植物细胞工程ppt课件

专题二 细胞工程学习目标学习目标1.明确细胞工程的概念明确细胞工程的概念2.细胞工程的分类、植物细胞工程的主要内容细胞工程的分类、植物细胞工程的主要内容3.植物组织培养技术的基本操作、原理、条件植物组织培养技术的基本操作、原理、条件4.植物体细胞杂交技术的基本操作、原理植物体细胞杂交技术的基本操作、原理专题二 细胞工程学习目标1.明确细胞工程的概念1细胞工程的概念细胞工程的概念 指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗胞器水平上，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。传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。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分子生物学分子生物学细胞整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平按照人们的意愿来改变按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获细胞内的遗传物质或获得细胞产品得细胞产品细胞工程的概念 指应用细胞生物学和分子生物学2前者是前者是细胞水平或细胞器水平细胞水平或细胞器水平上生物技术上生物技术,后者是后者是分子水平上分子水平上的生物技术。的生物技术。克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 水平上的技水平上的技术，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。蛋白质工程是蛋白质工程是 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:分子分子前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术,细胞工程与基因工程相比3细胞工程的分类细胞工程的分类细胞工程细胞工程植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程细胞工程的分类细胞工程植物细胞工程动物细胞工程4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5具有某种生物具有某种生物全部遗传信息全部遗传信息的任何一个细胞都具的任何一个细胞都具有发育成有发育成完整生物体完整生物体的潜能。的潜能。生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的的的的全套遗传物质全套遗传物质全套遗传物质全套遗传物质，都有发育成为完整个体所，都有发育成为完整个体所，都有发育成为完整个体所，都有发育成为完整个体所必需的必需的必需的必需的全部基因全部基因全部基因全部基因，从，从，从，从理论上讲，生物体的每理论上讲，生物体的每理论上讲，生物体的每理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性一个活细胞都应该具有全能性一个活细胞都应该具有全能性一个活细胞都应该具有全能性。1 1、定义、定义、定义、定义：2、基础基础：3、体内细胞未表现全能性的原因：、体内细胞未表现全能性的原因：基因选择性表达的结果基因选择性表达的结果基因选择性表达的结果基因选择性表达的结果 一、植物细胞工程的理论基础一、植物细胞工程的理论基础-细胞全能性细胞全能性 1）离体）离体条件条件（为什么要（为什么要离体离体？P34）2）无菌）无菌 3）适宜的外界环境条件）适宜的外界环境条件（适宜的温度、湿度、光照等适宜的温度、湿度、光照等）4）培养基）培养基（一定的营养物质，激素一定的营养物质，激素）4、全能性表达的条件（植物组织培养的条件）：、全能性表达的条件（植物组织培养的条件）：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞都具有发育成完整生物体65、全能性的高低：、全能性的高低：受精卵受精卵 生殖细胞（精、卵）生殖细胞（精、卵）体细胞体细胞植物植物体体细胞细胞 动物动物体体细胞细胞分化分化程度低的细胞程度低的细胞 分化程度高的细胞分化程度高的细胞 分裂能力强的细胞分裂能力强的细胞 分裂能力弱的细胞分裂能力弱的细胞有关细胞全能性的叙述，不正确的是（有关细胞全能性的叙述，不正确的是（）A.A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此其受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此其全能性最高全能性最高B.B.生物体内细胞由于进行分化，全能性不能表达生物体内细胞由于进行分化，全能性不能表达C.C.卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D.D.在一定条件下，植物细胞离体培养能表现出全能性在一定条件下，植物细胞离体培养能表现出全能性即时应用C 胚胎干细胞胚胎干细胞 其他干细胞其他干细胞体细胞体细胞5、全能性的高低：受精卵生殖细胞（精、卵）体细胞植物7二、植物组织培养二、植物组织培养3 3、理论基础：、理论基础：植物植物细胞的全能性细胞的全能性1 1、植物组织培养的概念、植物组织培养的概念 在在无菌无菌和和人工控制人工控制的条件下的条件下,将将离体离体的植物器官、的植物器官、组织、细胞，培养在组织、细胞，培养在人工配制的培养基人工配制的培养基上，给予上，给予适适宜宜的培养条件，的培养条件，诱导诱导其产生其产生愈伤组织愈伤组织、丛芽，最终、丛芽，最终形成形成完整完整的植株。的植株。2.条件条件：离体离体无菌无菌人工控制人工控制一定的一定的营养营养物质物质和和激素激素（生长素、细胞分裂素）（生长素、细胞分裂素）（4）适宜适宜的条件（无菌、适宜的温度、的条件（无菌、适宜的温度、pH、光照等）、光照等）、二、植物组织培养3、理论基础：植物细胞的全能性1、植物组织培8二、植物组织培养二、植物组织培养下列属于植物组织培养的是下列属于植物组织培养的是（）A.A.花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株B.B.芽发育成枝条芽发育成枝条C.C.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区D.D.未受精的卵发育成植株未受精的卵发育成植株即时应用A二、植物组织培养下列属于植物组织培养的是（）即时应用93.植物组织培养的过程植物组织培养的过程胡萝卜胡萝卜外植体外植体单个细胞单个细胞愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化胚状体胚状体再分化再分化试管植物试管植物离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞脱分化（又叫去分化）脱分化（又叫去分化）P33愈伤组织愈伤组织再分化（再分化（P33）胚状体、根或芽等器官胚状体、根或芽等器官植物体植物体（试管苗）（试管苗）（排列疏松而无规则，（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）状态的薄壁细胞）3.植物组织培养的过程胡萝卜外植体单个细胞愈伤组织脱分化胚状10离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体外植体外植体A、脱分化、脱分化B、再分化、再分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素植物组织培养过程植物组织培养过程1、A过程进行有丝分裂过程进行有丝分裂2、B过程进行有丝分裂同时过程进行有丝分裂同时也进行分化也进行分化3、A不需光照，而不需光照，而B需光需光照，叶绿素的合成需光照照，叶绿素的合成需光照离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体A、脱分11 生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素1，有利于根的形成；有利于根的形成；生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素1，有利于芽的形成；有利于芽的形成；生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素=1，促进愈伤组织的生长。促进愈伤组织的生长。植物激素在植物组织培养中的作用：植物激素在植物组织培养中的作用：植物激素在植物组织培养中的作用：12组织培养的实例：组织培养的实例：胡萝卜的组织培养胡萝卜的组织培养3.3.概括植物组织培养技术的流程简图概括植物组织培养技术的流程简图制备制备外植体外植体接种接种脱分化脱分化培养培养再分再分化培养化培养试管苗试管苗正常植株正常植株转接转接移栽移栽形成层容易诱导产生愈伤组织，其它部分也可以但诱导愈伤组织形成层容易诱导产生愈伤组织，其它部分也可以但诱导愈伤组织蕉困难。蕉困难。2.2.在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层形成层部分，原部分，原因是什么？胡萝卜的其他部分是否也能培育成小植株？因是什么？胡萝卜的其他部分是否也能培育成小植株？1.1.为什么要强调所用器械的为什么要强调所用器械的灭菌灭菌和实验人员的和实验人员的无菌操作无菌操作？杂菌和培养物争夺营养、以及杂菌生长过程中产生大量对培养物杂菌和培养物争夺营养、以及杂菌生长过程中产生大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。有害的物质，导致培养物迅速死亡。组织培养的实例：胡萝卜的组织培养3.概括植物组织培养技术的流13植物细胞工程ppt课件14试管苗大规模培养试管苗大规模培养15人工种子结构：结构：人工薄膜人工薄膜+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）优点：优点：不受气候、季节、地域的限制不受气候、季节、地域的限制保留优良性状保留优良性状时间短，占地少时间短，占地少技术：技术：组织培养组织培养原理：原理：细胞全能性细胞全能性人工种子结构：16二、植物二、植物体细胞杂交体细胞杂交1 概念概念：不同种植物不同种植物的的体细胞融合体细胞融合成一个成一个杂种细杂种细胞胞，杂种细胞，杂种细胞发育成新的植物体发育成新的植物体的方法的方法2 理论基础理论基础：细胞膜的流动性细胞膜的流动性和植物细胞的和植物细胞的全能性全能性3 过程过程：植物细胞植物细胞A 植物细胞植物细胞B植物细胞植物细胞A植物细胞植物细胞B去壁去壁(酶解法酶解法:纤维素酶纤维素酶和果胶酶和果胶酶)去去壁壁原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分原生质体原生质体A原生质体原生质体B原生质体原生质体B诱导诱导融合融合原生质体原生质体A诱导融合：物理法（离心、振动、诱导融合：物理法（离心、振动、电激）化学法（电激）化学法（PEG,聚乙二醇）聚乙二醇）融合的原生质体融合的原生质体融合的原融合的原生质体生质体物化法物化法再生壁再生壁杂种细胞杂种细胞脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化再生壁再生壁再分化再分化杂种植株杂种植株再分化再分化（无性生殖）（无性生殖）（植物体细胞杂交）（植物组织培养）（植物体细胞杂交）（植物组织培养）4 变异类型变异类型：染色体数目的变异染色体数目的变异二、植物体细胞杂交1 概念：不同种植物的体细胞融合成一个杂17(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图5 意义意义：克服了克服了远源杂交不亲和性远源杂交不亲和性的障碍的障碍6 未解决的问题未解决的问题：还不能让：还不能让杂种植物按照人们的要求杂种植物按照人们的要求表现出亲代性状表现出亲代性状(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交过程示意图18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回顾、植物体细胞杂交基本过程回顾、植物体细胞杂交基本过程酶解法（纤维酶解法（纤维素酶、果胶酶素酶、果胶酶等）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（PEG）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植19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21即时应用1、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是术的是()A利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株多倍体植株B利用花药离体培养得到单倍体植株利用花药离体培养得到单倍体植株C利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株D利用细胞工程培养利用细胞工程培养“番茄番茄马铃薯马铃薯”杂种植杂种植株株A A即时应用1、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是(22异想天开异想天开231、细胞全能性细胞全能性的概念、全能性大小的比较的概念、全能性大小的比较2、植物组织培养植物组织培养的概念、原理、过程。的概念、原理、过程。3、植物组织培养实验植物组织培养实验所需的条件：离体、无菌、培养所需的条件：离体、无菌、培养基、基、环境条件。环境条件。4、植物体细胞杂交植物体细胞杂交的概念、原理、过程。的概念、原理、过程。本节内容小结本节内容小结1、细胞全能性的概念、全能性大小的比较本节内容小结24【解解析析】只只有有将将离离体体植植物物细细胞胞或或组组织织培培养养成成具具有有生生根根发发芽芽能能力力的的胚胚状状结结构构，再再包包上上人人造造种种皮皮，才才能能得得到到人人工工种种子子，而而是是未未分分化化的的愈愈伤伤组组织织，不不具具有有生生根根发发芽芽能能力力，只只有有在在分分化化培培养养基基上培养后，才能用于制造人工种子。上培养后，才能用于制造人工种子。【答案答案】D【解析】只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚252(2011苏北四市调研苏北四市调研)下下图为白菜与甘白菜与甘蓝体体细胞胞杂交育成白菜交育成白菜甘甘蓝杂种植株的示意种植株的示意图。请据此回答：据此回答：(1)图中中过程用到的程用到的酶酶是是_，作用的，作用的结果是果是获得得_。(2)在在过程程中中，常常用用的的化化学学诱导剂是是_，若若在在容容器器中中放放置置若若干干a、b，诱导完完成成且且假假设所所有有细胞胞发生生了了融融合合(只只考考虑细胞胞两两两两融融合合)，然然后后经过程程，形形成成的的d细胞胞的的类型型有有_种种，从从中中选出出_进行培养。行培养。(3)图中中过程是程是_，过程合称程合称_技技术。【答案答案】(1)纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶(具有活力具有活力)原生质体原生质体(2)聚乙聚乙二醇二醇(PEG)3杂种细胞杂种细胞(3)脱分化植物组织培养脱分化植物组织培养 2(2011苏北四市调研)下图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成26 (2011扬州模拟扬州模拟)如图为植物体细胞如图为植物体细胞杂交流程图，请回答下列问题：杂交流程图，请回答下列问题：(1)制制备原生原生质体体时，常用的，常用的酶酶是是_。(2)诱导原生原生质体融合常用的化学体融合常用的化学诱导剂是是_。(3)杂种种细胞胞再再生生出出细胞胞壁壁，此此过程程与与细胞胞内内_(细胞胞器器)有有密密切切关关系系。在在对杂种种细胞胞进行行植植物物组织培培养养时，通通常常还需需要要加加入入的的两两种种植植物物激激素素是是_。通通 过 该 技技 术 得得 到到 的的 杂 种种 植植 株株 在在 形形 态 上上 表表 现 为_，其根本原因是，其根本原因是_。(4)通通常常情情况况下下，马铃薯薯和和番番茄茄杂交交是是不不成成功功的的，原原因因是是_。该项研研究解决了育种究解决了育种过程程_的的问题。(5)通通过细胞工程胞工程获得的得的杂种植株是否可育，种植株是否可育，为什么？什么？_。6)若若马铃薯是四倍体，番茄是二倍体，薯是四倍体，番茄是二倍体，则杂种植株是种植株是_倍体。倍体。纤维素酶、果胶酶纤维素酶、果胶酶PEG(聚乙二醇聚乙二醇)高尔基体高尔基体细胞分裂素和生长素细胞分裂素和生长素同时具有两个亲本的特性同时具有两个亲本的特性具有双亲细胞的全部遗传物质具有双亲细胞的全部遗传物质存在生殖隔离存在生殖隔离远缘杂交不亲和远缘杂交不亲和 可育，因为马铃薯和番茄这两可育，因为马铃薯和番茄这两种植物各自都是可育的，杂种植株也可正常进行减数分裂，产生配子并能受精形成种子种植物各自都是可育的，杂种植株也可正常进行减数分裂，产生配子并能受精形成种子六六 (2011扬州模拟)如图为植物体细胞杂交流27 (2011泰州模拟泰州模拟)我国植物学家将名我国植物学家将名贵兰花的茎尖花的茎尖细胞放在培养基中胞放在培养基中进行培养，行培养，最最终发育成完整的新植株。下育成完整的新植株。下图是是细胞培胞培养形成养形成兰花植株示意花植株示意图，请据据图分析回答：分析回答：(1)过程程和和分分别表示表示_和和_。(2)在在培培养养过程程中中，除除了了提提供供水水分分、无无机机盐、糖糖类、维生生素素及及氨氨基基酸酸外外，还需需要要在在培培养养基基中中加加入入_。同同时，在在培培养养过程程中中，除除必必需需的的温温度度、光光照照和和氧氧气气等等外外界界条条件件外外，成成功功的的另另一一个个关关键是是操操作作过程必程必须保保证_。(3)从从育育种种的的角角度度看看，植植物物组织培培养养与与有有性性生生殖殖相相比比，优势主主要要有有(列列举2条条)：_。(4)植植物物组织培培养养的的过程程中中，可可以以对_进行行化化学学或或物物理理的的诱变处理理，促促使使其其发生生突突变，再再通通过诱导分分化化形形成成植植株株，从从中中选育育出出优良良品品种。种。(5)若若将将兰花花的的茎茎尖尖细胞胞换成成兰花花的的花花粉粉粒粒经组织培培养养形形成成植植株株，这种种育育种方法称种方法称为_，其，其优点是点是_。脱分化脱分化再分化再分化植物激素植物激素无菌无菌能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株愈伤组织愈伤组织单倍体育种单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种 (2011泰州模拟)我国植物学家将28【答案答案】(1)脱分化再分化脱分化再分化(2)植物激素植物激素(或植物激素类似物或植物激素类似物)无菌无菌(3)能能保保持持亲亲本本的的优优良良性性状状；培培养养周周期期短短，繁繁殖殖效效率率高高；能能培培育无病毒植株育无病毒植株(4)愈伤组织愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种(1)微微型型繁繁殖殖，实实际际上上是是一一种种无无性性繁繁殖殖，能能保保持持亲亲本本的的一一切切优优良良性性状状，这这项项技技术术只只运运用用了了植植物物组组织织培培养养，因因此此该该过过程程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。(2)微微型型繁繁殖殖具具有有选选材材少少，培培养养周周期期短短，繁繁殖殖率率高高，便便于于自自动化管理等优点，有利于进行工厂化培养。动化管理等优点，有利于进行工厂化培养。(3)作作物物脱脱毒毒，人人工工种种子子中中的的胚胚状状体体、不不定定芽芽、顶顶芽芽和和腋腋芽芽的获得采用的技术还是微型繁殖。的获得采用的技术还是微型繁殖。【答案】(1)脱分化再分化29