优质公开课-植物细胞工程课件

细胞工程 细胞工程细胞工程的概念胞工程的概念 指应用细胞生物学和分子生物学的原理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，在细胞整体水平和方法，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或细胞器水平上，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。的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。细胞工程的概念 指应用细胞生物学和分子生物学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。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：胞工程与基因工程相比：细胞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细胞工程胞工程细胞工程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。1 1、实质、实质、实质、实质：2、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：基因基因基因基因选择选择性表达的性表达的性表达的性表达的结结果果果果一、植物一、植物细胞工程的理胞工程的理论基基础-细胞全能性细胞全能性3、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）：内因：内因：离体离体细胞、组织或器官（为什么要细胞、组织或器官（为什么要离体离体？）？）外因：外因：1）适宜的外界环境条件）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等 2）培养基）培养基（一定的营养物质，激素一定的营养物质，激素）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二、植物二、植物组织培养培养2、理论基础：、理论基础：植物植物细胞的全能性胞的全能性1、植物组织培养的概念、植物组织培养的概念 下列属于植物下列属于植物组织培养的是培养的是（）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2、理论基础：植物细胞的全能性1、植物组织培切取切取接种接种植物组织培养的培养基定定义：含有一定：含有一定营养成分，供养成分，供组织培养植物培养植物生生长的基的基质无机营养成分：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 生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PHPH值：值：5.05.06.06.0植物组织培养的培养基定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生愈伤组织的形成愈伤组织的形成植物组织培养（试管苗的形成）植物组织培养（试管苗的形成）培养室培养室试管苗大规模培养试管苗大规模培养移栽经过炼苗的小苗的小苗，可苗，可以和一以和一般植物般植物一一样进行大行大规模栽培模栽培移栽经过炼苗的小苗，可以和一般植物一样进行大规模栽培离体的植物器官、离体的植物器官、组织或或细胞（外植体）胞（外植体）愈愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体脱分化脱分化再分化再分化无菌无菌营养：营养：有机物有机物 无机盐无机盐 水分水分一定的外界条件一定的外界条件植物激素：植物激素：细胞分裂素细胞分裂素 生长素生长素遮光遮光一定的光照一定的光照芽芽发育成叶，叶育成叶，叶肉肉细胞中叶胞中叶绿素素的合成需要光照的合成需要光照排列疏松而无排列疏松而无规则，高度液泡化的则，高度液泡化的呈无定形状态的薄呈无定形状态的薄壁细胞壁细胞如：胡如：胡萝卜的形成卜的形成层、菊花、菊花幼茎段、月季的花幼茎段、月季的花药植物植物组织培养技培养技术离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织根、芽植物体脱分二、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胞杂种细胞，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：细胞膜的流胞膜的流动性性和植物细胞的和植物细胞的全能性全能性二、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小组合作讨论（3min）：（1 1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？起，遇到的第一个障碍是什么？（2 2）怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？）怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？（3 3）怎样诱导两个原生质体的融合？）怎样诱导两个原生质体的融合？（3 3）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？（4 4）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？小组合作讨论（3min）：融合的原生融合的原生质体体原生原生质体体B B原生原生质体体A A去壁去壁去壁去壁植物植物A A细胞细胞植物植物B B细胞细胞诱导融合融合再生出再生出细胞壁胞壁杂种种细胞胞脱分化脱分化（细胞分裂）胞分裂）愈愈伤组织再分化再分化杂种植株种植株植物植物组织组织培养培养植物植物细胞细胞融合融合二、二、植植物物体体细细胞胞杂杂交交3 过程过程：融合的原生质体原生质体B原生质体A去壁去壁植物A细4 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扩展了展了用于杂交用于杂交 的亲本范围的亲本范围5 未解决的问题未解决的问题：还不能让杂种植物按照人们的要求：还不能让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。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4 意义：克服了远源杂交不亲和性的障碍扩展了用于杂交 的即时应用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(2.1.2 植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用2.1.2 植物细胞工程的实际应用 资料资料1 1 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的常规繁殖中，遇到的难题是：难题是：用分根法繁用分根法繁殖速度缓慢殖速度缓慢，不利于，不利于新品种的推广新品种的推广;用种子用种子繁殖又很困难繁殖又很困难，因为，因为兰花的种子十分微小，兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。在发芽过程中很容易夭折。资料1 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。资料资料2 2 科学家应用多倍体育种的方法，科学家应用多倍体育种的方法，培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、含糖高、口感好等特点含糖高、口感好等特点。但因其但因其不结种子不结种子，每年必须用四倍体和每年必须用四倍体和二倍体西瓜杂交培育二倍体西瓜杂交培育种子，不仅增加了生种子，不仅增加了生产成本，也给无籽西产成本，也给无籽西瓜的普及带来困难。瓜的普及带来困难。资料2 科学家应用多倍体育种的方法，资料资料3 3 病毒引起的植物病害有病毒引起的植物病害有500500多种。多种。受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损失。失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几分生区几乎不含病毒乎不含病毒。资料3 病毒引起的植物病害有500多种。一、植物繁殖的新途径一、植物繁殖的新途径1.微型繁殖微型繁殖（也叫快速繁殖技术）（也叫快速繁殖技术）2.作物脱毒作物脱毒（培养无病毒植株）（培养无病毒植株）3.神奇的人工种子神奇的人工种子二、作物新品种的培育二、作物新品种的培育三、三、细胞胞产物的工厂化生物的工厂化生产一、植物繁殖的新途径1.微型繁殖（也叫快速繁殖技术）二、作物1.微型繁殖微型繁殖（也叫快速繁殖技术）（也叫快速繁殖技术）(1)概念：概念：应用组织培养技术，快速繁殖优良品种植物应用组织培养技术，快速繁殖优良品种植物(2)特点特点:保持优良品种的遗传特性保持优良品种的遗传特性周期短，不受季节、气候、自然灾害等因素的影周期短，不受季节、气候、自然灾害等因素的影响响高效快速地实现种苗的大量繁殖高效快速地实现种苗的大量繁殖 例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产出例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产出400万株兰花苗。万株兰花苗。1.微型繁殖（也叫快速繁殖技术）例：用一个兰花茎尖就可以在兰花杨树生菜无籽西瓜(3)微型繁殖微型繁殖的应用：的应用：兰花杨树生菜无籽西瓜(3)微型繁殖 (1)材料材料:植物的分生区植物的分生区(茎尖茎尖)-无病毒或极少无病毒或极少 (2)脱毒苗脱毒苗:切取切取茎尖茎尖进行进行组织培养，再生的植组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗获得脱毒苗 2.作物脱毒作物脱毒（培养无病毒植株）（培养无病毒植株）(1)材料:植物的分生区(茎尖)-脱毒脱毒产品品甘蔗甘蔗香蕉香蕉马铃薯马铃薯菠菠萝萝脱毒产品甘蔗香蕉马铃薯菠萝3.神奇的人工种子神奇的人工种子树木需生木需生长数年数年才能才能结出种子。出种子。优良良杂交种后代交种后代会因会因发生性状分生性状分离而离而丧失失优良特良特性性。受季受季节、气候、气候和地域的限制和地域的限制。制种制种时需要占用需要占用大量土地。大量土地。如何克服缺陷？如何克服缺陷？常常规种子植物生种子植物生产的不足的不足3.神奇的人工种子树木需生长数年才能结出种子。优良杂交种后人工种子技技术：结构：结构：特性：特性：优点：优点：胚状体（不定芽、胚状体（不定芽、顶芽、腋芽芽、腋芽）人工薄膜：人工薄膜：加入适量无机加入适量无机盐、有机碳源等养分，、有机碳源等养分，农药、抗生素、有益菌及生、抗生素、有益菌及生长调节剂等等组织培养培养与天然种子比：与天然种子比：解决某些作物繁殖力低、结子困难、发芽率低问题解决某些作物繁殖力低、结子困难、发芽率低问题 保持优良品种遗传特性保持优良品种遗传特性 不受气候、季节、地域的限制，时间短，占地少不受气候、季节、地域的限制，时间短，占地少与与试管苗比：管苗比：有人工薄膜保护，方便地贮藏和运输有人工薄膜保护，方便地贮藏和运输在适宜条件下可以萌在适宜条件下可以萌发长成幼苗。成幼苗。人工种子技术：胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）加入适量无机盐、有人工胚乳相当天然种子的胚相当天然种子的胚(由外植体或愈伤组织产生由外植体或愈伤组织产生)提供提供营养养保保护作用作用人工胚乳相当天然种子的胚提供营养保护作用人工种子人工种子应用用花椰菜花椰菜桉树桉树水稻水稻芹菜芹菜人工种子应用花椰菜桉树水稻芹菜明明显缩短育种年限短育种年限(相对常规选育相对常规选育)后代稳后代稳定遗传定遗传,都是纯合体都是纯合体正常正常植物植物花花药愈愈伤组织组织 单倍体倍体幼苗幼苗脱分化脱分化再分化再分化染色体加倍染色体加倍秋水仙素秋水仙素处理理1.单倍体育种单倍体育种(1)(1)方法方法:(2)优点优点:花花药的离体培养的离体培养获得得单倍体植株，倍体植株，染色体加倍染色体加倍,选择稳定遗传优良品种选择稳定遗传优良品种种子种子纯合体合体选优 自交自交二、作物新品种的培育二、作物新品种的培育明显缩短育种年限(相对常规选育)后代稳定遗传,都是纯合体正常2.突变体的利用突变体的利用 对植物组织培养过程中得对植物组织培养过程中得愈伤组织愈伤组织进行进行诱变诱变处理，处理，促其发生突变，诱导分化成植株，促其发生突变，诱导分化成植株，筛选筛选对人们对人们有利突变有利突变体，体，进而培育新品种进而培育新品种新新品种品种外植体外植体愈愈伤组织 多种多种突变体突变体筛选培育培育脱分化脱分化诱导分化分化诱变处理理白三叶草白三叶草抗病、抗抗病、抗盐、含高蛋白、高产。含高蛋白、高产。2.突变体的利用 对植物组织培养过程中得愈伤组1.种类种类:2.技术技术:蛋白蛋白质、脂肪、糖、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等物、香料、生物碱等.植物的植物的组织培养培养-愈伤组织细胞愈伤组织细胞培养培养注意注意:一般培养到愈伤组织阶段，从一般培养到愈伤组织阶段，从愈伤组织的细胞中获得细胞产物愈伤组织的细胞中获得细胞产物!三、三、细胞胞产物的工厂化生物的工厂化生产1.种类:蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等.植物的组转基因基因细胞胞杂种细胞杂种细胞茎尖、根尖等分生区茎尖、根尖等分生区花药（花粉）花药（花粉）外植体外植体脱分化脱分化愈愈伤组织再分化再分化丛芽或芽或胚状体胚状体 工厂化工厂化生产药物生产药物人工种子人工种子转基因植物基因植物杂种植物杂种植物作物脱毒作物脱毒单倍体育种单倍体育种微型繁殖微型繁殖植物体植物体诱变处理理突突变细胞胞总结:植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用突突变体的利用体的利用+人工薄膜人工薄膜培养培养转基因细胞外植体脱分化愈伤组织再分化丛芽或胚状体 工厂化人