《植物细胞工程》PPT课件.ppt

专题 细胞工程 细胞工程的理论基础 是在细胞水平上进行生物工程 （ 1）细胞是生物体结构和功能的基本单位。 细胞的增殖和分化是生物生长发育的基础。 （ 2）细胞的融合现象。在细胞培养中，细 胞可以融合成多核胞体。 （ 3） 细胞的全能性 。 生殖类型 无性生殖 有性生殖 出 芽 生 殖 孢 子 生 殖 分 裂 生 殖 营 养 生 殖 配子生殖 主要是指 卵式生殖 常见 特 点 子代保持亲 本性状 子代具备双亲的遗 传性，具有更大的 生活力和变异性。 特 点 生殖类型 单性生殖、克隆 克隆的层次： 1、在分子水平上 2、在细胞水平上 3、在个体水平上 重组载体通过宿主细胞的无性繁殖使目的基因 扩增，再用某探针选取、钓取目的基因。 把一个单细胞从群体中分离出来单独培养，使之繁衍 成一个新的细胞群体 不通过两性细胞的结合，从一个单一的体细胞繁殖出 生物个体。 基因克隆 细胞系的培养 繁殖出生物个体 体细胞是一个高度分化的细胞，体细胞能够形成一个完整个体吗？ 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 按操作 对象分类 植物细胞工程 动物细胞工程 细胞工程： 细 胞水平或 细 胞器水平上 生物技 术 基因工程： 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。 细胞 分子 思考 : 科技探索之路 1902年，哈伯兰特提出了 的理论。 1937年，怀特用烟草茎段形成层作材料，在试管中培 养出了烟草植株。 1958年，斯图尔德利用胡萝卜的组织培养再次证明了 1965年，沃索在一定培养基上由烟草的单细胞得到再 生植株 。 1970年，斯图尔德 用悬浮的单个细胞也培养出了可 育的新植株，进一步证明了 。 20世纪 70年代以植物细胞克隆为代表的细胞工程诞生。 细胞全能性 植物细胞的全能性 细胞的全能性 1970年，哈里森用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的 神经元，证明了动物组织此外培养的可行性，并 首创了 20世纪 60年代初，童第周开展鱼类的 工作，他还通过把黑斑蛙红细胞的核转移到同种 生物的去核卵中，得到发育正常的蝌蚪。 1975年，米尔斯和科勒用产生抗体的单个细胞与 肿瘤细胞杂交，创立了 。 1996年 7月，世界第一只克隆羊多莉在英国诞生。 2001年 11月 3日，我国首例体细胞克隆牛康康在山 东莱阳农学院动物胚胎工程中心试验场降生。 科技探索之路 动物体外组织培养法 细胞核移植 单克隆抗体技术 2.1 .1植物细胞工程的基本技术 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 怎样才能由一块组织通过培养得 到一株完整植株 , 应该如何操作 ? 利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花 一、细胞的全能性： 1、定义： 生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能 2、具有全能性原因： 生物体细胞都是由 受精卵 经 分裂形成的，都含有该物种所特有 的 全套遗传物质 ，都有发育成为完 整个体所需的 。 2.1.1植物细胞工程的基本技术 有丝 全部基因 3、全能性的程度： （ 1）受精卵的全能性 最高 受精卵 生殖细胞 体细胞 （ 2） 植物细胞动物细胞 （ 3） （ 4）分化程度低细胞分化程度高细胞 5、表现条件： 离体、 完全营养物质 、 激素、 其他外界条 件 4、生物体内细胞未表现出全能性，而是分化成不同组织、 器官的原因？ 基因 在特定的时间和空间条件下 选择性表达的结果 1.下列有关细胞全能性的含义，正确的是： A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能 B、 生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能 C、 生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能 D、 生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、 衰老、死亡的全过程 C 2.有关全能性的表述中，不正确的是（ ） 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体， 因此全能性最高 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，细胞未分化，全能性很高 植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性 C 二、植物组织 培养 脱分化 愈伤组织 离体的植物 器官、组织 或细胞 试管苗 植株 再分化 离体的植物器官、组织或细胞 脱分化 愈伤组织 再分化 芽、根 植物体 植物组织培养的过程 非洲紫罗兰的组织培养 切取 接种 愈伤组织的形成 试管苗的形成 培养室 移栽 此操作过程需要注意什么事项？ 愈伤组织 根、 芽 (胚状体 ) (试管苗 ) 植物体 离体的植物器官、 组织或细胞 (高度分化 ) 脱分化 营养物质 激素 其他外界条件 光照、 营养物质、 激素等 植物组织培养 表现出全能性 水 ,无机盐 ,小 分子有机物 (蔗糖 )等 细胞分裂素 和生长素 无菌、温度、 氧气、适宜的 PH值、无光照。 还需要有机 营养吗？为 什么？ 具有分裂能力 的器官、组织、 细胞 再分化 植物组织培养需要用植物激素诱导， 最重要的是细胞分裂素和生长素， 这两种激素的作用是不同的 (1)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？ 防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物 争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质， 导致培养物迅速死亡。 (2)在本实验，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、花），是否也能培 养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？ 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。 1、概念： 在 无菌 和人工控制条件下，将 离体 的 植物器官、组织、细胞 ，培 养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养 条件 ，诱导其产生愈伤组 织、丛芽，最终形成完整的植株。 2、理论基础： 植物细胞的全能性 (即原理 ) 3、过程： 外植体 愈伤组织 根、芽 植物体 二、植物组织培养技术（重点 理解）： 再分化 脱分化 也叫：外植体 如：茎尖、根尖 适宜的温度、 PH值、 养料、激素、充足氧气 条件 1、有关全能性的表述中，不正确的是 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完 整个体，因此全能性最高 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，细胞未分化，全能 性很高 在一定条件下 ,植物细胞离体培养能表现 出全能性 趁热打铁： 1、愈伤组织： 由离体 的植物组织或细胞， 在培养一段时间以后， 通过 细胞分裂 ，形成 的一群薄壁细胞。 二、植物组织培养技术： 有丝分 裂 特点：具分裂、分化能力 既具全能性（主要） 无定形状态 高度液泡化 排列疏松、无规则 无叶绿体 ,不进行光合作用 2、 脱分化 ：由 高度分化 的植物器官、组织 或细胞产生 愈伤组织 的过程，又称去分化。 结果：形成愈伤组织。 实质：恢复细胞全能性的过程。 条件： 适宜温度、 避光 、 pH和无菌环境。 无机物、有机物和植物激素（ 生长素，细胞分裂素等 ） 3、 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 等器官的过程。（ 需光 ） 二、植物组织培养技术： 具分裂、分化能力 无细胞分裂、分化能力 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 含 N物质：包括维生素和氨基酸 碳源： 2% 5%的蔗糖 琼脂：起支持作用 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PH值： 5.0 6.0 外植体 愈伤组织 根、芽 植物体 脱分化 再分化 二 、 植 物 组 织 培 养 的 过 程 （离体的 , 已分化组织 或细胞） （未分化） （分化） 幼芽或幼根？ 条件？ 优点？ 特点？ 繁殖速度快 不受季节限制 工厂化生产 幼苗无毒 保持优良性状 适宜温度、光照、 pH和无菌环境。 无机物、有机物 和植物激素（ 生长 素，细胞分裂素等 ） 无定形状态 薄壁细胞 高度液泡化 排列疏松、无规则 无叶绿体 ,不进行光合 作用 分化程度低 去分化较易 理论基础： 细胞的全能性 反馈练习 1.下列属于组织培养的是： 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.未受精的卵发育成雄蜂 A 2.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，下列哪一项条件是不需 要的（ ） A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜养料和激素 C 3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不 需要（ ） A.具有完整细胞核的细胞 C.导入外源基因 B.离体状态 D.一定的营养物质和激素 C 4、若用“ ” 表示植物组织培养的过程。请回答： （ 1）表示 ， 能被培养成为 的根本原因是 表示 脱分化 再分化 离体的植物器官、组织或细胞 植物细胞具有全能性 愈伤组织 三、植物体细胞杂交技术： 不能。 因为不同种生物之间存在着 生殖隔离 ， 所以用传统的有性杂交方法是不可能 做到这一点的。 于是，这些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。 这幅番茄 马铃薯图利用 传 统有性杂交方法能实现吗？为 什么？ 1来自不同植物的 两个 体细胞完成融合， 遇到的第一个障碍是什么？ 2用什么方法去掉植物细胞的细胞壁？ 3为什么两个原生质体能发生融合， 这与细胞膜的什么特性有关？ 4如果两个来源不同的原生质体发生了 融合，下一步该做何处理？ 5如何将杂种细胞培育成杂种植株？ 思考： P36页图 2-5 去细胞壁 酶解法 植 物 体 细 胞 杂 交 过 程 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 1、 过程 植物细胞融合技 术 植物组织培养技术 植物细胞 A 原生质体 B 原生质体 A 杂种 细 胞 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 三、植物体细胞杂交技术 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 脱分化 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 2、概念： 将不同种的 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 新的植物体 的技术。 4、优势： （ 与有性杂交方法比较 ） （ 1）克服植物远缘杂交不亲和性（最大） ， （ 2）打破物种间的生殖隔离 （ 3)扩展了遗传重组的范围。 主要：原生质体融合 目的 3、原理： 细胞膜的流动性和 细胞全能性 三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）： 如 马、驴之间 2、概念 将不同种的植物体细胞，在一定条件 下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培 育成新的植物体的技术。 3、意义 克服了 不同种生物远缘杂交不亲和 的障碍， 扩大了可用于杂交的亲本组合。 4.未能解决的问题： 未能让杂种植物按照人们的需要 表现出亲代的优良性状。 番茄 -马铃薯 烟草 海岛烟草 白菜 甘蓝 胡萝卜 羊角芹 比较 植物组织培养 植物体细胞杂交技术 所属 范畴 原理 步骤 意义 联系 无性繁殖 细胞全能性 脱分化 再分化 保持优良性状 繁殖速度快、 大规模生产 提高经济效益 杂交技术应用了组织培养 克服不同种生物 远源杂交的障碍 去除细胞壁 融合形成杂种细胞 组织培养 膜流动性、细胞全能性 染色体变异、基因重组 1.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， 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， 所以 杂交植株不能地上长番茄、 地下结马铃薯。 2.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。 1、不能人工诱导原生质体融合的方法 是（ ） A、振动 B、电刺激 C、 PEG试剂 D、重压 2、植物细胞融合完成的标志的是（ ） A、产生新的细胞壁 B、细胞膜发生融合 C、细胞质发生融合 D、细胞核发生融合 A D 2、可以成为植物组织培养条件的是 CO2 有机物 生长素 细胞分裂素 水 矿质元素 A B C D C 3植物组织培养依据的原理，培养过程的顺序及诱导的 植物激素分别是（ ） 体细胞全能性 离体植物器官，组织或细胞 根，芽 生长素和细胞分裂素 生长素和乙烯 愈伤组织 再分化 脱分化 植物体 A 、 、 B. 、 、 C. 、 、 D. 、 、 A 4.下列植物的全能性在适宜条件下最容易表达的是 （ ） A.枝条上的一个芽 B.花药中的花粉粒 C.胚珠中的珠被细胞 D.根尖的分生区细胞 B 5.植物体细胞杂交是利用不同物种的两个体细胞融合 成一个杂种细胞的过程。该过程是指 ( ) A不同植物的精子与卵细胞的融合 B.不同植物的原生质体的融合 C完整的两个体细胞的融合 D.植物花粉细胞的两两融合 B 6、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（ ） A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果 B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果 C 、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果 D 、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果 7、植物细胞融合完成的标志的是（ ） A、产生新的细胞壁 B、细胞膜发生融合 C、细胞质发生融合 D、细胞核发生融合 B A 8.以下不能说明细胞全能性的实验是 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.转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株 D.番茄与马 铃薯体细胞杂交后培育出植株 B 8.通过细胞工程技术，利用甲（高产）、乙 (耐盐 )两种植物各自 优势，培育高产耐盐的杂种植株。请完善下列实验流程回答问题： A是 _酶。 B是 _。 C是 _ 性状 的 幼芽。 若目的植株丢失 1条染色体，不能产生正常配子而 高度不育，则可用 _（试剂）处理幼芽，以便获 得可育的植株。 纤维素酶和果胶；融合的原生质体；耐盐 秋水仙素 生姜是药食两用的经济作物，具有 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 产上长期采用无性繁殖，容易感染多 种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱 缩，生长缓慢，一般减产 30% 50%。 设计无毒生姜幼苗的培育方案。 请你设 计 案例一 如何培育出上结大豆、下结 花生的新品种？ 请你们讨论后设计 案例二 一 、 植物繁殖的新途径 1.微型繁殖 (1)微型繁殖技术 : (2)特点 : 保持优良品种的遗传特性 ; 高效快速地实现种苗的大量繁殖 . 快速繁殖优良品种的 植物组织培养技术 . 2.作物脱毒 (1)材料 : 无病毒的茎尖 (2)脱毒苗 : 切取茎尖进行组织培养获得 3.人工种子 (1)特点 : (2)技术 : (3)结构 : 后代无性状分离不受气候 ,季节和地域限制 植物组织培养 . 人工种皮、 胚乳、 胚状体 或 不定芽 或 顶芽 或 腋芽 . 二 、 作物新品种的培育 1.单倍体育种 (1)方法 : (2)优点： 花药的离体培养 、 秋水仙素诱导 后代是纯合体，稳定遗传；明显缩短育种年限 2.突变体的利用 (1)产生 : 植物组织培养 (2)利用 : 筛选对人们有利突变体 ,进而培育新品种 三 、 细胞产物的工厂化生产 1.种类 :蛋白质 ,脂肪 ,糖类 ,药物 ,香料 ,生物碱等 . 2.技术 :植物的组织培养 . 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 小结