植物细胞工程课件

1.第三章 细胞工程1.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胞内的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？包括哪两大胞工程？包括哪两大类型？型？2.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，第一第一节 植物植物细胞工程胞工程一、植物一、植物细胞工程的基本技胞工程的基本技术3.第一节 植物细胞工程一、植物细胞工程的基本技术3.脱分化脱分化再分化再分化正常菊花正常菊花花瓣花瓣（高度分（高度分化的化的组织）愈愈伤组织根、芽根、芽（试管苗）管苗）移栽移栽 让已已经分化分化的的细胞，胞，经过诱导后，失去其特后，失去其特有的有的结构和功能而构和功能而转变成成未分化未分化细胞的胞的过程程排列疏松、无排列疏松、无规则、高度液、高度液泡化的无定形状泡化的无定形状态的薄壁的薄壁细胞胞愈愈伤组织重新分化成重新分化成根或芽等器官的根或芽等器官的过程程植物植物组织培养培养4.脱分化再分化正常菊花花瓣愈伤组织根、芽（试管苗）移栽 让已经探究：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？5.探究：1、为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？植物（一）植物（一）植物细胞的全能性胞的全能性1 1、细胞全能性的概念：胞全能性的概念：具有某种生物全部具有某种生物全部遗传信息的信息的任何一个任何一个细胞胞，都具有都具有发育成完整生物体的潜能，也就是育成完整生物体的潜能，也就是说，每个生物每个生物细胞胞都具有全能性的特点。都具有全能性的特点。植物植物组织培养培养技技术的理的理论依据依据2 2、原因：、原因：生物体的每一个生物体的每一个细胞都含有本物种的胞都含有本物种的全套全套遗传物物质，都有都有发育成完整个体所必需的育成完整个体所必需的全套基因全套基因。3 3、现实表表现：在生物体的生在生物体的生长发育育过程中，程中，细胞并不会表胞并不会表现出出全能性，而是全能性，而是分化分化成各种成各种组织和器官。和器官。细胞分化的原因：胞分化的原因：基因基因选择性表达性表达4 4、细胞全能性的差异：胞全能性的差异：6.（一）植物细胞的全能性1、细胞全能性的概念：具有某种生物全部（二）植物（二）植物组织培养技培养技术请认真真阅读资料料2828页的的“实验原理原理”部分，思考部分，思考下列下列问题：1 1、根据、根据实验原理的内容可知，植物原理的内容可知，植物组织培养技培养技术的整个的整个过程程证明了什么明了什么观点？点？2 2、细胞表胞表现出全能性，需要哪些必要条件？出全能性，需要哪些必要条件？3 3、你、你觉得得选择胡胡萝卜的哪个部位作卜的哪个部位作为实验材料材料较好？好？证明了分化的植物明了分化的植物细胞，仍具有形成完整植株所需要的胞，仍具有形成完整植株所需要的全部基因。全部基因。7.（二）植物组织培养技术胡萝卜的组织培养请认真阅读资料28页的离体状离体状态离体的植物器官、离体的植物器官、组织、细胞叫做胞叫做外植体外植体营养物养物质:无机无机营养成分：水、无机养成分：水、无机盐有机有机营养成分：氮源（养成分：氮源（维生素和氨基酸）、生素和氨基酸）、碳源（蔗糖）碳源（蔗糖）2 2、细胞表胞表现出全能性，需要哪些必要条件？出全能性，需要哪些必要条件？激素：激素：细胞分裂素：胞分裂素：其他适宜条件：其他适宜条件：无菌、适宜温度、湿度、无菌、适宜温度、湿度、pH、氧气、适、氧气、适时光照等光照等主要是主要是生生长素：素：用于用于诱导细胞分裂和根的分化胞分裂和根的分化主要作用是促主要作用是促进细胞分裂或胞分裂或分化出不定芽分化出不定芽根据根据诱导的需求，的需求，对生生长素和素和细胞分裂素胞分裂素要按要按一定比例使用一定比例使用。8.离体状态离体的植物器官、营养物质:无机营养成分：水、无机盐有3 3、你、你觉得得选择胡胡萝卜的哪个部位作卜的哪个部位作为实验材料材料较好？好？皮皮层形成形成层木木质层韧皮部皮部取取样部位部位含有形成含有形成层的部分的部分什么原因？什么原因？优良的品种良的品种9.3、你觉得选择胡萝卜的哪个部位作为实验材料较好？皮层形成层木操作步操作步骤：1 1、将胡、将胡萝卜根卜根进行消毒。行消毒。2 2、用无菌的解剖刀切取、用无菌的解剖刀切取胡胡萝卜卜形成形成层部位部位的的组织块，获得外植体。得外植体。3 3、将外植体接种到、将外植体接种到灭菌后菌后的培养基上，恒温的培养基上，恒温避光条避光条件下件下诱导形成愈形成愈伤组织.4 4、将愈、将愈伤组织转接到分接到分化培养基上化培养基上光照下光照下培养，培养，诱导分化生成分化生成胚状体或从胚状体或从芽芽，进而而发育成育成试管苗管苗。5 5、将、将试管苗移栽到大田，管苗移栽到大田，培养成正常植株。培养成正常植株。外植体外植体脱分化脱分化愈愈伤组织胚状体胚状体试管苗管苗正常植株正常植株再分化再分化移栽移栽10.操作步骤：1、将胡萝卜根进行消毒。2、用无菌的解剖刀切取胡萝1 1、在、在组织培养培养实验中，要中，要强调对所用器械、培养基所用器械、培养基灭菌菌和和实验人人员的无菌操作，的无菌操作，为什么呢？什么呢？2 2、本、本实验中，切取胡中，切取胡萝卜卜块时强调要切取含有形成要切取含有形成层部部分，原因是什么呢？分，原因是什么呢？请思考一下，胡思考一下，胡萝卜的其他部分卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株？（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株？11.思考与讨论：1、在组织培养实验中，要强调对所用器械、培养基灭植物组织培养就是在_的条件下，将_的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的_上，给予适宜的_，诱导其产生_、从芽，最终形成_。培养条件？培养条件？结果？果？应用的原理？用的原理？无菌和人工控制无菌和人工控制离体离体培养基培养基培养条件培养条件愈愈伤组织完整的植株完整的植株12.植物组织培养技术植物组织培养就是在_的三、植物体三、植物体细胞胞杂交技交技术番茄番茄马铃薯薯(理想理想图)这幅番茄幅番茄马铃薯薯图利用利用传统有性有性杂交方法能交方法能实现吗？为什么？什么？13.三、植物体细胞杂交技术番茄马铃薯(理想图)这幅番茄马铃薯植物植物细胞胞A A植物植物细胞胞B B原生原生质体体A A原生原生质体体B B原生原生质体融合体融合正在融合的正在融合的原生原生质体体再生出再生出细胞壁胞壁杂种种细胞胞愈愈伤组织去除去除细胞壁胞壁 脱分化脱分化植物植物组织培养培养植物体植物体细胞胞杂交交1 1、过程程杂种植株种植株再分化再分化融合完成的融合完成的标志志14.植物细胞A植物细胞B原生质体A原生质体B原生质体融合正在融合 将不同种的植物体将不同种的植物体细胞，在一定条胞，在一定条件下融合成件下融合成杂种种细胞，并把胞，并把杂种种细胞培胞培育成新的植物体的技育成新的植物体的技术。2 2、概念、概念3 3、理、理论基基础：植物植物细胞全能性、胞全能性、细胞膜具有一定的流胞膜具有一定的流动性性15.将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并4 4、优势和未解决的和未解决的问题：举例：白菜甘白菜甘白菜甘白菜甘蓝蓝优势（与有性与有性杂交方法比交方法比较）：打破了不同种打破了不同种生物生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交的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。16.4、优势和未解决的问题：举例：白菜甘蓝优势（与有性杂交方法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：17.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 植物组比比比比较较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18.比较细胞全能性脱分化保持优良性状杂交技术应用了组织培养克服1 1下列属于下列属于组织培养的是培养的是 ()()A A花粉培育成花粉培育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细胞胞发育成个体育成个体 A A2.2.植物体植物体细胞胞杂交的交的过程程实质是（是（）A A、细胞胞质融合的融合的过程程 B B、细胞核融合的胞核融合的过程程C C、细胞膜融合的胞膜融合的过程程 D D、细胞原生胞原生质体融合的体融合的过程程D D3.3.在植物在植物细胞工程中，当原生胞工程中，当原生质体融合成一个体融合成一个细胞后胞后，需需要要诱导产生生细胞壁，参与胞壁，参与这一一过程的程的细胞器（胞器（）A A、叶、叶绿体、高体、高尔基体基体 B B、线粒体、高粒体、高尔基体基体C C、叶、叶绿体、体、线粒体粒体 D D、线粒体、内粒体、内质网网B B19.1下列属于组织培养的是()A2.植物体细胞杂交4.4.用用杂合种子尽快合种子尽快获得得纯合子植株的方法是（合子植株的方法是（）A A、种植、种植F1F1选出不分离者出不分离者纯合子合子 B B、种植、种植秋水仙素秋水仙素处理理纯合子合子C C、种植、种植生生长素素处理理纯合子合子D D、种植、种植花花药离体培养离体培养单倍体幼苗倍体幼苗秋水仙素秋水仙素处理理纯合子合子D D5.5.下面关于植物下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是胞工程的叙述，正确的是(多多选)()()A A叶肉叶肉细胞脱分化后可形成具有分裂能力的薄壁胞脱分化后可形成具有分裂能力的薄壁细胞胞B B叶肉叶肉细胞胞经再分化再分化过程可形成愈程可形成愈伤组织C C融合植物叶肉融合植物叶肉细胞胞时，应先去掉先去掉细胞膜胞膜D D叶肉叶肉细胞离体培养胞离体培养时，可以表，可以表现出全能性出全能性ADAD 20.4.用杂合种子尽快获得纯合子植株的方法是（）D5.下6.6.下下图为植物体植物体细胞胞杂交交过程示意程示意图，据，据图回答：回答：步步骤是去掉是去掉 ，使植物，使植物细胞成胞成为 ，最，最常用的方法是常用的方法是_。步步骤一般常用的化学一般常用的化学试剂是是 ，目的是目的是 。在利用在利用杂种种细胞培育成胞培育成为杂种植株的种植株的过程中，运用的程中，运用的技技术手段是手段是 ，其中步，其中步骤相当于相当于 ，步步骤相当于相当于_。细胞壁胞壁 原生原生质体体 酶解法解法 聚乙二醇聚乙二醇 诱导原生原生质体融合体融合 组织培养培养 脱分化脱分化 再分化再分化 21.6.下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：步骤是去7.7.下面所列下面所列过程是植物程是植物组织培养的培养的简略略过程。程。请据此回据此回答：答：脱分化脱分化再分化再分化 表示表示 ，它能被培养成，它能被培养成的根本原因是的根本原因是 。表示表示 ，它的，它的细胞特点是胞特点是 _，它的它的颜色特点是色特点是 。外植体外植体植物植物细胞具有全能性胞具有全能性 愈愈伤组织 细胞排列疏松，高度液泡化无定形状胞排列疏松，高度液泡化无定形状态的薄壁的薄壁细胞胞 色浅色浅 (3)(3)若若是花是花药，则是是 ，这项技技术可用可用在在 上。上。(4)(4)若想制造人工种子，若想制造人工种子，应选择（写（写编号）号）_ 单倍体植株倍体植株 单倍体育种倍体育种 22.7.下面所列过程是植物组织培养的简略过程。请据此回答：外植体二、植物细胞工程的实际应用23.二、植物细胞工程的实际应用23.（一）植物繁殖的新途径1 1、微型繁殖技、微型繁殖技术（1 1）概念：）概念：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。（2 2）优点：点：保持优良品种的遗传特性高效快速地实现种苗的大量繁殖（3 3）实例：例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产出400万株兰花苗。也叫快速繁殖技也叫快速繁殖技术二、植物细胞工程的实际应用24.（一）植物繁殖的新途径1、微型繁殖技术（1）概念：快速繁殖优25.25.人人们利用植物的微型繁殖技利用植物的微型繁殖技术来来进行工厂化育苗生行工厂化育苗生产，这是利用了是利用了该项技技术的哪些的哪些优点？点？在短在短时间中中获得大量的得大量的优质种苗、种苗、可以保持种苗的可以保持种苗的优良良遗传特性的特性的优势。26.讨论人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用27.27.28.28.2 2、作物脱毒、作物脱毒（1 1）常）常选用的部位：用的部位：分生区分生区组织（如茎尖）（如茎尖）（2 2）操作）操作过程程一定大小一定大小的茎尖的茎尖愈愈伤组织胚状体胚状体试管苗（脱毒苗）管苗（脱毒苗）脱分化脱分化再分化再分化29.2、作物脱毒（1）常选用的部位：分生区组织（如茎尖）（2）操（3 3）作物脱毒的）作物脱毒的优点：点：种植的作物就不会或极少感染病毒。种植的作物就不会或极少感染病毒。（4 4）实例：例：脱毒的脱毒的马铃薯薯试管苗管苗脱毒的草莓脱毒的草莓30.（3）作物脱毒的优点：种植的作物就不会或极少感染病毒。（4）31.31.菜豆种子菜豆种子结构构玉米种子玉米种子结构构胚胚胚胚32.菜豆种子结构玉米种子结构胚胚32.天然种子的局限：天然种子的局限：1 1、培育周期、培育周期长2 2、优良良杂种的后代会因种的后代会因发生性状分离而生性状分离而丧失其失其优良特性良特性3 3、生、生产会受到季会受到季节、气候和地域的限制，并且、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地需要占用大量的土地实现制种制种33.天然种子的局限：1、培育周期长2、优良杂种的后代会因发生性状3 3、神奇的人工种子、神奇的人工种子（1 1）人工种子的概念：）人工种子的概念：（2 2）人工种子的）人工种子的结构：构：与受精卵与受精卵发育形成的胚育形成的胚有有类似的似的结构和构和发育育过程程34.3、神奇的人工种子（1）人工种子的概念：（2）人工种子的结构1 1、设计人工种子制人工种子制备技技术的主要流程的主要流程图诱导植物愈植物愈伤组织体体细胞胚的胞胚的诱导体体细胞胚的成熟胞胚的成熟体体细胞胚的机械化包裹胞胚的机械化包裹贮藏或种植藏或种植2 2、人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种、人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比子不可比拟的特点，想一想他的特点，想一想他们具有哪些特点？具有哪些特点？完全保持完全保持优良品良品种的种的遗传特性特性生生产上不受上不受季季节限制限制可以方便地可以方便地贮藏和运藏和运输35.思考：1、设计人工种子制备技术的主要流程图诱导植物愈伤组织体选育出一个可以育出一个可以稳定定遗传的的农作物作物优良品种，常良品种，常规的方法是通的方法是通过什么方式什么方式获得？依据什么原理？得？依据什么原理？36.选育出一个可以稳定遗传的农作物优良品种，常规的方法是通过什么（二）作物新品种的培育1 1、单倍体育种倍体育种（1 1）单倍体的定倍体的定义：体体细胞中含有本物种配子中染色体数目的个体。胞中含有本物种配子中染色体数目的个体。（2 2）单倍体的形成：倍体的形成：由配子不由配子不经过受精作用而直接受精作用而直接发育形成个体。育形成个体。37.（二）作物新品种的培育1、单倍体育种（1）单倍体的定义：体细（3 3）植物）植物单倍体育种的一般倍体育种的一般过程程花粉花粉愈愈伤组织单倍体倍体幼苗幼苗花花药离体培养离体培养染色体加倍染色体加倍的的纯合体合体再分化再分化脱分化脱分化花粉花粉细胞培养胞培养接种接种秋水仙素秋水仙素处理理38.（3）植物单倍体育种的一般过程花粉愈伤组织单倍体幼苗花药离体39.39.（4 4）单倍体育种的倍体育种的优点：点：后代都是后代都是纯合体，能合体，能稳定定遗传明明显缩短育种年限短育种年限（5 5）实例：例：中花中花1111号水稻号水稻40.（4）单倍体育种的优点：后代都是纯合体，能稳定遗传明显缩短2 2、突、突变体的利用体的利用（1 1）突）突变体的体的产生：生：（2 2）利用：）利用：（3 3）实例：例：培养培养细胞一直胞一直处于不断分生状于不断分生状态易受影响而易受影响而产生突生突变。筛选出有用的突出有用的突变体，体，进而培养新品种。而培养新品种。利用突利用突变体已体已经筛选到抗病、抗到抗病、抗盐、含高蛋白，以及、含高蛋白，以及高高产的突的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗体，如抗花叶病毒的甘蔗41.2、突变体的利用（1）突变体的产生：（2）利用：（3）实例：（三）细胞产物的工厂化生产1 1、细胞胞产物：物：2 2、应用的技用的技术：植物植物组织培养技培养技术3 3、实例：例：工厂化生工厂化生产人参皂人参皂甙栽培栽培6-76-7年的人参年的人参20302030天天较多多皂皂甙较少少42.（三）细胞产物的工厂化生产1、细胞产物：2、应用的技术：植物红豆杉，又名紫杉。豆杉，又名紫杉。19711971年，美国化学家从年，美国化学家从红豆杉豆杉树皮中分离出高皮中分离出高抗癌活性的紫杉醇，抗癌活性的紫杉醇，发现紫杉醇具有独特的抗紫杉醇具有独特的抗肿瘤作用。瘤作用。高效抗癌的高效抗癌的药物紫杉醇，物紫杉醇，虽然能造福人然能造福人类，但却，但却为濒危的危的红豆杉豆杉带来一来一场灭顶之灾。怎之灾。怎样拯救拯救红豆杉，并且生豆杉，并且生产大量大量紫杉醇呢？紫杉醇呢？43.红豆杉，又名紫杉。1971年，美国化学家从红豆杉树皮中分离出44.44.