生素和氨基酸包括维生素和氨基酸 碳源碳源:2%5%:2%5%的蔗糖的蔗糖 琼脂琼脂: :起支持作用起支持作用 相关激素相关激素: :生长素生长素, ,细胞分裂素和赤霉素细胞分裂素和赤霉素 PHPH值值:5.0:5.06.06.0 2021/3/2322 外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 根、芽根、芽 植物体植物体 脱分化脱分化 再分化再分化 一、植物组织培养的过程一、植物组织培养的过程 （离体的（离体的, 已分化组织已分化组织 或细胞）或细胞） （未分化）（未分化） （分化）（分化） 幼芽或幼根幼芽或幼根? 条件条件? 优点优点? 特点特点? 繁殖速度快

12、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 素素,细胞分裂素等细胞分裂素等） 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,不进行光合不进行光合 作用作用 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 2021/3/2323 反馈练习反馈练习 1.下列属于组织培养的是下列属于组织培养的是: A.花

13、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 2021/3/2324 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分化形成愈伤组织的过程中,下列哪下列哪 一项条件是不需要的（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 2021/3/2325 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 整植株整植株,不需要（不需要

14、（ ） 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 2021/3/2326 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 , 能被培养成为的根本原因是能被培养成为的根本原因是 （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 2021/3/2327 番茄与马铃薯同属茄科植物番茄与马铃薯同属茄科植物, ,但不是同但不是同 属植物。番茄的

15、果实和马铃薯的块茎是我们属植物。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人们曾经有这样一个幻想: :让一株植株地让一株植株地 上部分结番茄上部分结番茄, ,地下部分长土豆。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? ? 2021/3/2328 因为不同种生物之间存因为不同种生物之间存 在着生殖隔离在着生殖隔离, ,所以用传所以用传 统的有性杂交方法是不统的有性杂交方法是不 可能做到这一点的。可能做到这一点的。 于是于是, ,科学家试图用这两种植物的体细胞进科学家试图用这两种植物的体细胞

16、进 行杂交行杂交, ,来实现这一美妙的设想。来实现这一美妙的设想。 二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术 这幅番茄这幅番茄马铃薯图利马铃薯图利 用传统有性杂交方法能用传统有性杂交方法能 实现吗实现吗? ?为什么为什么? ? 理想图理想图 2021/3/2329 19721972年卡尔森等通过两个烟草品种之间年卡尔森等通过两个烟草品种之间 原生质体的融合原生质体的融合, ,获得了第一个体细胞杂种。获得了第一个体细胞杂种。 19781978年梅尔彻斯年梅尔彻斯(Melchers)(Melchers)等首次获得等首次获得 了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种 “马铃薯

17、番茄马铃薯番茄”。 目前目前, ,已得到栽培烟草与野生烟草、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 及其后代及其后代, ,获得了有价值的新品系或育种获得了有价值的新品系或育种 上有用的新材料。上有用的新材料。 2021/3/2330 2021/3/2331 1 1你认为两个来自不同你认为两个来自不同 植物的体细胞完成融合植物的体细胞完成融合, , 遇到的第一个障碍是什遇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? ?

18、3 3为什么两个原生质为什么两个原生质 体能发生融合体能发生融合, ,这与细胞这与细胞 膜的什么特性有关膜的什么特性有关? ? 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合的原生质体发生了融合, , 下一步该做何处理下一步该做何处理? ? 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? ? 请思考请思考: 2021/3/2332 利用电激利用电激法法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合 2021/3/2333 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

19、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 原生质体原生质体B 原生质体原生质体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? 融合融合 完成完成 的的 标志标志 植物细胞植物细胞B 二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术 2021/3/2334 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

20、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 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 2021/3/2335 2021/3/2336 1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有超级杂种植株没有 如科学家所想像的那样如科学家所想像的那样, ,地上长番茄、地下结地上长番茄、地下结 马铃薯马铃薯? ? 主要原因是主要原因是: :生物基因的表达不是孤立的生物基因的表达不是孤立的, ,它们它们 之间是相互调控、相互影响的之间是相互调控、相互影响的, ,马铃薯马铃薯番茄杂交番茄杂交

21、植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质, ,但这但这 些遗传物质的表达受到相互干扰些遗传物质的表达受到相互干扰, ,不能再像马铃薯不能再像马铃薯 或番茄植株中的遗传物质一样有序表达或番茄植株中的遗传物质一样有序表达, ,所以所以杂交杂交 植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。 2021/3/2337 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眼虫, ,说明植物说明植物 的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活, ,请探讨请探讨: :动物细胞与动物细胞与 植物

22、细胞之间可以实现杂交吗植物细胞之间可以实现杂交吗? ?如果理论上可行如果理论上可行, ,请设计出具体请设计出具体 实验方案。实验方案。 2021/3/2338 植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术 所属所属 范畴范畴 原理原理 步骤步骤 意义意义 联系联系 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

23、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 2021/3/2339 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、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 2021/3/2340 生姜是药食两用的经济作物生姜是药食两用的经济作物, ,具有具有 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产上长期采用无性繁殖, ,容易感染多容易感染多 种病毒病种病毒病, ,使生姜品质变差使生姜品质变差, ,叶子皱缩叶子皱缩, , 生长缓慢生长缓慢, ,一般减产一般减产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