植物细胞工程的基本技术讲义专家讲座

1996年7月5日,世界上第一只体细胞克隆动物--克隆羊多利诞生于英国。这么生物技术属于何种生物工程？细胞工程第1页

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学原理和方法，经过细胞水平或细胞器水平上操作，按照人们意愿来改变细胞内遗传物质或取得细胞产品一门综合科学技术。什么叫细胞工程？包含哪两大领域？第2页细胞工程应用原理和方法研究水平研究目标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意愿来改变细胞内遗传物质或取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全能性第3页2.1植物细胞工程§2.1.1植物细胞工程基本技术植物组织培养第4页利用菊花花瓣微型繁殖培养菊花第5页12345再分化(愈伤组织)植物组织培养6脱分化第6页探究：1、为何植物一个花瓣就能够培育出完整植株呢？植物细胞含有全能性。2、什么是细胞全能性？第7页1、定义：

生物体细胞含有使后代细胞发育成完整个体潜能特征。

2、原理：

生物体每一个细胞都包含有该物种所特有全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需全部基因，从理论上讲，生物体每一个活细胞都应该含有全能性。

3、差异：

（1）受精卵全能性最高

（3）受精卵分化后细胞中，体细胞全能性比生殖细胞低

受精卵生殖细胞体细胞＞＞4、大小：一、细胞全能性植物细胞＞动物细胞

（2）生殖细胞全能性较高

第8页探究：1、克隆羊“多利”诞生说明了什么？2、生物体内细胞为何没有表现出全能性，而是分化成不一样组织器官？3、为何已分化细胞仍含有发育成完整个体潜能？表现全能性条件有哪些？离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。细胞核中含有保持物种遗传性所需全套基因，并没有因为细胞分化而丢失基因，高度分化细胞细胞核仍含有全能性。在特定时间和空间条件下，基因选择性表示结果。生物体每一个细胞都含本物种全套遗传物质，都有发育成完整个体全套基因。第9页1、相关全能性表述中，不正确是（）Ａ．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，所以全能性最高Ｂ．生物体内细胞因为分化全能性不能表示Ｃ．卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能性很高Ｄ．植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性C趁热打铁：第10页2.以下植物细胞全能性最高是（）

A.形成层细胞B.韧皮部细胞C.木质部细胞D.叶肉细胞

3．以下细胞全能性最高是（）

A．植物卵细胞

B．植物精子细胞

C．被子植物受精卵

D．被子植物叶肉细胞AC第11页4.在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不一样组织、器官，是因为（）

A、细胞基因丧失了全能性B、基因在特定时间和空间条件下选择性表示结果C、不一样细胞内基因不完全相同D、在个体发育不一样时期，细胞内基因发生了改变

B第12页

要把一块组织经过培养得到一株完整植株,应该怎样操作呢?请同学们阅读P34试验完成P35讨论题。第13页第14页切取第15页接种第16页培养室第17页第18页愈伤组织形成第19页第20页试管苗第21页移栽第22页切取形成层无菌接种诱导愈伤组织形成试管苗形成培养室移栽脱分化再分化第23页(1)在组织培养试验中，为何要强调所用器械灭菌和试验人员无菌操作？

植物组织培养中用到培养基含有丰富营养成份，有利于培养物生长，然而各种杂菌一样也能够在上面快速生长，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，快速生长各种杂菌不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长过程中会生成大量对培养物有害物质，造成培养物快速死亡。造成培养基污染原因有很多，普通包含：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。所以在组织培养试验中用到植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，试验人员操作一定要规范，防止带入杂菌。第24页(2)在本试验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分轻易诱导形成愈伤组织。请思索一下，胡萝卜其它部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用试验方法进行验证吗？胡萝卜其它部分（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。第25页(3)请依据上面试验过程，概括出植物组织培养技术流程简图。第26页

植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体植物器官、组织、细胞，培养在人工配制培养基上，给予适宜培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整植株。二、植物组织培养1、概念第27页离体植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体脱分化植物激素：细胞分裂素、生长素再分化2、过程植物组织培养条件：

含有全部营养成份培养基、一定温度、空气、无菌环境、适合PH、适时光照等。遮光光照细胞分化程度与细胞分裂能力呈负相关。第28页

1、为何诱导愈伤组织过程中应避光培养？在有光时，往往轻易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。能力提升2、决定植物脱分化、再分化关键原因是什么？植物激素第29页强调几个概念：愈伤组织：离体植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，经过细胞分裂，形成一个高度液泡化，由无定形状态薄壁细胞组成排列疏松无规则组织。第30页植物细胞脱分化：由高度分化植物器官、组织或细胞产生愈伤组织过程，又称去分化。脱分化实质和结果分别是什么？实质是恢复细胞全能性过程。结果是形成愈伤组织。植物细胞再分化：脱分化产生愈伤组织在培养过程中重新分化成根或芽等器官过程。第31页知识拓展

当细胞分裂素和生长素共同使用时，能刺激愈伤组织形成，而经过调整二者浓度比，就能够调控植物细胞培养过程中芽和根形成，称为“激素杠杆”。详细内容详见P42拓展视野第32页

激素用量百分比影响试验结果：生长素用量比细胞分裂素用量，比值高时，有利于根分化、抑制芽形成；比值低时，有利于芽分化，抑制根形成；比值适中时，促进愈伤组织生长。知识拓展第33页反馈练习1.以下属于组织培养是（）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.未受精卵发育成植株A第34页2.在离体植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织过程中，以下哪一项条件是不需要（）A.消毒灭菌B.适宜温度C.充分光照D.适宜养料和激素C第35页3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（）A.含有完整细胞核细胞B.离体状态C.导入外源基因D.一定营养物质和激素C第36页4、植物组织培养形成愈伤组织进行培养，又能够分化形成根、芽等器官，这一过程称为：

A、脱分化B、去分化

C、再分化D、脱分化或去分化第37页5、以下不能作为植物组织培养材料是A、秋海棠叶B、马铃薯块茎C、成熟花粉D、木质部中导管细胞D第38页6、若用“①②③④”表示植物组织培养过程。请回答：

（1）①表示

，能被培养成为④根本原因是（2）②表示

脱分化再分化离体植物器官、组织或细胞植物细胞含有全能性愈伤组织第39页因为不一样种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统有性杂交方法是不可能做到这一点。于是，这些科学家试图用这两种植物体细胞进行杂交，来实现这一美妙构想。三、植物体细胞杂交技术这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为何？第40页

1972年卡尔森等经过两个烟草品种之间原生质体融合，取得了第一个体细胞杂种。背景资料1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次取得了番茄和马铃薯属间体细胞杂种——“Potamato”。

当前，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，取得了有价值新品系或育种上有用新材料。第41页白菜甘蓝白菜－甘蓝第42页1．你认为两个来自不一样植物体细胞完成融合，碰到第一个障碍是什么？2．有没有一个温和去壁方法呢？3．为何两个原生质体能发生融合，这与细胞膜什么特征相关？4．假如两个起源不一样原生质体发生了融合，下一步该做何处理？5．怎样将杂种细胞培育成杂种植株？请思索：第43页杂种植株融合原生质体AB再生出细胞壁脱分化愈伤组织再分化1、过程植物细胞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？促进融合方法？融合完成标志植物细胞B二、植物体细胞杂交技术细胞融合基础：细胞膜流动性第44页去壁去壁纤维素酶果胶酶原生质体植物细胞原生质体融合离心、振动、电刺激、聚乙二醇再生细胞壁杂种细胞去分化愈伤组织杂种植株激素筛选等量激素再分化植物体细胞杂交过程示意图第45页2、概念

将不一样种植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体技术。3、优势和未处理问题

优势（与有性杂交方法比较）

：打破了不一样种生物间生殖隔离障碍，大大扩展了可用于杂交亲本组合范围。未处理问题：未能让杂种植物按照人们需要表现出亲代优良。第46页1.为何“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像那样，地上长番茄、地下结马铃薯？

马铃薯—番茄没有像人们预想那样地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：生物基因表示不是孤立，它们之间是相互调控、相互影响，所以马铃薯—番茄杂交植株细胞中即使具备两个物种遗传物质，但这些遗传物质表示受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中遗传物质一样有序表示，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然了。第47页2.自然界中有一个含有叶绿体原生动物──眼虫，说明植物细胞器一样能够在一些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间能够实现杂交吗？假如理论上可行，请设计出详细试验方案。第48页比较植物组织培养植物体细胞杂交技术所属范围原理步骤意义联络无性繁殖细胞全能性①脱分化②再分化保持优良性状繁殖速度快、大规模生产提升经济效益杂交技术应用了组织培养克服不一样种生物远源杂交障碍①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养膜流动性细胞全能性染色体变异、基因重组第49页所采取技术理论基础植物细胞工程通常采取技术伎俩植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞全能性小结：第50页1、植物体细胞杂交还未处理问题有：A、去掉细胞壁,分离出有活力原生质体B、将杂种细胞培育成植株C、让杂种植物按照人们需要表现出亲代优良性D、还未培育出属间杂种植物第51页2、不能人工诱导原生质体融合方法是A、振动B、电刺激C、PEG试剂D、重压第52页3.植物细胞表现出全能性必要条件是

A.给予适宜营养和外界条件B.导入其它植物细胞基因C.脱离母体后，给予适宜营养和外界条件D.将成熟筛管细胞核移植到去核卵细胞内第53页4、植物体细胞融合完成标志是

A．产生新细胞壁

B．细胞膜发生融合

C．细胞质发生融合

D．细胞核发生融合

5、用不一样种植物两个体细胞融合成一个杂种细胞过程。该过程是指

A．不一样植物精子和卵细胞融合

B．不一样植物原生质体融合

C．完整两个体细胞融合

D．植物花粉细胞两两融合AB第54页专题训练1．以下不能说明细胞全能性试验是(

)A．胡萝卜韧皮部细胞培育出植株B．紫色糯性玉米种子培育出植株C．转入抗虫基因棉花细胞培育出植株D