植物的克隆课程学习

植物的克隆第1页/共41页第一页，共42页。植物克隆的技术基础：植物组织培养1958年,斯图尔德(美)胡萝卜组织培养第2页/共41页第二页，共42页。为什么胡萝卜根的培养细胞能培养成一个完整的胡萝卜植株呢？植物组织培养的理论基础（原理）：细胞的全能性第3页/共41页第三页，共42页。一、植物细胞的全能性1.植物细胞全能性：植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性，因而具有发育成完整植株的潜能。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。

第4页/共41页第四页，共42页。在生物体内为什么细胞没有表现出全能性,而是分化为不同的组织或器官呢?基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果.3.植物细胞全能性表达的条件离体状态（必要），无菌；有一定的营养物质；植物生长调节剂；一定的外界环境条件（温度，光照）第5页/共41页第五页，共42页。

生物体的绝大多数活细胞含有该生物全部的遗传信息，具有遗传上的全能性，因而都具有发育成完整生物体的潜能。植物细胞和动物的受精卵等细胞能较强地表现这种全能性，而一般情况下高等动物细胞的全能性无法表现4.全能性的体现所有的植物生活细胞（即使是已经高度分化的细胞）都具有全能性，通过植物组织培养就可体现全能性不同种类植物和同种植物的不同基因型个体之间遗传性的差异，全能性的表达程度大不相同第6页/共41页第六页，共42页。细胞全能性的比较：受精卵>生殖细胞（卵细胞或花药）>干细胞>体细胞植物细胞>动物细胞分化程度低的细胞>分化程度高的细胞第7页/共41页第七页，共42页。①、配置（半固体）培养基②、获取（消毒的）植物组织③、组织培养，获得愈伤组织④、诱导新植株形成

二.植物组织培养程序

第8页/共41页第八页，共42页。植物组织培养的培养基无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有机营养成分①含N物质：包括维生素和氨基酸②碳源：2%—5%的蔗糖③琼脂：起支持作用④相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0第9页/共41页第九页，共42页。植物组织培养的一般程序：脱分化愈伤组织：相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的新生组织再分化调节营养物质、无菌条件和生长调节剂的适当配比诱导根、芽顶端分生组织第10页/共41页第十页，共42页。离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽或胚状体小植株脱分化植物激素：细胞分裂素、生长素等再分化植物组织培养植物组织培养条件：

一定的营养物质和植物生长调节剂、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。第11页/共41页第十一页，共42页。★植物组织培养的一般程序：脱分化通过悬浮培养分散成单细胞细胞质丰富、液泡小而细胞核大（胚性细胞的特征）再分化调节营养物质和生长调节剂的适当配比包裹人工种皮，形成人工种子胚状体第12页/共41页第十二页，共42页。离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织胚状体小植株脱分化植物激素：细胞分裂素、生长素等再分化植物组织培养单细胞通过悬浮培养分散成包以人工种皮，形成人工种子第13页/共41页第十三页，共42页。愈伤组织或创伤组织产生的愈伤组织细胞与叶细胞在染色体的数目上是否相同？染色体上所含的遗传物质是否相同？细胞的形态结构是否相同？相同相同不同是一种由相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的的新生细胞。排列疏松无规则、高度液泡化、无定形态的薄壁细胞第14页/共41页第十四页，共42页。切取接种愈伤组织的形成试管苗的形成第15页/共41页第十五页，共42页。试管苗大规模培养移栽至土壤第16页/共41页第十六页，共42页。第17页/共41页第十七页，共42页。染色体畸变细胞核变异非整倍体产生

遗传物质变化

激素水平打破对外源生长物质敏感性下降其他原因生长发育条件变化

长期培养中细胞全能性下降的原因：第18页/共41页第十八页，共42页。1、深入探讨特定植物细胞全能性的表达条件2、尽量选择性状优良、细胞全能性表达充分的基因型植物克隆成功的条件：第19页/共41页第十九页，共42页。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离体的花粉粒单倍体体细胞（根、茎、叶）正常植株有性生殖克隆第20页/共41页第二十页，共42页。植物克隆的成就细胞培养和器官培养原生质体培养和植物细胞工程多途径上的植物克隆实践第21页/共41页第二十一页，共42页。细胞培养和器官培养：细胞培养指以单个游离细胞为外植体的离体无菌培养

器官培养指以植物的根、茎、叶、花、果等器官为外植体的离体无菌培养第22页/共41页第二十二页，共42页。愈伤组织细胞—芽和根的分生组织—完整植株

愈伤组织细胞—单细胞—细胞团—球形胚—心形胚—胚状体—完整植株

愈伤组织——器官（如风信子）

细胞培养和器官培养时，植物克隆的结果，不一定是植物，也可以是器官，甚至是细胞群比如愈伤组织。人们要的可以是植物，也可以是细胞或者是细胞代谢产物植物组织培养大量生产紫草素

紫草紫草素

愈伤组织第23页/共41页第二十三页，共42页。器官发生和形态建成主要是通过平衡的植物激素配比进行调控激素调控：生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成；当细胞分裂素的效应高于生长素时，主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。细胞培养和器官培养意义：受精过程和胚胎发育过程的研究遗传工程的操作培育植物新品种第24页/共41页第二十四页，共42页。原生质体培养与植物细胞工程2、获得原生质体的方法：纤维素酶和果胶酶溶液处理3、原理：细胞壁主要成分纤维素和果胶1、原生质体：细胞中有代谢活性的部分，包括质膜、细胞质、细胞核特点：比较容易摄取外来的遗传物质；便于进行细胞融合，形成杂交细胞；与完整细胞一样具有全能性，仍可产生细胞壁，经诱导分化成完整植株第25页/共41页第二十五页，共42页。原生质体培养植物细胞0.5~0.6mol/L的甘露醇(较高渗透压)纤维素酶和果胶酶球型的原生质体原生质体：植物细胞除去壁后的部分为什么要加较高渗透压的甘露醇呢?防止原生质体吸水胀破植株第26页/共41页第二十六页，共42页。发光树内含有萤火虫的发光基因。异想天开发光基因发光树如何培育发光树呢？第27页/共41页第二十七页，共42页。提取目的基因（发光基因）目的基因与运载体结合导入受体细胞（原生质体）检测发光与否原生质体培养第28页/共41页第二十八页，共42页。白菜紫甘蓝×白菜—甘蓝“超级植物”第29页/共41页第二十九页，共42页。⑴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。⑵优势：打破了不同种生物间的生殖隔离限制。即克服远缘杂交不亲和障碍！大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围植物体细胞杂交第30页/共41页第三十页，共42页。植物细胞杂交酶解法（纤维素酶、果胶酶）意义：克服远缘杂交不亲和的障碍，培育出作物新品种。杂种细胞形成的标志植物组织培养融合方法？第31页/共41页第三十一页，共42页。植物A细胞植物B细胞去壁原生质体A原生质体B原生质体融合融合体再生壁杂种细胞细胞分裂愈伤组织杂种植株去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）

原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）植物体细胞杂交过程示意图细胞融合的基础：细胞膜的流动性第32页/共41页第三十二页，共42页。植物细胞工程：培养植物细胞（包括原生质体），借助基因工程方法，将外源遗传物质导入受体细胞（包括原生质体受体）中，或通过细胞融合，显微注射等将不同来源的遗传物质重新组合，再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养，获得具有特定性状的新植株多途径的植物克隆实践：p24--25第33页/共41页第三十三页，共42页。植物组织培养的应用：

（1）试管苗的快速繁殖（2）无病毒植物的培育（3）生产药物（4）人工种子（5）转基因植物的培育第34页/共41页第三十四页，共42页。

作物脱毒的原因:

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，而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。

第35页/共41页第三十五页，共42页。

马铃薯是无性繁殖的作物，体内容易积累病毒，会导致其品质变差。目前对它进行脱毒处理最好的办法是A．采用茎尖组织培养技术获得植株B．采用基因工程技术培育抗虫植株C．采用诱变育种培育抗性植物D．采用杂交育种培育抗性植物课堂反馈第36页/共41页第三十六页，共42页。

人工种子用人工种皮包被体细胞胚，可以制造人工种子解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题可以很方便的储藏和运输

现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。第37页/共41页第三十七页，共42页。植物细胞培养的4种技术组织培养：脱分化成愈伤组织（簿壁细胞），再分化为植株悬浮细胞培养：愈伤组织在摇床上分散成单个细胞，再发育成胚状体，形成植株原生质体培养：纤维素酶和果胶酶脱壁，获得原生质体。转基因受体、细胞融合、利用全能性诱导为完整植株单倍体培养：花药离体培养第38页/共41页第三十八页，共42页。

下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：（1）①表示

，它能被培养成为④的根本原因是

。（2）②表示

，它与①相比分化程度

，全能性

。（3）若想制作人工种子，应该选用（填编号）

。（4）若①是花药，则④是

，继续对其使用

处理可获得

正常植株，该过程称为

。（5）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片的颜色是

，这说明根尖细胞

。（6）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，培养将进行到（填编号）

。离体的植物器官组织或细胞植物细胞的全能性

愈伤组织低高③单倍体植株秋水仙素纯合单倍体育种绿色含有与叶绿体形成相关的基因②第39页/共41页第三十九页，共42页。

第40页/共41页第四十页，共42页。