植物细胞工程的基本技术》课件修改

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 . 这样的生物技术属于何种生物工程？ 细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学和分子 生物学的原理和方法，通过 细胞水平 或 细 胞器水平 上的操作，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。 什么叫细胞工程？包括哪两 大领域？ 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 3.1植物细胞工程 3.1.1植物细胞工程的基本技术 植物组织培养 课标要求： 能力要求 1、理解和掌握植物组织培养的操作过程 内容要求 1、理解植物细胞的全能性 2、了解植物细胞脱分化和再分化的结果 3、掌握植物组织培养的特点 利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花 探究： 1、为什么运用植物组织培养技术能把植物离 体器官、组织或细胞培养成完整植物体？ 植物细胞具有全能性。 2、什么是细胞的全能性？ 1、定义： 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。 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，从理论上讲，生物 体的每一个 活细胞 都应该具有全能性。 3、差异： （ 1）受精卵的全能性 最高 （ 2）受精卵分化后的细胞中，体细胞的 全能性比生殖细胞 低 。 受精卵 生殖细胞 体细胞 4、大小： 一、细胞的全能性 植物细胞动物细胞 探究： 3、克隆羊“多利”的诞生说明了什么？ 4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分 化成不同的组织器官？ 5、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？ 表现全能性的条件有哪些？ 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的全套基因，并没有因 为细胞分化而丢失基因，高度分化的细胞的细胞核仍具有 全能性。 在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达 的结果。 生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质， 都有发育成完整个体的全套基因。 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 .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： 2.下列植物细胞全能性最高的是（ ） A.形成层细胞 B.韧皮部细胞 C.木质部细胞 D.叶肉细胞 3下列细胞全能性最高的是（ ） A植物的卵细胞 B植物的精子细胞 C被子植物的受精卵 D被子植物的的叶肉细胞 A C 要把一块组织通过培养得到 一株完整植株 , 应该如何操作 呢 ? 切取 形成层 无菌 接种 诱导愈伤组织 的形成 试管苗的形成 培养室 移栽 脱分化 再分化 (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？ 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，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。 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。 (2)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。 (3)请根据上面的实验过程，概括出植物组 织培养技术的流程简图。 植物组织培养就是在 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。 二、植物组织培养 1、概念 2.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 3.条件 植物细胞要处于 离体 状态 给予一定的 营养物质 有机物（蔗糖 .维生素 植物激素等）和矿质元素 无菌 条件，即保证培养材料，培养基，培 养用具完全无菌。一旦发生微生物感染，他 们很快繁殖，争夺营养，并且还会产生毒素， 使培养物很快中毒死亡。 适宜的环境条件 ，如适宜的温度和 PH 外植体 愈伤组织 根、芽 植物体 脱分化 再分化 （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 4. 过 程 强调几个概念 ： 愈伤组织： 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 松无规则的组织。 植物细胞的 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。 脱分化的实质和结果分别是什么？ 实质是恢复细胞的全能性过程。 结果是形成愈伤组织。 植物细胞的 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。 知识拓展 当 细胞分裂素 和 生长素 共同使用时， 能刺激愈伤组织的形成，而通过调节 二者的浓度比，就可以调控植物细胞 培养过程中芽和根的形成，称为“ 激 素杠杆 ”。 1、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光 培养？ 在有光时，往往容易形成维管组 织，而不易形成愈伤组织。 能力提高 2、决定植物脱分化、再分化的关键因 素是什么？ 植物激素 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.未受精的卵发育成植株 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.适宜的养料和激素 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 B.离体状态 C.导入外源基因 D.一定的营养物质和激素 C 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。 二、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？为什么？ 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。 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” 。 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。 白菜 甘蓝 白菜甘蓝 1你认为两个来自不同植物的体细胞完 成融合，遇到的第一个障碍是什么？ 2有没有一种温和的去壁方法呢？ 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？ 请思考： 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 二、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 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 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、优势和未解决的问题 优势 （ 与有性杂交方法比较） ：打破了不同种生 物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于 杂交的亲本组合范围。 未解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良。 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？ 马铃薯 番茄没有像人们预想的那样地上长番 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。 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。 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