植物细胞工程的基本技术07165课件

专题2 细胞工程1编辑课件 19961996年年7 7月月5 5日日,世界上第一只体世界上第一只体细胞克隆胞克隆动物物-克隆羊克隆羊多利多利诞生于英国。生于英国。这样的生物技的生物技术属于何种生物工程？属于何种生物工程？细胞工程胞工程2编辑课件 细胞工程是指胞工程是指应用用细胞生物学和分子胞生物学和分子生物学的原理和方法，通生物学的原理和方法，通过细胞水平胞水平或或细胞器水平胞器水平上的操作，按照人上的操作，按照人们的意愿来的意愿来改改变细胞内的胞内的遗传物物质或或获得得细胞胞产品品的一的一门综合科学技合科学技术。什么叫什么叫细胞工程？包括哪两胞工程？包括哪两大大领域？域？3编辑课件细胞胞工工程程应用的原理和方法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胞生物学和分子生物学分子生物学细胞整体水平胞整体水平或或细胞器水平胞器水平按照人按照人们的意愿来改的意愿来改变细胞内的胞内的遗传物物质或或获得得细胞胞产品品概念概念分分类植物植物细胞工程胞工程动物物细胞工程胞工程理理论基基础细胞的胞的全能性全能性4编辑课件2.1植物植物细胞工程胞工程2.1.1植物植物细胞工程的基本技胞工程的基本技术植物植物组织培养培养5编辑课件利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花6编辑课件12345再分化再分化(愈愈伤组织)植植物物组织培培养养6脱分化脱分化7编辑课件探究：探究：1 1、为什么植物的一个花瓣就可以培什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？育出完整的植株呢？植物植物细胞具有全能性。胞具有全能性。2 2、什么是、什么是细胞的全能性？胞的全能性？8编辑课件1 1、定、定义：生物体的生物体的细胞具有使后代胞具有使后代细胞胞发育成完整育成完整个体的潜能的特性。个体的潜能的特性。2 2、原理：、原理：生物体的每一个生物体的每一个细胞都包含有胞都包含有该物种所特物种所特有的有的全套全套遗传物物质，都有，都有发育成育成为完整个完整个体所必需的体所必需的全部基因全部基因，从理，从理论上上讲，生物，生物体的每一个体的每一个活活细胞胞都都应该具有全能性。具有全能性。3 3、差异：、差异：（1 1）受精卵的全能性）受精卵的全能性最高最高（3 3）受精卵分化后的）受精卵分化后的细胞中，体胞中，体细胞的胞的全能性比生殖全能性比生殖细胞胞低低受精卵受精卵生殖生殖细胞胞体体细胞胞4 4、大小：、大小：一、一、细胞的全能性胞的全能性植物植物细胞胞动物物细胞胞（2 2）生殖生殖细胞的全能性胞的全能性较高高9编辑课件探究：探究：1 1、克隆羊、克隆羊“多利多利”的的诞生生说明了什么？明了什么？2 2、生物体内的、生物体内的细胞胞为什么没有表什么没有表现出全能性，而是分出全能性，而是分化成不同的化成不同的组织器官？器官？3 3、为何已分化的何已分化的细胞仍具有胞仍具有发育成完整个体的潜能？育成完整个体的潜能？表表现全能性的条件有哪些？全能性的条件有哪些？离体、提供离体、提供营养物养物质、激素及其它适宜条件。、激素及其它适宜条件。细胞核中含有保持物种胞核中含有保持物种遗传性所需的全套基因，并没有因性所需的全套基因，并没有因为细胞分化而胞分化而丢失基因，高度分化的失基因，高度分化的细胞的胞的细胞核仍具有胞核仍具有全能性。全能性。在特定的在特定的时间和空和空间条件下，基因条件下，基因选择性的表达性的表达的的结果。果。生物体的每一个生物体的每一个细胞都含本物种的全套胞都含本物种的全套遗传物物质，都有都有发育成完整个体的全套基因。育成完整个体的全套基因。10编辑课件1 1、有关全能性的表述中，不正确的是（、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受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完胞形成完整个体，因此全能性最高整个体，因此全能性最高 生物体内生物体内细胞由于分化全能性不能表达胞由于分化全能性不能表达 卵卵细胞和受精卵一胞和受精卵一样，细胞未分化，全能胞未分化，全能性很高性很高 植物植物细胞离体培养在一定条件下能表胞离体培养在一定条件下能表现出出全能性全能性C趁趁热打打铁：11编辑课件2.2.下列植物下列植物细胞全能性最高的是（胞全能性最高的是（）A.A.形成形成层细胞胞 B.B.韧皮部皮部细胞胞 C.C.木木质部部细胞胞 D.D.叶肉叶肉细胞胞3 3下列下列细胞全能性最高的是（胞全能性最高的是（）A A植物的卵植物的卵细胞胞B B植物的精子植物的精子细胞胞C C被子植物的受精卵被子植物的受精卵D D被子植物的的叶肉被子植物的的叶肉细胞胞AC12编辑课件4.4.在生物体内，在生物体内，细胞没有表胞没有表现出全能性，出全能性，而是分化而是分化为不同的不同的组织、器官，是因、器官，是因为 （）A A、细胞的基因胞的基因丧失了全能性失了全能性 B B、基因在特定、基因在特定时间和空和空间条件下条件下选择性性表达的表达的结果果 C C、不同的、不同的细胞内基因不完全相同胞内基因不完全相同 D D、在个体、在个体发育的不同育的不同时期，期，细胞内的基胞内的基因因发生了生了变化化 B13编辑课件要把一要把一块组织通通过培养得到培养得到一株完整植株一株完整植株,应该如何操作如何操作呢呢?请同学同学们阅读P34实验完成完成P35讨论题。14编辑课件15编辑课件切取16编辑课件接种17编辑课件培养室18编辑课件19编辑课件愈伤组织的形成20编辑课件21编辑课件试管苗22编辑课件移栽23编辑课件切取切取形成形成层无菌无菌接种接种诱导愈愈伤组织的形成的形成试管苗的形成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24编辑课件(1)(1)在在组织培养培养实验中，中，为什么要什么要强调所用器械的所用器械的灭菌和菌和实验人人员的无菌操作？的无菌操作？植物植物组织培养中用到的培养基含有丰富的培养中用到的培养基含有丰富的营养成养成分，有利于培养物的生分，有利于培养物的生长，然而各种，然而各种杂菌同菌同样也可以也可以在上面迅速生在上面迅速生长，所以植物，所以植物组织培养培养过程中程中污染染现象象经常常发生。培养基一旦被生。培养基一旦被污染，迅速生染，迅速生长的各种的各种杂菌菌不但会和培养物不但会和培养物争争夺营养养，而且，而且这些些杂菌生菌生长的的过程程中会中会生成大量生成大量对培养物有害的物培养物有害的物质，导致培养物迅速致培养物迅速死亡。死亡。造成培养基造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植染的因素有很多，一般包括：外植体体带菌、培养瓶和各种器械菌、培养瓶和各种器械灭菌不菌不彻底、操作人底、操作人员操操作不作不规范等。所以在范等。所以在组织培养培养实验中用到的植物材料中用到的植物材料和各种器械都要和各种器械都要进行行彻底地底地灭菌，菌，实验人人员操作一定操作一定要要规范，避免范，避免带入入杂菌。菌。25编辑课件(2)(2)在本在本实验中，切取胡中，切取胡萝卜卜块根根时强调要切取含有形成要切取含有形成层部分，原因是部分，原因是这部分部分容易容易诱导形成愈形成愈伤组织。请思考一下，思考一下，胡胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用是否也能培养成小植株，你能用实验的的方法方法进行行验证吗？胡胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是也能培养再生形成小植株，只是诱导愈愈伤组织比比较困困难。26编辑课件(3)(3)请根据上面的根据上面的实验过程，概括出植物程，概括出植物组织培养技培养技术的流程的流程简图。27编辑课件 植物植物组织培养就是在培养就是在无菌无菌和和人工控制人工控制条条件下，将件下，将离体离体的植物器官、的植物器官、组织、细胞，胞，培养在人工配制的培养基上，培养在人工配制的培养基上，给予适宜予适宜的培养条件，的培养条件，诱导其其产生愈生愈伤组织、丛芽，最芽，最终形成完整的植株。形成完整的植株。二、植物二、植物组织培养培养1 1、概念、概念28编辑课件离体的植物器官、离体的植物器官、组织或或细胞胞愈愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体外植体外植体脱分化脱分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生胞分裂素、生长素素再分化再分化2、过程程植物植物组织培养条件培养条件：含有全部含有全部营养成分的养成分的培养基、一定的温度、空培养基、一定的温度、空气、无菌气、无菌环境、适合的境、适合的PHPH、适适时光照等。光照等。遮光遮光光照光照细胞分化胞分化程度与程度与细胞分裂能胞分裂能力呈力呈负相相关。关。29编辑课件 1 1、为什么什么诱导愈愈伤组织的的过程中程中应避避光培养？光培养？在有光在有光时，往往容易形成，往往容易形成维管管组织，而不易形成愈，而不易形成愈伤组织。能力提高能力提高2 2、决定植物脱分化、再分化的关、决定植物脱分化、再分化的关键因因素是什么？素是什么？植物激素植物激素30编辑课件强调几个概念：几个概念：愈愈伤组织：离体的植物器官、离体的植物器官、组织或或细胞，在培养一段胞，在培养一段时间以后，通以后，通过细胞分裂，形胞分裂，形成一种高度成一种高度液泡化液泡化，由，由无定无定形状形状态薄壁薄壁细胞胞组成的排列成的排列疏松无疏松无规则的的组织。31编辑课件植物植物细胞的胞的脱分化脱分化：由高度分化的植物器官、：由高度分化的植物器官、组织或或细胞胞产生愈生愈伤组织的的过程，又称程，又称去去分化分化。脱分化的脱分化的实质和和结果分果分别是什么？是什么？实质是恢复是恢复细胞的全能性胞的全能性过程。程。结果是形成愈果是形成愈伤组织。植物植物细胞的胞的再分化再分化：脱分化：脱分化产生的愈生的愈伤组织在在培养培养过程中重新分化成根或芽等器官的程中重新分化成根或芽等器官的过程。程。32编辑课件知知识拓展拓展 当当细胞分裂素胞分裂素和和生生长素素共同使用共同使用时，能刺激愈能刺激愈伤组织的形成，而通的形成，而通过调节二者的二者的浓度比，就可以度比，就可以调控植物控植物细胞胞培养培养过程中芽和根的形成，称程中芽和根的形成，称为“激激素杠杆素杠杆”。具体内容具体内容详见P42P42拓展拓展视野野33编辑课件 激素用量的比例影响激素用量的比例影响实验结果：果：生生长素素用量比用量比细胞分裂素胞分裂素用量，用量，比比值高高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；，有利于根的分化、抑制芽的形成；比比值低低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；，有利于芽的分化，抑制根的形成；比比值适中适中时，促，促进愈愈伤组织的生的生长。知知识拓展拓展34编辑课件反反馈练习1.1.下列属于下列属于组织培养的是（培养的是（）A.A.花粉培养成花粉培养成单倍体植株倍体植株B.B.芽芽发育成枝条育成枝条C.C.根尖分生区根尖分生区发育成成熟区育成成熟区D.D.未受精的卵未受精的卵发育成植株育成植株A35编辑课件2.2.在离体的植物器官、在离体的植物器官、组织或或细胞脱胞脱分化形成愈分化形成愈伤组织的的过程中，下列程中，下列哪一哪一项条件是不需要的（条件是不需要的（）A.A.消毒消毒灭菌菌B.B.适宜的温度适宜的温度C.C.充足的光照充足的光照D.D.适宜的养料和激素适宜的养料和激素C36编辑课件3.3.要将胡要将胡萝卜卜韧皮部皮部细胞培养成完胞培养成完整植株，不需要（整植株，不需要（）A.A.具有完整具有完整细胞核的胞核的细胞胞B.B.离体状离体状态C.C.导入外源基因入外源基因D.D.一定的一定的营养物养物质和激素和激素C37编辑课件4 4、植物、植物组织培养形成的愈培养形成的愈伤组织进行培养，行培养，又可以分化又可以分化形成根、芽等器官，形成根、芽等器官，这一一过程称程称为：A A、脱分化、脱分化 B B、去分化、去分化C C、再分化、再分化 D D、脱分化或去分化、脱分化或去分化38编辑课件5 5、下列不能作、下列不能作为植物植物组织培养培养的材料是的材料是A A、秋海棠的叶、秋海棠的叶 B B、马铃薯的薯的块茎茎C C、成熟的花粉、成熟的花粉 D D、木、木质部中的部中的导管管细胞胞D39编辑课件6、若用、若用“”表示植物表示植物组织培养的培养的过程。程。请回答：回答：（1）表示表示 ，能被培养成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、离体的植物器官、组织或或细胞胞植物植物细胞具有全能性胞具有全能性愈愈伤组织40编辑课件因因为不同种生物之不同种生物之间存存在着在着生殖隔离生殖隔离，所以用，所以用传统的有性的有性杂交方法是交方法是不可能做到不可能做到这一点的。一点的。于是，于是，这些科学家些科学家试图用用这两种植物的体两种植物的体细胞胞进行行杂交，来交，来实现这一美妙的一美妙的设想。想。三、植物体三、植物体细胞胞杂交技交技术这幅番茄幅番茄马铃薯薯图利利用用传统有性有性杂交方法能交方法能实现吗？为什么？什么？41编辑课件 19721972年卡年卡尔森等通森等通过两个烟草品种之两个烟草品种之间原生原生质体的融合，体的融合，获得了第一个体得了第一个体细胞胞杂种。种。19781978年梅年梅尔彻斯斯(Melchers)(Melchers)等首次等首次获得得了番茄和了番茄和马铃薯的属薯的属间体体细胞胞杂种种“PotamatoPotamato”。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、小麦与籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等冠草等细胞胞杂种种及其后代，及其后代，获得了有价得了有价值的新品系或育的新品系或育种上有用的新材料。种上有用的新材料。42编辑课件白菜白菜白菜白菜甘甘甘甘蓝蓝白菜甘白菜甘白菜甘白菜甘蓝蓝43编辑课件1 1你你认为两个来自不同植物的体两个来自不同植物的体细胞完胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？成融合，遇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为什么两个原生什么两个原生质体能体能发生融合，生融合，这与与细胞膜的什么特性有关？胞膜的什么特性有关？4 4如果两个来源不同的原生如果两个来源不同的原生质体体发生了生了融合，下一步融合，下一步该做何做何处理？理？5 5如何将如何将杂种种细胞培育成胞培育成杂种植株？种植株？请思考：思考：44编辑课件杂种种植植株株融合的融合的原生原生质体体ABAB再再生生出出细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤组织再再分分化化1 1、过程程植物植物细胞的融合胞的融合植物植物组织培养培养植物植物细胞胞A A原生原生质体体B B原生原生质体体A A杂种种细胞胞AB去去 壁壁去去 壁壁人人工工诱导方法？方法？促促进融合融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的标志志植物植物细胞胞B B二、植物体二、植物体细胞胞杂交技交技术细胞融合的基胞融合的基础：细胞膜的流胞膜的流动性性45编辑课件去壁去壁去壁去壁纤维素素酶果胶果胶酶原原生生质体体植植物物细胞胞原原生生质体体融融合合离心、离心、振振动、电刺激、刺激、聚乙二聚乙二醇醇再再生生细胞胞壁壁杂种种细胞胞去去分分化化愈愈伤组织杂种种植植株株激素激素筛选等量等量激素激素再再分分化化植物体植物体细胞胞杂交交过程示意程示意图46编辑课件2、概念 将不同种的植物体将不同种的植物体细胞，在一定胞，在一定条件下融合成条件下融合成杂种种细胞，并把胞，并把杂种种细胞胞培育成新的植物体的技培育成新的植物体的技术。3、优势和未解决的问题 优势（与有性与有性杂交方法比交方法比较）：打破了不同种生：打破了不同种生物物间的生殖隔离障碍，大大的生殖隔离障碍，大大扩展了可用于展了可用于杂交的交的亲本本组合范合范围。未解决的未解决的问题：未能未能让杂种植物按照人种植物按照人们 的需要表的需要表现出出亲代的代的优良。良。47编辑课件1.1.为什么什么“番茄番茄马铃薯薯”超超级杂种植株没种植株没有如科学家所想像的那有如科学家所想像的那样，地上，地上长番茄、地番茄、地下下结马铃薯？薯？马铃薯薯番茄没有像人番茄没有像人们预想的那想的那样地地上上长番茄、地下番茄、地下结马铃薯，主要原因是：薯，主要原因是：生生物基因的表达不是孤立的，它物基因的表达不是孤立的，它们之之间是相互是相互调控、相互影响的，控、相互影响的，所以所以马铃薯薯番茄番茄杂交交植株的植株的细胞中胞中虽然具然具备两个物种的两个物种的遗传物物质，但但这些些遗传物物质的表达受到相互干的表达受到相互干扰，不能，不能再像再像马铃薯或番茄植株中的薯或番茄植株中的遗传物物质一一样有有序表达，序表达，杂交植株不能地上交植株不能地上长番茄、地下番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。薯就是很自然的了。48编辑课件2.2.自然界中有一种含有叶自然界中有一种含有叶绿体的原生体的原生动物物眼虫，眼虫，说明植物的明植物的细胞器同胞器同样可以在某些可以在某些动物物细胞中存活，胞中存活，请探探讨：动物物细胞与植物胞与植物细胞之胞之间可以可以实现杂交交吗？如果理如果理论上可行，上可行，请设计出具体出具体实验方案。方案。49编辑课件比比比比较较植物植物组织培养培养植物体植物体细胞胞杂交技交技术所属所属范畴范畴原理原理步步骤意意义联系系无性繁殖无性繁殖细胞全能性胞全能性脱分化脱分化再分化再分化保持保持优良性状良性状繁殖速度快、大繁殖速度快、大规模生模生产提高提高经济效益效益杂交技交技术应用了用了组织培养培养克服不同种生物克服不同种生物远源源杂交交的障碍的障碍去除去除细胞壁胞壁融合形成融合形成杂种种细胞胞组织培养培养膜流膜流动性性细胞全能性胞全能性染色体染色体变异、基因重异、基因重组50编辑课件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 植物植物组织培养培养植物体植物体细胞胞杂交交植物植物细胞的全能性胞的全能性小小结：51编辑课件1、植物体、植物体细胞胞杂交尚未解决的交尚未解决的问题有：有：A A、去掉、去掉细胞壁胞壁,分离出有活力的原生分离出有活力的原生质体体B B、将、将杂种种细胞培育成植株胞培育成植株C C、让杂种植物按照人种植物按照人们的需要表的需要表现出出亲代的代的优良性良性D D、尚未培育出属、尚未培育出属间杂种植物种植物52编辑课件2、不能人工、不能人工诱导原生原生质体融合的方体融合的方法是法是A A、振、振动 B B、电刺激刺激 C C、PEGPEG试剂 D D、重、重压53编辑课件3.植物植物细胞表胞表现出全能性的必要条出全能性的必要条件是件是A.给予适宜的予适宜的营养和外界条件养和外界条件B.导入其他植物入其他植物细胞的基因胞的基因C.脱离母体后，脱离母体后，给予适宜的予适宜的营养养和外界条件和外界条件D.将成熟将成熟筛管的管的细胞核移植到去胞核移植到去核的卵核的卵细胞内胞内54编辑课件4 4、植物体、植物体细胞融合完成的胞融合完成的标志是志是 A A产生新的生新的细胞壁胞壁 B B细胞膜胞膜发生融合生融合C C细胞胞质发生融合生融合 D D细胞核胞核发生融合生融合5 5、用不同种植物的两个体、用不同种植物的两个体细胞融合成一胞融合成一个个杂种种细胞的胞的过程。程。该过程是指程是指 A A不同植物的精子和卵不同植物的精子和卵细胞的融合胞的融合 B B不同植物的原生不同植物的原生质体的融合体的融合C C完整的两个体完整的两个体细胞的融合胞的融合 D D植物花粉植物花粉细胞的两两融合胞的两两融合AB55编辑课件专题训练1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B56编辑课件2某同学在进行组织培养过程中发现只分裂而不分化出芽和根，可能原因是()A未见阳光B培养时间不到C培养基营养过多D细胞分裂素和生长素配比不对D57编辑课件3如图中的A、B为两种二倍体植物，通过植物体细胞杂交技术形成C植株，过程的原理及C含有的染色体组数分别是()A细胞膜的流动性；2B细胞的全能性；4C细胞增殖；4D基因的选择性表达；3B58编辑课件4将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是()B解析细胞分裂素促进细胞分裂，诱导芽的分化；生长素可以促进不定根、侧根的形成；此题中虽然培养基中没有植物激素，但是植物幼苗叶片本身可以产生生长素，而细胞分裂素的产生部位在根尖，所以细胞分裂素不能产生，所以植物能够在一段时间后长出少量的根而没有出芽。59编辑课件5下图是“白菜甘蓝”杂种植株的培育过程。下列说法正确的是()A植物体细胞杂交技术已经能使杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状B愈伤组织是由排列紧密的薄壁细胞组成C上述过程中包含了有丝分裂、细胞分化和减数分裂等过程D“白菜甘蓝”杂种植株具有的性状是基因选择性表达的结果D60编辑课件8(14分)下图表示植物组织培养过程(1)图中过程获得的细胞是正常植物体经_形成的，在这一过程中染色体的变化是_。(2)要顺利完成过程，除了需要各种无机营养物质外，还需要在培养基中加入_、_(两类不同功能的物质)。该过程形成的细胞与正常体细胞相比，具有_的特点。(3)从过程的结果看，它的实质是_。61编辑课件