植物细胞工程课件

细胞工程学习目标1.明确细胞工程的概念2.细胞工程的分类、植物细胞工程的主要内容3.植物组织培养技术的基本操作、原理、条件4.植物体细胞杂交技术的基本操作、原理细胞工程的概念

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。细胞工程应用的原理和方法研究的水平研究的目的细胞生物学和分子生物学细胞整体水平或细胞器水平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概念分类植物细胞工程动物细胞工程理论基础细胞的全能性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。蛋白质工程是

水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞分子思考:分子细胞工程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。

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，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。1、定义：2、基础：3、体内细胞未表现全能性的原因：基因选择性表达的结果

一、植物细胞工程的理论基础---细胞全能性4、全能性表达的条件（植物组织培养的条件）：内因：离体细胞、组织或器官（为什么要离体？）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）

5、全能性的高低：①受精卵>生殖细胞（精、卵）>体细胞②体细胞：植物细胞>动物细胞③分化程度低的细胞>分化程度高的细胞④

分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞二、植物组织培养2、理论基础：植物细胞的全能性1、植物组织培养的概念

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.未受精的卵发育成植株即时应用A切取接种植物组织培养的培养基定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质无机营养成分：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生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0愈伤组织的形成愈伤组织：在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列疏松、无规则）。愈伤组织的形成植物组织培养（试管苗的形成）培养室试管苗大规模培养移栽经过炼苗的小苗，可以和一般植物一样进行大规模栽培植物组织培养外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、花粉等）2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上3）切取所需的外植体4）将外植体接种于培养容器的培养基上整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织植物组织培养的过程胡萝卜外植体单个细胞愈伤组织脱分化胚状体再分化试管植物离体的植物器官、组织或细胞脱分化（又叫去分化）愈伤组织（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，代谢类型是异养需氧型）再分化胚状体、根或芽等器官植物体（试管苗）条件：

⑴离体⑵一定的营养物质和激素(生长素、细胞分裂素)

⑶适宜的条件（无菌、适宜的温度、pH、光照等）离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体A、脱分化B、再分化植物激素：细胞分裂素、生长素植物组织培养过程1、A过程进行有丝分裂2、B过程进行有丝分裂同时也进行分化3、A不需光照，而B需光照，叶绿素的合成需光照

生长素用量比细胞分裂素用量，比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。2、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）提取原料（4）人工种子（5）转基因植物的培育

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。

人工种子用人工种皮包被体细胞胚，可以制造人工种子人工种皮：藻酸钠解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题人工种子结构：人工薄膜+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）优点：不受气候、季节、地域的限制保留优良性状时间短，占地少技术：组织培养原理：细胞全能性在植物组织培养的过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，对培养条件的要求较高。植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长。造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡，实验前功尽弃。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。×二、植物体细胞杂交1概念：不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，杂种细胞发育成新的植物体的方法2理论基础：细胞膜的流动性和植物细胞的全能性3过程：植物细胞A植物细胞B植物细胞A植物细胞B去壁(酶解法:纤维素酶和果胶酶)去壁原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分原生质体A原生质体B原生质体B诱导融合原生质体A诱导融合：物理法（离心、振动、电激）化学法（PEG,聚乙二醇）融合的原生质体融合的原生质体物化法再生壁杂种细胞脱分化愈伤组织脱分化再生壁再分化杂种植株再分化（无性生殖）(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交过程示意图4意义：⑴克服了远源杂交不亲和性的障碍⑵扩展了用于杂交的亲本范围5未解决的问题：还不能让杂种植物按照人们的要求表现出亲代性状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回顾、植物体细胞杂交基本过程酶解法（纤维素酶、果胶酶等）物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）

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”。但还未得到地上结番茄地下结马铃薯。

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。问题为什么“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？主要原因是：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，所以马铃薯—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，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。白菜甘蓝白菜－甘蓝即时应用1、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是(

)A．利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株B．利用花药离体培养得到单倍体植株C．利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株D．利用细胞工程培养“番茄—马铃薯”杂种植株A问题自然界中有一种含有叶绿体的原生动物──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。异想天开1、细胞全能性的概念、全能性大小的比较2、植物组织培养的概念、原理、过程。3、植物组织培养实验所需的条件：离体、无菌、培养基、环境条件。4、植物体细胞杂交的概念、原理、过程。本节课内容小结【解析】

只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而②是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子。【答案】

D2．(2011·苏北四市调研)下图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成白菜—甘蓝杂种植株的示意图。请据此回答：(1)图中①过程用到的酶是________，作用的结果是获得________。(2)在②过程中，常用的化学诱导剂是________，若在容器中放置若干a、b，诱导完成且假设所有细胞发生了融合(只考虑细胞两两融合)，然后经③过程，形成的d细胞的类型有________种，从中选出________进行培养。(3)图中④过程是________，④⑤过程合称________技术。【答案】

(1)纤维素酶和果胶酶(具有活力)原生质体(2)聚乙二醇(PEG)

3杂种细胞(3)脱分化植物组织培养

(2011·泰州模拟)我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。下图是细胞培养形成兰花植株示意图，请据图分析回答：(1)过程③和④分别表示__________和__________。(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入________________。同时，在培养过程中，除必需的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证________。(3)从育种的角度看，植物组织培养与有性生殖相比，优势主要有(列举2条)：____________________________。(4)植物组织培养的过程中，可以对__________进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品种。(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒经组织培养形成植株，这种育种方法称为____________，其优点是________________。【答案】

(1)脱分化再分化(2)植物激素(或植物激素类似物)无菌(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株(4)愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种【答案】

(1)脱分化再分化(2)植物激素(或植物激素类似物)无菌(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株(4)愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种(1)微型繁殖，实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养，因此该过程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。(2)微型繁殖具有选材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理等优点，有利于进行工厂化培养。(3)作物脱毒，人工种子中的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽的获得采用的技术还是微型繁殖。

(2011·扬州模拟)如图为植物体细胞杂交流程图，请回答下列问题：(1)制备原