(完整版)2.1.1植物细胞工程的基本技术课件

1、专题专题2 2 细胞工程细胞工程细胞工程细胞工程 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，通过某种方法，通过某种工程学手段工程学手段，在，在细胞整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来上，按照人们的意愿来改变细胞改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学的一门综合科学技术。技术。 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，培水平上的技术，培育抗虫棉是育抗虫棉是 水平

2、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: :2.12.1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12345再分化再分化(愈伤组织愈伤组织)植植物物组组织织培培养养6脱分化脱分化 植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌和人无菌和人工控制工控制条件下，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，培养在人工配制的培人工配制的培养基养基上，给予上，给予适宜的培养条件适宜的培养条件，诱，诱导其产生导其产生愈伤组织愈伤组织、丛芽丛芽，最终形，最终形成完整的植株。成完整

3、的植株。一、植物的组织培养一、植物的组织培养1 1、定义：、定义： 生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整个体的潜能的特性。个体的潜能的特性。 2 2、原理：、原理： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的有的全套遗传物质全套遗传物质，都有发育成为完整个，都有发育成为完整个体所必需的体所必需的全部基因全部基因，从理论上讲，生物，从理论上讲，生物体的每一个体的每一个活细胞活细胞都应该具有全能性。都应该具有全能性。 3 3、差异：、差异： （1 1）受精卵的全能性）受精卵的全能性最高最高 （3 3）受精卵分化后的细胞中，体细胞

4、的）受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞全能性比生殖细胞低低 受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞4 4、大小：、大小：二、细胞的全能性二、细胞的全能性植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 （2 2）生殖细胞的全能性）生殖细胞的全能性较高较高 三、植物组织培养的过程（三、植物组织培养的过程（重点重点）离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）化的呈无定形状态的薄壁细胞）再分化再分化 胚状体胚状体（或丛芽）（或丛芽）植物体植物体 a. 无菌操作无菌操作 b.营养及激

5、素营养及激素（细胞分裂素、（细胞分裂素、 生长素）生长素） c.光照光照遮光遮光光照光照植物组织培养的外界条件：植物组织培养的外界条件：(1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调所在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？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，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，导致培养物迅速死会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。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

6、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行验证吗？进行验证吗？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、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。生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。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，通过细胞在培养一段时间以后，通过细胞分裂

7、，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。（2）植物细胞的脱分化：植物细胞的脱分化： 让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的让已经分化的细胞，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。结构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脱分化产生的愈伤组织在

8、培养过程中 重新分化根或芽等器官的过程。重新分化根或芽等器官的过程。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a2.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c3.要将胡萝卜韧皮部细胞

9、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（ ）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 番茄与马铃薯属于茄科植物，但不是同番茄与马铃薯属于茄科植物，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

10、想可能实现吗？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，所以用在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。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。进行杂交，来实现这一美妙的设想。四、植物体细胞杂交技术四、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？为什么？实现吗？为什么？理想图理想图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

11、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，这与细体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？胞膜的什么特性有关？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：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原生质体

12、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四、植物体细胞杂交技术四、植物体细胞杂交技术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，地上长番茄、地下结如科学家所想像的那样，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，它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，们之间是相互调控、相互影响的，马铃薯马铃薯番茄杂番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但

13、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，薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以所以杂杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。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

14、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生物远缘杂交不克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍亲和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

15、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 ad d五、植物细胞工程的实际应用五、植物细胞工程的实际应用 繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径微型繁殖微型繁殖作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子 作物新品种的培育作物新品种的培育单倍体育种单倍体育种突变体的利用突变体的利用 细胞产物的工厂化生产细胞

16、产物的工厂化生产概念：概念：应用应用 ，快速繁殖植物（也叫，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技术）快速繁殖技术）原理：原理：植物细胞的植物细胞的( ) 优点：优点：繁殖率高，可大批量生产繁殖率高，可大批量生产 取材少取材少 培养周期短培养周期短 保持保持( )1、微型繁殖、微型繁殖组织培养技术组织培养技术全能性全能性优良性状优良性状 2、作物脱毒、作物脱毒 病毒在作物体内逐年积累，会导致作物病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差产量降低，品质变差 ( )附近（茎尖、根尖）的病毒极少，附近（茎尖、根尖）的病毒极少，甚至没有甚至没有 采用采用( )技术来脱除病毒技术来脱除病毒 分生区分生区

17、茎尖组织培养茎尖组织培养种种 子子 的的 结结 构构3、人工种子 结构：结构： + +胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）胚状体（不定芽、顶芽、腋芽） 优点：优点：不受气候、季节、地域的限制不受气候、季节、地域的限制保留优良性状保留优良性状时间短，占地少时间短，占地少 技术：技术： 原理：原理： 人工薄膜人工薄膜植物组织培养植物组织培养细胞全能性细胞全能性课本课本p40 针对植物种类和土壤等条件，在人工针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的种子的包裹剂中还可以加入适量的养养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。生素、有益菌等。 还可以加

18、入还可以加入生长调节剂生长调节剂选择选择亲本亲本有性有性杂交杂交f1代代花粉离花粉离体培养体培养单倍体单倍体植植 株株诱诱 变变染色体加倍染色体加倍可可 育育纯合子纯合子选择所选择所需类型需类型u 过程过程u 优点优点后代都是纯合子，能稳定遗传后代都是纯合子，能稳定遗传明显缩短育种年限，加速育种进程明显缩短育种年限，加速育种进程2、突变体的利用、突变体的利用 利用组织培养时，利用组织培养时， 状态的细胞易受状态的细胞易受培养条件和外界压力（如射线，化学物培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变的原理，诱导质等）的影响而产生突变的原理，诱导并筛选出对人类有用的突变体。并筛选出对人

19、类有用的突变体。分生分生种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.技术:植物的组织培养.培育到什么阶段提培育到什么阶段提取？取？植植物物细细胞胞工工程程基基本本技技术术 植植物物细细胞胞工工程程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，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也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点特点 。在特定的时间和空间条件下，基因选择性在特定的时