植物细胞工程的基本技术教学用

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,*,专题2 细胞工程,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。,这样的生物技术属于何种生物工程？,细胞工程,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？包括哪两大领域？,细胞工程,应用的原理和方法,研究的水平,研究的目的,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,动物细胞工程,理论基础,细胞的全能性,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,克隆多莉羊技术是,水平上的技术，培育抗虫棉是,水平上的技术。,细胞工程与基因工程相比：,细胞,分子,思考:,2.1植物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术,学习目标：,1描述植物组织培养的原理和过程。,2简述植物组织培养和植物体细胞杂交技术。,3尝试进行植物组织培养。,1958年，美国科学家斯图尔德（F.C.Steward）将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜新植株。,植物组织培养技术,一、细胞的全能性,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？（,植物组织培养的原理,）,植物细胞具有全能性。,2、什么是细胞的全能性？,（,细胞的全能性的概念,）,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，也就是说，每个生物细胞都具有,全能性,的特点。,在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因,会有选择性的表达出各种蛋白质,，从而构成植物体的不同组织和器官。,生物的每一个细胞都有,该物种所特有的全套遗传物质,，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？,（,植物体中细胞全能性不表达的原因,）,3、已分化的细胞为什么具有发育成完整个体的潜能？（,根本原因,）,A、受精卵生殖细胞体细胞;,B、植物细胞动物细胞;,C、分化程度低的细胞分化程度高的细胞,5、细胞全能性大小:,怎样才,能,能由一,块,块组织,通,通过培,养,养得到,一,一株完,整,整植株,应该,如,如何操,作,作?,科学家,利,利用菊,花,花花瓣,培,培养的,菊,菊花,二、植,物,物组织,培,培养技,术,术,请根据,书,书上实,验,验过程,，,，讨论,以,以下问,题,题：,1.在,植,植物组,培,培过程,中,中，为,什,什么要,进,进行一,系,系列的,消,消毒，,灭,灭菌，,并,并且要,求,求无菌,操,操作？,2.为,什,什么切,取,取胡萝,卜,卜根的,形,形成层,，,，其他,部,部分也,能,能培养,成,成小植,株,株吗？,3、请,同,同学们,根,根据上,述,述过程,概,概括出,植,植物组,织,织培养,技,技术的,流,流程图,，,，并与,同,同学交,流,流。,4、应该掌,握,握的几,个,个概念,：,：愈伤,组,组织、,脱,脱分化,、,、再分,化,化；,脱分化,的,的实质,和,和结果,是,是什么,;,决定植,物,物脱分,化,化、再,分,分化的,关,关键因,素,素是什,么,么？,5、植,物,物细胞,表,表现出,全,全能性,的,的条件,有,有哪些,？,？为什,么,么？,6、,诱导愈,伤,伤组织,的,的过程,中,中对光,有,有什么,要,要求？,为,为什么,?,7、,植物组,织,织培养,不,不同阶,段,段分别,是,是什么,代,代谢类,型,型？,1、在,组,组织培,养,养实验,中,中，为,什,什么要,强,强调所,用,用器械,的,的灭菌,和,和实验,人,人员的,无,无菌操,作,作？,防止,杂菌污,染,染，因为,杂,杂菌生,长,长快，,会,会和培,养,养物争夺营,养,养。杂菌,生,生长过,程,程中会,产,产生有害的,物,物质，导致,培,培养物,迅,迅速死,亡,亡。,讨论,2、为什么,切,切取胡,萝,萝卜根,的,的形成,层,层，其,他,他部分,也,也能培,养,养成小,植,植株吗,？,？,因为这,部,部分容,易,易诱导形,成,成愈伤,组,组织；胡萝,卜,卜的其,他,他部分,（,（如茎,、,、叶、,花,花）也,能,能培养,再,再生形,成,成小植,株,株，只,是,是诱导,愈,愈伤组,织,织比较困,难,难。,讨论,3、植,物,物组织,培,培养技,术,术的流,程,程图。,植物材,料,料,（消毒,）,）,脱分化,无菌接种、诱导,愈伤组,织,织,再分化,诱导,试管苗,移栽到,大,大田,培养,成,成正常,植,植株,脱分化,再分化,胚状体,或,或丛芽,讨论,4、应,该,该掌握,的,的几个,概,概念：,（,1）愈,伤,伤组织,：,：,离体的,植,植物器,官,官、组,织,织或细,胞,胞，在,培,培养一,段,段时间,以,以后，,通,通过脱分化,和,和细胞,分,分裂，形成,一,一种由,高,高度液,泡,泡化的,薄,薄壁细,胞,胞组成,的,的组织,。,。薄壁,细,细胞无,定,定形状,态,态、排,列,列疏松,无,无规则,，,，无叶,绿,绿体,不,不进行,光,光合作,用,用,（,2）植,物,物细胞,的,的,脱分化：,就是让,已,已经,分化的,细,细胞,，经过诱导后，失,去,去其特,有,有的结,构,构和功,能,能而转,变,变成,未分化,细,细胞,的过程,，,，又称,去,去分化,。,。,离体的,器,器官、,组,组织或,细,细胞如,果,果不进,行,行脱分,化,化处理,，,，能否,培,培养成,完,完整的,植,植物体,？,？,不能。,因,因为不,进,进行脱,分,分化处,理,理就不,能,能形成,愈,愈伤组,织,织,（,3）植,物,物细胞,的,的,再分化：,脱分化,产,产生的愈伤组,织,织在培养,过,过程中重新分,化,化根或,芽,芽等器,官,官的过程,。,。,（5）,决,决定植,物,物脱分,化,化、再,分,分化的,关,关键因,素,素,是什么,？,？,植物激,素,素的种,类,类和比,例,例,（4）,脱,脱分化,的,的实质和结果是什么？,脱分化,的,的实质是提高,细,细胞的,全,全能性,过,过程，结果是形成,愈,愈伤组,织,织。,5、植,物,物细胞,表,表现出,全,全能性,的,的条件,：,：,离体（前提,）,）,一定的,营,营养物,质,质（蔗糖,、,、矿质,元,元素、,维,维生素,等,等）、激素（细胞,分,分裂素,、,、生长,素,素、赤,霉,霉素）,。,。,适宜的温度、pH、,无,无菌、,光,光照的,控,控制等外界,条,条件,讨论,6、诱,导,导愈伤,组,组织的,过,过程中,对,对光有,什,什么要,求,求？为,什,什么？,一般避,光,光培养,；,；,在,在有光,时,时，往,往,往容易,形,形成维,管,管组织,，,，而不,易,易形成,愈,愈伤组,织,织。（,但,但再分,化,化时需,要,要光，,光,光能使,细,细胞内,形,形成叶,绿,绿体、,叶,叶绿素,，,，进行,光,光合作,用,用）,7、植,物,物组织,培,培养不,同,同阶段,分,分别是,什,什么代,谢,谢类型,？,？,愈伤组,织,织之前,是,是异养,需,需氧型,（,（蔗糖,供,供能）,，,，愈伤,组,组织之,后,后是自,养,养需氧,型,型。,无定形,状,状态,薄壁细,胞,胞,高度液,泡,泡化,排列疏,松,松、无,规,规则,无叶绿,体,体,不,进,进行光,合,合,作用,外植体,愈伤组织,根、芽,植物体,脱分化,再分化,植物组,织,织培养,的,的过程,（离体,的,的,已,分,分化组,织,织或细,胞,胞）,（未分,化,化）,（分化,）,）,幼芽或,幼,幼根？,条件？,优点？,特点？,繁殖速,度,度快,不受季,节,节限制,工厂化,生,生产,幼苗无,毒,毒,.,.,.,适宜,温,温度、,光,光照、pH,和,和无菌,环,环境。,无机,物,物、有,机,机物和,植,植物激,素,素,分化程,度,度低去,分,分化较,易,易,植物激,素,素：细,胞,胞分裂,素,素、生,长,长素、,赤,赤霉素,小结：,理论基,础,础：,细胞的,全,全能性,植物组,织,织培养,的,的概念,：,：,植物组,织,织培养,就,就是在,无菌和,人,人工控,制,制,条件下,，,，将,离体的,植,植物器,官,官、组,织,织、细,胞,胞,，培养,在,在,人工配,制,制的培,养,养基,上，给,予,予,适宜的,培,培养条,件,件,，诱导,其,其产生,愈伤组,织,织、丛,芽,芽,，最终,形,形成,完整的,植,植株,。,根据上,述,述过程,，,，请同,学,学们讨,论,论归纳,出,出组织,培,培养的,概,概念。,实验,胡,胡萝,卜,卜的组,织,织培养,获得大,量,量的愈,伤,伤组织,愈伤组,织,织接种,到,到分化,培,培养基,上,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,继代培,养,养,直接诱,导,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,出幼苗,的,的同时,也,也同时,实,实现生,根,根,可,以,以省略,生,生根培,养,养,因为不,同,同种生,物,物之间,存,存在着,生,生殖隔,离,离，所,以,以用传,统,统的有,性,性杂交,方,方法是,不,不可能,做,做到这,一,一点的,。,。,于是，,这,这些科,学,学家试,图,图用这,两,两种植,物,物的体,细,细胞进,行,行杂交,，,，来实,现,现这一,美,美妙的,设,设想。,三、植,物,物体细,胞,胞杂交,技,技术,这幅番,茄,茄马,铃,铃薯图,利,利用传,统,统有性,杂,杂交方,法,法能实,现,现吗？,为,为什么,？,？,1你,认,认为两,个,个来自,不,不同植,物,物的体,细,细胞完,成,成融合,，,，遇到,的,的第一,个,个障碍,是,是什么,？,？,2有,没,没有一,种,种温和,的,的去壁,方,方法呢,？,？,3为,什,什么两,个,个原生,质,质体能,发,发生融,合,合，这,与,与细胞,膜,膜的什,么,么特性,有,有关？,4如,果,果两个,来,来源不,同,同的原,生,生质体,发,发生了,融,融合，,下,下一步,该,该做何,处,处理？,5如,何,何将杂,种,种细胞,培,培育成,杂,杂种植,株,株？,请思考：,杂种植株,融合的原生,质,质体AB,再生出细胞,壁,壁,脱分化,愈伤组织,再分化,1、过程,植物细胞的,融,融合,植物组织培,养,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,方法？,融合完成的,标志,植物细胞B,三、植物体,细,细胞杂交技,术,术,三、植物体,细,细胞杂交技,术,术,2、概念,将不同种的,植,植物体细胞，在一定条,件,件下融合成杂种细胞，并把杂种,细,细胞培育成,新,新的植物体,的,的技术。,3、成果和,未,未解决的问,题,题,成果：克服,不,不同生物远缘杂交的障碍，出,现自然界没,有,有的新品种,。,。另外又相,继培育出种,间,间或属间杂,种,种，在生产,上有较高的,应,应用价值。,未解决的问,题,题：未能让,杂,杂种植物按,照,照人们,的需要表现,出,出亲代的优,良,良。,比较,植物组织培养,植物体细胞杂交技术,所属范畴,原理,步骤,意义,联系,无性繁殖,细胞全能性,脱分化,再分化,保持优良性,状,状,繁殖速度快,、,、大规模生,产,产,提高经济效,益,益,杂交技术应,用,用了组织培,养,养,克服不同种,生,生物远源杂,交,交的障碍,去除细胞,壁,壁,融合形成,杂,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,1.植物体,细,细胞杂交包,括,括哪些步骤,？,？,1.除去细,胞,胞壁,2.诱导融,合,合,3.细胞壁,的,的形成,4.植物组,织,织培养,2.为什么,“,“番茄马,铃,铃薯”超级,杂,杂种植株没,有,有如科学家,所,所想像的那,样,样，地上长,番,番茄