植物细胞工程lily

,*,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,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,*,科学家发现了一株稀有的花卉，现在要大面积推广，你认为可采取什么方法？,植物的组织培养,1,科学家利用菊花花瓣培养的菊花,2,专题2 细胞工程,3,1996年7月5日,世界上第一只体细胞克隆动物-克隆羊,多利,诞生于英国, 标志着一种新的生物技术-动物体细胞克隆技术面世, 也揭开细胞工程更深层次发展的序幕!,4,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？,5,细胞工程,应用的原理和方法,细胞生物学和分子生物学,细胞整体水平或细胞器水平,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,概念,分类,植物细胞工程,研究的目的,研究的水平,动物细胞工程,6,前者,是,细胞水平或细胞器水平,上生物技术,后者,是,分子水平,上的生物技术。,克隆多利羊技术是,水平上的技术，,培育抗虫棉是,水平上的技术。,细胞,分子,举例,细胞工程和基因工程对比：,7,2.1.植物细胞工程,2.1.1.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,8,一、植物组织培养技术,理论基础是什么？,具体做法怎样？,9,实例：非洲紫罗兰的组织培养,10,植物组织培养技术的理论基础是什么？,植物细胞具有全能性。,细胞的全能性概念,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，即每个细胞都具有全能性。,为什么细胞具有全能性呢？,每个细胞具有发育成完整个体所需的 全部遗传信息（基因）。,11,为什么每个细胞都具有发育成完整个体的全部遗传信息呢？,生物体每一个体细胞都是一个受精卵经有丝分裂产生的。,你认为生物的哪种细胞最容易发育成生物体（全能性最高） ？,受精卵,12,细胞全能性的高低,1、受精卵生殖细胞体细胞,2、植物细胞动物细胞,3、分化程度低分化程度高,4、增殖细胞不增殖细胞,判断：,同一个体的不同组织细胞中DNA ；,RNA、蛋白质,呢？,不同,相同,13,思考讨论,为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？,基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果,。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。,14,离体,的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,根、芽,植物体,脱分化,再分化,植物组织培养过程,15,愈伤组织：,植物一些分化的细胞，经过激素的诱导，可以脱分化成为一团排列疏松而无规则，高度液泡化的、无定形状态的具有分生能力的薄壁细胞。,脱分化：,已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而变成未分化的细胞。,16,再分化：,脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官的过程。,这样经过脱分化和再分化，离体的植物细胞、组织或器官就形成了一个新的植株。,17,怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株, 应该如何操作?,胡萝卜的组织培养,18,1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？,细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件。,你认为培养基中应当有哪些营养条件？,蔗糖（糖类）、维生素、水、无机盐等；,应添加的激素是什么？,生长素、细胞分裂素等；,外界条件是什么？,适宜的温度、PH值以及适时光照等,。,19,2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？,避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。,你认为杂菌和植物细胞之间有哪些关系？,竞争、寄生。,操作中有哪些措施可防止杂菌的污染？,20,胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织（此处细胞具有分生能力）；其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。,你能设计实验来验证吗？,3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？,21,4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？,在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。,注意：,在诱导愈伤组织再分化成芽，特别是形成叶时，有在光照的条件下进行。,你知道为什么吗？,22,切取,形成层,无菌接种,诱导愈伤组织,的形成,试管苗的形成,培养室,移栽,脱分化,再分化,5、植物组织培养技术的流程图,23,胡萝卜的组织培养流程,获得大量的愈伤组织,愈伤组织接种到分化培养基上,植物材料消毒,接种到诱导培养基,诱导出愈伤组织,愈伤组织转接到继代培养基上,可以不继代培养,直接诱导分化,完整植株,幼苗接种到生根培养基上,分化出幼苗,移栽到大田,若诱导出幼苗的同时也同时实现生根,可以省略生根培养,24,根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培养的概念。,植物组织培养就是在,无菌和人工控制条件,下，将,离体,的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生,愈伤组织、丛芽,，最终形成,完整的植株,。,25,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,根、芽,植物体,外植体,脱分化（避光）,植物激素：,细胞分裂素、生长素,再分化,植物组织培养过程,植物组织培养条件,：,含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。,26,你知道吗？,目前在植物组织培养中应用的培养基一般含有五类成分。请阅读以下相关材料，看看分别属于培养基的哪一成分：,材料1 一般用蒸馏水或去离子水配制培养基，煮沸过的自来水也可利用。,植物原生质体的组成成分，,一切代谢过程的介质和溶剂,水,27,材料2 培养基中包括大量元素和微量元素。大量元素有N、P、K、S、Ca、Mg、Na等，微量元素有Mn、Zn、Cu、B、Mo、Fe等。,细胞内一些重要物质的组成成分，,影响生物体的生命活动,无机营养物,28,材料3 培养基中含有糖、维生素和氨基酸。糖为培养基提供所需要的碳源，并有调节渗透压的作用。常用的是质量分数为24的,蔗糖,，有时也加入葡萄糖和果糖等。一般来说，以蔗糖为碳源时，离体的双子叶植物的根长得较好；而以葡萄糖为碳源时，单子叶植物的根长得较好。植物能够利用的其他形式的碳源有麦芽糖、半乳糖、甘露糖和乳糖，有的还能利用淀粉。维生素和氨基酸类主要有硫胺素（维生素B1）、吡哆素（维生素B6）、烟酸（维生素B3）、泛酸（维生素B5）以及甘氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺等。,糖类作为主要能源物质，,维生素对生长分化有很好的促进作用,有机营养,29,材料4 有时加一些天然的有机物，如椰子乳、酵母提取物、玉米胚乳、麦芽浸出物或番茄汁等。它们对愈伤组织的诱导和分化往往是有益的。,对愈伤组织的诱导、分化往往有益,有机添加物,30,材料5,常用生长素和细胞分裂素,，如2，4D、萘乙酸、吲哚乙酸、吲哚丁酸等用于诱导细胞的分裂和根的分化。吲哚乙酸易被光和酶氧化分解，所以加入的浓度较高，常为130mg/L，萘乙酸、2，4D的浓度则以0.12mg/L为宜。激动素、6苄基腺嘌呤、异戊烯基腺嘌呤、玉米素等可以促进细胞分裂和诱导愈伤组织或器官分化不定芽，它们常用的浓度为0.011mg/L。在原代培养中，一般都需加入激素类物质，但随着继代培养次数的增加，加入量可逐代减少。离体培养物的根芽分化取决于激素间的比例。此外，赤霉素等对刺激培养细胞的伸长也具有一定的作用。,如促进细胞分裂，,诱导愈伤组织或器官分化,生长调节剂,31,组织培养基的成分,水,无机营养物（大量元素、微量元素）,有机营养（碳源、氮源、维生素）,有机添加物,生长调节剂（生长素、细胞分裂素等）,固体培养基：添加琼脂,32,脱分化和再分化的培养条件完全一样吗？,不完全一样,脱分化的过程不需要光照、,脱分化和再分化的过程中所用的激素种类和比例也可能有所不同等,33,1、下列属于组织培养的是（ ）,A. 花药离体培养成单倍体植株,B. 芽发育成枝条,C. 根尖分生区发育成成熟区,D. 利用桑枝条扦插大田并发育成完整植株,34,2、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,植物细胞离体培养在一定条件下能表现出,全能性,C,35,番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。 人们曾经有这样一个幻想：,让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。,这个幻想可能实现吗？,一个梦想?,36,因为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。,于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。,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？,37,1972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“Potamato”。,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、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。,38,1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？,3两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？,4、促进两个原生质体融合的方法有哪些？,5、可能出现几种原生质体融合的结果？,6如果两个来源不同的原生质体发生了融合，融合完成的标志是什么？,7如何将杂种细胞培育成杂种植株？,请思考：,39,植物体细胞杂交过程图,40,(1),(1),(2),(3),(4),(5),植物体细胞杂交,过程示意图,41,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,酶解去 壁,酶解去 壁,人,工,诱,导,方法？,促进融合的方法？,融合完成的,标志,植物细胞B,筛选,倍性增加,42,细胞壁：,酶解法：,纤维素酶、果胶酶,诱导融合方法：,物理法：,离心、振动、电激,等,化学法：,聚乙二醇(PEG),等,原理：,原生质体融合：,杂种细胞培养：,细胞膜的流动性,细胞的全能性,43,2、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、成果和未解决的问题,成果：,克服不同生物远缘杂交的障碍,，出现自然界,没有的新品种,。,未解决的问题,：未能让杂种植物按照人们的需要,表现出亲代的优良性状。,44,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,同普通的白菜比,白菜甘蓝杂种植株具有生长周期短、耐热性强和易于贮藏等优点。又相继培育出了：烟草海岛烟草；胡萝卜羊角芹等种间、属间杂种植株。,45,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？,生物基因的表达不是孤立的，他们之间是相互调控、相互影响的，所以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。,46,植物材料,诱导出愈伤组织,除去细胞壁，得到原生质体 动物胚胎细胞培养,融合的胚胎细胞培养,分裂形成胚胎,将胚移植到代孕母的子宫中,动植物杂交种出生,电脉冲融合,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。,47,1、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ）,A、振动 B、电激,C、PEG试剂 D、重压,2、植物细胞融合完成的标志的是（ ）,A、产生新的细胞壁,B、细胞膜发生融合,C、细胞质发生融合,D、细胞核发生融合,A,D,48,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,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,小结,49,2.1.2植物细胞工程的实际应用,50,（1）什么叫植物的微型繁殖技术？ 有什么优点？,（2）人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，利用了该技术的哪些优点？,（3）为何利用植物的组织培养可获得脱毒苗？,（4）为什么要生产人工种子？什么叫人工种子？,（5）人工种子有哪些天然种子没有的优点？,（6）人工种皮中应该具有的有效成分是什么？ 还可以加入什么物质促进胚状体发育？,51,一、植物繁殖的新途径,1.微型繁殖,(,1)微型繁殖技术：快速繁殖优良品种的 植物组织培养技术。,因此，也叫做,快速繁殖技术,。,(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.,52,53,54,2.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。,55,自然界有些具有重要经济价值的植物产生种子的过程非常困难，能否利用植物组织培养的原理获得具有正常发育能力的“人工种子”？,56,(1)人工种子：,以植物组织培养得到的,胚状体、不定芽、顶芽和腋芽,等为材料，经过,人工薄膜,包装得到的种子。,3.神奇的人工种子,（2）优点：,不受季节限制，不会造成性状改变，方便运输和储藏。,57,人造种皮,胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.,人工胚乳或子叶,（3）人工种子的结构,58,人工种皮中应该具有的有效成分是什么？ 还可以加入什么物质促进胚状体发育？,有效成分：养分、无机盐、有机碳源、以及农药、抗生素、有益菌等,，,还可以加入一些植物生长调节剂,。,制备人工种皮的材料：,海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等，使种皮有韧性，耐压易于运输和储存，对胚状体无害。,59,诱导植物愈伤组织,体细胞胚的诱导,体细胞胚的成熟,机械化包装,储藏或种植,人工种子制备的流程图,60,二、作物新品种的培育,1.单倍体育种,（1）方法,花药离体培养；,染色体加倍。,（2）优点,后代稳定遗传,都是纯合子;,明显缩短育种年限。,61,再分化,花粉,接种,花粉细胞培养,愈伤组织,分化出小植物,脱分化,移栽,单倍体植株,染色体加倍,正常植株,花药离体培养和染色体加倍的实验流程,62,2.突变体的利用,（1）突变体的产生,在植物组织培养的过程中，由于培养的细胞一直处于不断的,分生状态,，因此容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生,突变,。,产生的突变属于什么？,为什么不断分生的细胞容易突变？,（2）利用：,筛选对人们有利突变体,进而培育新品种,63,三、细胞产物的工厂化生产,1.产物的种类：,蛋白质，脂肪，糖类，药物，香料，生物碱等。,2.技术：,植物的组织培养,。,紫草素,是一种名贵的香料，用植物组织培养的方法可以大量生产紫草素，你认为紫草素是从什么中提取出来的？,愈伤组织,64,65,小结：植物细胞工程的实际应用,：,（1）植物繁殖的新途径,：,微型繁殖、作物脱毒、人工种子,（2）作物新品种的培育,：,单倍体育种、突变体的利用,（3）细胞产物的工厂化生产,：,蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等,66,