植物细胞细胞工程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,植物细胞工程,1,怎样把植物的一个花瓣细胞培养成完整的植株呢？,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，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，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。,什么叫细胞工程,？,3,应用的原理：,细胞生物学和分子生物学,细胞水平或细胞器水平,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,分类,植物细胞工程,动物细胞工程,概念解读,研究的水平：,研究的目的：,4,植物细胞工程的基本技术,植物组织培养技术,植物体细胞杂交技术,5,切取植物的组织或细胞（外植体）,植物组织培养技术,植物组织培养过程,6,无菌接种,7,形成愈伤组织,愈伤组织：在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列疏松、无规则）。,8,试管苗的形成,9,试管苗大规模培养,10,移栽,大田移栽,11,切取,形成层,无菌接种,诱导愈伤组织,的形成,试管苗的形成,扩大培养,大田移栽,脱分化,再分化,12,(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？,防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。,讨论,13,(,2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？,胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。,14,(3)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。,模型构建,植物材料,（消毒）,脱分化,（无菌接种、诱导）,愈伤组织,再分化,试管苗,移栽到大田,培养成正常植株,15,强调几个概念,：,愈伤组织：,离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、由薄壁细胞组成的、排列疏松、无固定形态的、不规则的组织。,16,脱分化：,由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。,脱分化的实质和结果分别是什么？,实质是恢复细胞的全能性,结果是形成愈伤组织,再分化,：,脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程,17,探究：,1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养成完整植物体？,植物细胞具有全能性,2、什么是细胞的全能性？,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的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点 。,18,在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果。,生物体的每一个细胞都含,有,本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。,4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？,3、已分化的细胞为什么具有发育成完整个体的潜能？,5、全能性大小有何规律,（1） 受精卵的全能性,最高,受精卵,生殖细胞,体细胞,（2）,植物细胞动物细胞,（3）,（4）分化程度低的细胞分化程度高的细胞,19,7、克隆羊“多利”的诞生说明了什么？,动物细胞的全能性很低，但动物细胞核中含有保持物种遗传性所需的全套基因，并没有因为细胞分化而丢失基因，高度分化的细胞的细胞核仍具有全能性。,6.,细胞,表现全能性的条件有哪些？,离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件（无菌培养、温度、水分、PH）,。,20,1、有关全能性的表述中，不正确的（ ）,受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完,整个体，因此全能性最高,生物体内细胞由于分化、全能性不能表达,卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能,性很高,在一定条件下,植物细胞离体培养能表现出,全能性,C,趁热打铁：,2、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？,不能，因为不进行脱分化处理就不能形成愈伤组织,21,外植体,愈伤组织,根、芽,植物体,脱分化,再分化,一、植物组织培养,（离体的组织或细胞）,（未分化）,（分化）,幼芽或幼根？,条件？,优点？,特点？,繁殖速度快,不受季节限制,工厂化生产,幼苗无毒,保持优良性状,适宜温度、光照、 pH和无菌环境。,无机物、有机物和植物激素（,生长素，细胞分裂素等,）,无定形状态,薄壁细胞,高度液泡化,排列疏松、无规则,无叶绿体,不进行光合,作用,分化程度低去分化较易,22,反馈练习,1.下列属于组织培养的是：（ ）,A.花粉培养成单倍体植株,B.芽发育成枝条,C.根尖分生区发育成成熟区,D.未受精的卵发育成雄蜂,A,23,2.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（ ）,A.消毒灭菌,B.适宜的温度,C.充足的光照,D.适宜的养料和激素,C,24,3、若用“ ,”,表示植物组织培养的过程。请回答：,（1） 表示,，,能被培养成为,的根本原因是,（2） 表示,，,脱分化,再分化,离体的植物器官、组织或细胞,植物细胞具有全能性,愈伤组织,25,由于不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。,二、植物体细胞杂交技术,这幅番茄马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？,理想图,26,1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。,背景资料,1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“马铃薯番茄”。,目前，已培育得到白菜甘蓝等大量农作物新品种,27,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,“白菜甘蓝”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。,28,1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？,2有没有一种温和的去壁方法呢？,3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？,4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？,5如何将杂种细胞培育成杂种植株？,请思考：,29,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,1、过程,植物细胞的融合,植物组织培养,植物细胞A,原生质体B,原生质体A,杂种细胞AB,去 壁,去 壁,人,工,诱,导,方法？,促进融合的方法？,植物细胞B,二、植物体细胞杂交技术,30,(1),(1),(2),(3),(4),(5),过程示意图,31,2、概念,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植物体的技术。,3、意义,在克服不同种生物远缘杂交的障碍上，取得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲本组合。,4.未能解决的问题,未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状。,32,1.为什么“番茄马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？,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，马铃薯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，,所以,杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。,问题讨论,33,2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，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？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。,34,比较,无性繁殖,细胞全能性,脱分化,再分化,保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产,提高经济效益,杂交技术应用了组织培养,克服不同种生物远源杂交的障碍,去除细胞壁,融合形成杂种细胞,组织培养,膜流动性,细胞全能性,染色体变异、基因重组,35,一、植物繁殖新途径,、微型繁殖技术,概念:是快速高效实现种苗繁植培育优良 植物品种的植物组织培养技术,36,特点, 繁殖速度快；,因为是无性繁殖，能保持优良品种的遗传特性, 不受自然生长季节的限制，易于工业化生产。,应用,快速、大量繁殖名贵花卉或经济作物,37,设计无毒生姜幼苗的培育方案,案例,38,2、 作物脱毒,长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差，而植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。,作物脱毒材料:分生区的细胞,作物脱毒方法:进行组织培养,结果:脱毒苗,39,脱毒草莓,普通草莓,40,实际问题,微型繁殖试管苗的大量贮藏和运输相当困难；天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变；天然种子在生产上受季节等自然环境条件限制，一般每年只繁殖12次，有些甚至十几年才繁殖一次。,能否找到天然种子的替代品？,41,种 子 的 结 构,胚,种皮,胚乳,42,3、人工种子,通过植物组织培养的方法获得的胚状体（包括不定芽、顶芽和腋芽等材料），外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗。,技术：,组织培养,特性：,在适宜条件下可以萌发长成幼苗,优点：,后代无性状分离，保持优良特性,不受季节、气候和地域 的限制,生产周期短，易于储藏和运输,发芽率高、发芽整齐,用途：,解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题,43,人工胚乳是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，请探讨人工胚乳中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工胚乳中加入哪些物质？,问题,针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工胚乳中加入一些植物生长调节剂。,44,人工种子,45,一,、,植物繁殖的新途径,1.微型繁殖,(1)方法:,(2)特点:,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.,植物组织培养技术,快速繁殖优良品种的.,2.作物脱毒,(1)材料: 无病毒的茎尖,(2)脱毒苗: 切取茎尖进行组织培养获得,3.人工种子,(1)特点:,(2)技术:,(3)结构:,后代无性状分离,不受气候,季节和地域限制,植物组织培养.,人工种皮、 胚乳、,胚状体,或,不定芽,或,顶芽,或,腋芽,.,46,二、作物的新品种培育,传统方法：,杂 交,杂交育种的原理:,基因的自由组合定律，,优良的基因自由组合。,缺点:,要不断进行(多年)纯化和选择， 才得到一种符合理想要求的新品种,47,1.单倍体育种,概念:,是指由配子发育成的个体,实例:,蜜蜂中的雄蜂,植物花药离体培养获得的植株,48,花药离体培养,过程:,49,原理:,花药离体培养得到单倍体，单倍体植株幼苗经秋水仙素等处理使其染色体加倍，得到纯合新品种,优点：,单倍体育种可以快速得到纯合体，因此能明显缩短育种年限。,50,2、突变体的利用,突变体产生:,植物组织培养,突变体的利用:,筛选对人有利的突变体培育新品种,51,二,、,作物新品种的培育,1.单倍体育种,(1)方法:,(2)优点：,花药的离体培养,秋水仙素诱导,后代都是纯合体，稳定遗传；,明显缩短育种年限,2.突变体的利用,(1)产生:,植物组织培养,(2)利用:,筛选对人们有利突变体,进而培育新品种,52,3.细胞产物的工厂化生产,(1)种类:蛋白质、脂肪、糖类、色素、,香料、生物碱等细胞代谢产物,(2)技术:植物的组织培养,(3)实例,53,人参皂疳的生产,54,紫草,紫草素,愈伤组织,紫草素的生产,55,56,高效抗癌的药物紫杉醇，虽然能造福人类，却为濒危的红豆杉带来一场灭顶之灾。 利用植物组织培养技术大量生产紫杉醇，从而可以拯救红豆杉 植物组织培养技术在节约资源、保护环境方面也有重要意义。,57,