植物细胞工程选修

细胞工程 前者是前者是细胞水平或胞水平或细胞器水平上胞器水平上生物技生物技术,后者是后者是分子水平上的分子水平上的生物技生物技术克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 水平上的技水平上的技术，培育抗虫棉是术，培育抗虫棉是 水平上的技术。水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞工程与基因工程相比：细胞细胞分子分子思考思考:2.1植物细胞工程植物细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术植物组织培养探究：探究：1 1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养、为什么已分化的植物组织或细胞能培养成完整植物体？成完整植物体？植物细胞具有全能性。植物细胞具有全能性。2、什么是细胞的全能性？、什么是细胞的全能性？已经高度分化的细胞仍然具有发育成完整已经高度分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。个体的潜能。在特定的时间和空间条件下，在特定的时间和空间条件下，基因选择性基因选择性的表达的表达的结果。的结果。生物的每一个细胞都有本物种的生物的每一个细胞都有本物种的全套遗传全套遗传物质物质，都有发育成完整个体的全套基因。，都有发育成完整个体的全套基因。4 4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，、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？而是分化成不同的组织器官？3 3、已分化的细胞为什么具有发育成完整个、已分化的细胞为什么具有发育成完整个体的潜能？体的潜能？6.6.细胞表现全能性的条件有哪些？细胞表现全能性的条件有哪些？离体离体、营养物质、激素及其它适宜条件。、营养物质、激素及其它适宜条件。5 5、大小：、大小：受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞2）植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 3）1）受精卵的全能性最高受精卵的全能性最高 4）分化程度低的细胞分化程度）分化程度低的细胞分化程度 高的细胞高的细胞进行植物行植物组织培养的条件培养的条件(1)条件：条件：植物植物细胞要胞要处于于离体状离体状态。给予一定的予一定的营养物养物质，如有机物，如有机物(蔗糖、蔗糖、维生生素、素、植物激素植物激素等等)和和矿质元素等。元素等。无菌条件：即保无菌条件：即保证培养材料、培养基、培养用培养材料、培养基、培养用具完全具完全无菌无菌。因。因为一旦感染微生物，它一旦感染微生物，它们就会快就会快速繁殖，争速繁殖，争夺营养，并且养，并且还会会产生毒素，使培养生毒素，使培养物很快中毒死亡。物很快中毒死亡。适宜的适宜的环境条件，如适宜的温度和境条件，如适宜的温度和pH等。等。植物组织培养的植物组织培养的培养基培养基无机营养成分：无机营养成分：C C，H H，O O大量元素及部分微量大量元素及部分微量元素元素有机营养成分有机营养成分 含含N N物质：包括维生素和氨基酸物质：包括维生素和氨基酸 碳源：碳源：2%2%5%5%的蔗糖的蔗糖 琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PHPH值：值：5.05.06.06.0请根据上面的实验过程，概括出植物组织培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。养技术的流程简图。植物材料植物材料植物材料植物材料（消毒）（消毒）（消毒）（消毒）脱分化脱分化脱分化脱分化无菌接种、诱导无菌接种、诱导无菌接种、诱导无菌接种、诱导愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织再分化再分化再分化再分化诱导诱导诱导诱导试管苗试管苗试管苗试管苗移栽到大田移栽到大田移栽到大田移栽到大田,培养成正常植株培养成正常植株培养成正常植株培养成正常植株强调几个概念强调几个概念：（1）愈伤组织：）愈伤组织：一团没有结构和功能一团没有结构和功能并处于旺盛分裂状态的并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞。薄壁细胞。（2）植物细胞的脱分化：）植物细胞的脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。（3）脱分化的实质和结果分别是什么？）脱分化的实质和结果分别是什么？实质实质:恢复细胞的全能性过程恢复细胞的全能性过程结果结果:形成愈伤组织形成愈伤组织（4）植物细胞的再分化：）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。器官的过程。(1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调所在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？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，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，导致培养物迅速死会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。亡。(2(2）离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，）离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整植物体？能否培养成完整植物体？（3 3）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？不能，细胞已经分化失去了分化能力。不能，细胞已经分化失去了分化能力。(4 4)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取在本实验中，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），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？验证吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再胡萝卜的其他部分（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。生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。常用材料：茎尖、根尖、叶片和花药等常用材料：茎尖、根尖、叶片和花药等外植体外植体愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体脱分化脱分化再分化再分化一一、植植物物组组织织培培养养的的过过程程（离体的（离体的,已分化组织已分化组织或细胞）或细胞）（未分化）（未分化）（分化）（分化）幼芽或幼根？幼芽或幼根？条件？条件？特点？特点？诱导培养基诱导培养基排列疏松、排列疏松、高度液泡化高度液泡化薄壁细胞团薄壁细胞团分化程度低分化程度低去分化较易去分化较易理论基础：理论基础：细胞的全能性细胞的全能性分化培养基分化培养基 依据依据细胞全能性细胞全能性原理，在原理，在无菌无菌条条件下，分离植物的器官、组织、细件下，分离植物的器官、组织、细胞或原生质体胞或原生质体（外植体），（外植体），并在培并在培养基上培养，在养基上培养，在适宜的条件适宜的条件下使其下使其长成部分或完整植株的技术。长成部分或完整植株的技术。植物的组织培养植物的组织培养名称名称过程程结果果生生长调节剂光光脱分化脱分化由外植体脱由外植体脱分化分化为愈愈伤组织形成排列疏松、形成排列疏松、高度液泡化的高度液泡化的薄壁薄壁细胞胞团生生长素与素与细胞分裂胞分裂素素避避光光再分化再分化由愈由愈伤组织分化分化为幼苗幼苗或胚状体或胚状体有根、芽或有有根、芽或有生根生根发芽的能芽的能力力生生长素与素与细胞分裂胞分裂素素需需光光营养生养生长生殖生殖生生长发育成完整育成完整的植物体的植物体由根、茎、叶、由根、茎、叶、花、果花、果实、种、种子子组成成自身自身产生生各种激素各种激素需需光光反馈练习反馈练习1.下列属于组织培养的是：下列属于组织培养的是：A.花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成雄蜂未受精的卵发育成雄蜂A2.在离体的植物器官、组织或细胞脱在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（哪一项条件是不需要的（）A.消毒灭菌消毒灭菌B.适宜的温度适宜的温度C.充足的光照充足的光照D.适宜的养料和激素适宜的养料和激素C3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（整植株，不需要（）A.具有完整细胞核的细胞具有完整细胞核的细胞B.离体状态离体状态C.导入外源基因导入外源基因D.一定的营养物质和激素一定的营养物质和激素C4、若用、若用“”表示植物组织培养的过程。请回答：表示植物组织培养的过程。请回答：（1）表示表示 ，能被培养成为能被培养成为的根本原因是的根本原因是（2）表示表示脱分化脱分化再分化再分化离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性愈伤组织愈伤组织_在在一一定定的的培培养养条条件件下下也也可可诱导形形成成胚胚状状体体(也也称称为体体细胞胞胚胚)。如如果果模模拟植植物物种种子子的的基基本本结构构，在在胚胚状状体体外外包包裹裹人人工工胚胚乳乳和和人人工工种种皮皮，就可制成就可制成“人工种子人工种子”。人工种子有人工种子有许多多优点，如不受点，如不受_因素的制因素的制约、繁殖速度快，可在短繁殖速度快，可在短时间内提供大量种苗、有利内提供大量种苗、有利于保存种系的于保存种系的优良性状等。良性状等。愈愈伤组织环境境二人工种子二人工种子(1)培培育育过程程：植植物物组织培培养养诱导体体细胞胞胚胚状状体体的的发生生胚胚胎胎发育育同同步步化化的的控控制制人人工工种种皮皮的的包埋等。包埋等。(2)结构：构：番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同 属植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们属植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯块茎生长在土壤中。经常食用的蔬菜。马铃薯块茎生长在土壤中。人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？这个幻想可能实现吗？一个梦想一个梦想?因为不同种生物之间存因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。不可能做到这一点的。于是，科学家试图用这两种植物的体细胞于是，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。进行杂交，来实现这一美妙的设想。二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术这幅番茄这幅番茄马铃薯图利马铃薯图利用传统有性杂交方法能用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？实现吗？为什么？理想图理想图 19721972年卡尔森等通过两个烟草品种之间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。原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。19781978年梅尔彻斯年梅尔彻斯(Melchers)(Melchers)等首次获得等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“马铃薯番茄马铃薯番茄”。目前，已得到栽培烟草与野生烟草、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、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及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。种上有用的新材料。白菜白菜白菜白菜甘蓝甘蓝甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝“白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝”同普通白菜相比，具有同普通白菜相比，具有同普通白菜相比，具有同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。1 1你认为两个来自不同你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什遇到的第一个障碍是什么？么？2 2有没有一种温和的去有没有一种温和的去壁方法呢？壁方法呢？3 3为什么两个原生质体为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？膜的什么特性有关？4 4如果两个来源不同的如果两个来源不同的原生质体发生了融合，原生质体发生了融合，下一步该做何处理？下一步该做何处理？5 5如何将杂种细胞培育如何将杂种细胞培育成杂种植株？成杂种植株？请思考：请思考：杂杂种种植植株株融合的融合的原生质原生质体体ABAB再再生生出出细细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤伤组组织织再再分分化化1 1、过程、过程植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养植物细胞植物细胞A原生质体原生质体B原生质体原生质体A杂种杂种细胞细胞AB去去 壁壁去去 壁壁人人工工诱诱导导方法？方法？促进融合促进融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的标志标志植物细胞植物细胞B二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术离心、振动、电刺激、离心、振动、电刺激、聚乙二醇聚乙二醇2 2 2 2、概念、概念、概念、概念将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合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成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。体的技术。体的技术。体的技术。3 3 3 3、意义、意义、意义、意义在克服不同在克服不同在克服不同在克服不同种种种种生物远缘杂交的障碍上，取得生物远缘杂交的障碍上，取得生物远缘杂交的障碍上，取得生物远缘杂交的障碍上，取得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲本组合。本组合。本组合。本组合。比较比较比较比较植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术所属所属范畴范畴原理原理步骤步骤意义意义联系联系无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞全能性脱分化脱分化再分化再分化保持优良性状保持优良性状繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产提高经济效益提高经济效益杂交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源杂交克服不同种生物远源杂交的障碍的障碍去除细胞壁去除细胞壁融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞组织培养组织培养膜流动性膜流动性细胞全能性细胞全能性染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组三、植物三、植物细胞培养胞培养1植植物物细胞胞培培养养是是指指在在实验室室工工厂厂化化生生产条条件件下下，将将组织培培养养过程程中中形形成成的的_或或其其他他易易分分散散的的组织置置于于_培培养养基基中中，进行行悬浮浮培培养养，得得到到分分散散游游离离的的悬浮浮细胞胞，通通过继代代培培养养使使细胞胞增增殖，从而殖，从而获得大量的得大量的_的一种技的一种技术。2植物植物细胞培养是在胞培养是在_的基的基础上上发展起来的，但与展起来的，但与组织培养不同的是，培养不同的是，细胞培养的胞培养的目的不是使目的不是使细胞形成胞形成组织乃至更多的植物体，而乃至更多的植物体，而是通是通过大大规模的模的细胞培养以胞培养以获得人得人类所需的所需的_。愈愈伤组织液体液体细胞群体胞群体植物植物组织培养培养细胞次生代胞次生代谢产物物1与植物与植物组织培养的比培养的比较植物植物组织培养培养植物植物细胞培养胞培养利用原理利用原理细胞全能性胞全能性细胞增殖胞增殖培养基培养基固体培养基固体培养基液体培养基液体培养基培养培养对象象离体的植物器官、离体的植物器官、组织、细胞或原生胞或原生质体体由愈由愈伤组织分散得到分散得到的的悬浮浮细胞胞培养培养过程程外植体外植体脱分化脱分化再再分化分化芽、根芽、根植物植物幼苗幼苗愈愈伤组织分散成分散成悬浮浮细胞胞继代培养代培养细胞次生代胞次生代谢产物物培养目的培养目的植物幼苗植物幼苗细胞的次生代胞的次生代谢产物物二者关系二者关系植物植物组织培养是植物培养是植物细胞培养的基胞培养的基础；它；它们都属于植物都属于植物细胞工程的范畴胞工程的范畴1 1、不能人工诱导原生质体融合的方法、不能人工诱导原生质体融合的方法是（是（）A A、振动、振动 B B、电刺激、电刺激C C、PEGPEG试剂试剂 D D、重压、重压2 2、植物细胞融合完成的标志的是（、植物细胞融合完成的标志的是（）A A、产生新的细胞壁、产生新的细胞壁 B B、细胞膜发生融合、细胞膜发生融合C C、细胞质发生融合、细胞质发生融合 D D、细胞核发生融合、细胞核发生融合A AD D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 植物组织培养植物组织培养 植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物细胞的全能性植物细胞的全能性小结小结