一植物细胞工程课件

一植物一植物细胞工程胞工程分株繁殖 3年/次种子繁殖 胚发育不全，萌发率极低2 2一 植物细胞工程3 细胞工程是指应用细胞生物学和分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，通过子生物学的原理和方法，通过细胞水平细胞水平或或细胞器水平细胞器水平上的操作，按照人们的意上的操作，按照人们的意愿来愿来改变改变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞获得细胞产品产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？按操作按操作对象分对象分植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程4应用的原理和方法应用的原理和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的细胞生物学和细胞生物学和细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学分子生物学分子生物学细胞水平或细细胞水平或细细胞水平或细细胞水平或细胞器水平胞器水平胞器水平胞器水平按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质变细胞内的遗传物质变细胞内的遗传物质变细胞内的遗传物质或获得细胞产品或获得细胞产品或获得细胞产品或获得细胞产品概念：概念：5前者前者是是细胞细胞水平或水平或细胞细胞器水平上生物技术器水平上生物技术,后者后者是是分子分子水平上的生物技术。水平上的生物技术。克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 水平上的技术，水平上的技术，培育抗虫棉是培育抗虫棉是 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：细胞细胞分子分子分子分子思考思考:6一一 植物细胞工程植物细胞工程植物细胞工程通常采用的技术手段有：植物细胞工程通常采用的技术手段有：植物组织培养和植物体细胞杂交植物组织培养和植物体细胞杂交植物细胞工程理论基础：植物细胞工程理论基础：植物细胞的全能性植物细胞的全能性7一、细胞的全能性一、细胞的全能性1、定义：、定义：生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整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。个体的潜能的特性。2、原理：、原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特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体所必需的全部基因.受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞3、大小：、大小：植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 胚胎干细胞胚胎干细胞 注意：受精卵的全能性注意：受精卵的全能性注意：受精卵的全能性注意：受精卵的全能性最高最高最高最高 84 4、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官的原因分化成为不同的组织器官的原因 基因基因在特定的时间和空间条件在特定的时间和空间条件下下选择性表达选择性表达的结果的结果5 5、植物细胞表现出全能性的条件：、植物细胞表现出全能性的条件：离体离体一定的营养物质、激素一定的营养物质、激素适宜的温度、适宜的温度、pHpH、无菌等外界条件、无菌等外界条件9 怎样才能由一块组织通过培养得怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株到一株完整植株,应该如何操作应该如何操作?10二、植物组织培养技术：二、植物组织培养技术：植物组织培养11切取切取形成层形成层无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成培养室培养室移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化植物组织培养过程示意图植物组织培养过程示意图121214(3)(3)请根据上面的实验过程，概括出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17应该掌握的几个概念：应该掌握的几个概念：1 1、愈伤组织：、愈伤组织：离体离体的植物器官、组织或的植物器官、组织或细胞，在培养一段时细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。松无规则的组织。20 2 2、植物细胞的、植物细胞的脱分化脱分化：由高度分化的植：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。又称去分化。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？实质实质是恢复细胞的全能性过程。是恢复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。结果是形成愈伤组织。21 3 3、植物细胞的、植物细胞的再分化再分化：脱分化产生的：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。等器官的过程。22依据学过的知识和实验过程思考回答：依据学过的知识和实验过程思考回答：2 2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？什么？植物激素的种类和比例植物激素的种类和比例1 1、离体的器官、组织或细胞，如果不进行、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的植物体？脱分化处理能否培养成完整的植物体？不能，因为细胞已经分化，失去了分裂能力。不能，因为细胞已经分化，失去了分裂能力。不进行脱分化处理就不能形成愈伤组织不进行脱分化处理就不能形成愈伤组织23探究：影响植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？当细胞分裂素当细胞分裂素/生长素的比值生长素的比值高高时有利时有利芽芽的发生；的发生；2.激素比例影响再分化激素比例影响再分化1.激素种类影响脱分化激素种类影响脱分化当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈地刺激愈伤组织的形成。地刺激愈伤组织的形成。当细胞分裂素当细胞分裂素/生长素的比值生长素的比值低低时有利时有利根根的发生。的发生。24小结：小结：u植物组织培养的过程植物组织培养的过程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（离体的（离体的,已已分化组织或分化组织或细胞）细胞）（未分化）（未分化）（分化）（分化）条件？条件？优点优点？特点？特点？繁殖速度快繁殖速度快不受季节限制不受季节限制工厂化生产工厂化生产幼苗无毒幼苗无毒保持优良性状保持优良性状适宜温度、光照、适宜温度、光照、pH和无菌环境。和无菌环境。无机物、有机物无机物、有机物和植物激素（和植物激素（生长生长素，细胞分裂素等素，细胞分裂素等）无定形状态无定形状态薄壁细胞薄壁细胞高度液泡化高度液泡化排列疏松、无规则排列疏松、无规则无叶绿体无叶绿体,不进行光不进行光合作用合作用25u植物组织培养的概念：植物组织培养的概念：植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌和人工控制无菌和人工控制条件条件下，将下，将离体的植物器官、组织、细胞离体的植物器官、组织、细胞，培养，培养在在人工配制的培养基人工配制的培养基上，给予上，给予适宜的培养条适宜的培养条件件，诱导其产生，诱导其产生愈伤组织、丛芽愈伤组织、丛芽，最终形成，最终形成完整的植株完整的植株。26二：植物细胞工程的实际应用二：植物细胞工程的实际应用 1、微型繁殖技术、微型繁殖技术概念概念:是快速高是快速高效实现种苗繁植效实现种苗繁植,培育优良植物品培育优良植物品种的植物组织培种的植物组织培养技术养技术.植植物物繁繁殖殖的的新新途途径径2727特点特点:繁殖速度快；繁殖速度快；“高保真高保真”（因为是无性繁殖）；（因为是无性繁殖）；不受自然生长季节的限制（因为在具有不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。一定人工设施的室内生产）。2828作物脱毒材料作物脱毒材料:分生区的细胞分生区的细胞作物脱毒方法作物脱毒方法:进行组织培养进行组织培养结果结果:脱毒苗脱毒苗2 2、作物脱毒、作物脱毒脱毒草莓2929种类种类:利用的技术利用的技术:组织培养组织培养过程过程:3 3、细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产3030 紫草紫草紫草素紫草素 愈伤组织愈伤组织紫草愈伤组织中提取紫草素的过程紫草愈伤组织中提取紫草素的过程3131诱导植物愈伤组织诱导植物愈伤组织 体细胞胚的诱导体细胞胚的诱导 体细胞胚的成熟体细胞胚的成熟 体细胞胚的机械化包裹体细胞胚的机械化包裹 贮藏或种植贮藏或种植4 4、人工种子、人工种子32323333 生姜是药食两用的经济作物，具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，一般减差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产产30%30%50%50%。设计无病毒生姜幼苗的培设计无病毒生姜幼苗的培育方案育方案案例一案例一请设计请设计343435二、植物体细胞杂交技术：二、植物体细胞杂交技术：因为不同种生物之间存在因为不同种生物之间存在着着生殖隔离生殖隔离，所以用传统，所以用传统的有性杂交方法是不可能的有性杂交方法是不可能做到这一点的。做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体于是，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。细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。这幅番茄这幅番茄这幅番茄这幅番茄马铃薯图利用传统马铃薯图利用传统马铃薯图利用传统马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什有性杂交方法能实现吗？为什有性杂交方法能实现吗？为什有性杂交方法能实现吗？为什么？么？么？么？“Potamato”361 1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇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？到的第一个障碍是什么？2 2有没有一种温和的去壁方法呢？有没有一种温和的去壁方法呢？3 3为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的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？什么特性有关？4 4、把原生质体放在一起能自然融合吗？、把原生质体放在一起能自然融合吗？5 5如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一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？步该做何处理？6 6如何将杂种细胞培育成杂种植株？如何将杂种细胞培育成杂种植株？请思考：请思考：371 1、过程：、过程：杂杂种种植植株株融合的原生质体AB再生出细胞壁脱分化愈愈愈愈伤伤伤伤组组组组织织织织再分化植物细胞的融合植物细胞的融合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组织培养植物组织培养植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞A A A A原生质体原生质体B B原生质体原生质体原生质体原生质体A A A A杂种细胞AB去去去去 壁壁壁壁去去去去 壁壁壁壁人工诱导方法？促进融合的方法？融合融合融合融合完成完成完成完成的的的的标志标志标志标志植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞B B B B38去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等）原生质体融合方法原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEGPEGPEG）理论基础理论基础：细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞膜的流动性细胞的全能性细胞的全能性细胞的全能性细胞的全能性39植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图去壁去壁筛筛选选40利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合412 2、概念：、概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融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合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。植物体的技术。3 3、优势：、优势：（与有性杂交方法比较）与有性杂交方法比较）1 1）克服了不同种生物远缘杂交不亲和的）克服了不同种生物远缘杂交不亲和的 障碍，培育作物新品种；障碍，培育作物新品种；4 4、未解决的问题未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要未能让杂种植物按照人们的需要 表现出亲代的优良表现出亲代的优良品质品质。2 2）大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。）大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。42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，具有生同普通白菜相比，具有生同普通白菜相比，具有生同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。43为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？铃薯？主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它主要原因是：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。下结马铃薯就是很自然的了。44自然界中有一种含有叶绿体的原生动物自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，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。？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。45异想天开异想天开46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471 1、不能人工诱导原生质体融合的方法是（、不能人工诱导原生质体融合的方法是（）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反馈练习反馈练习48谢谢同学们辛苦了！49谢谢大家！