高中生物植物细胞工程

细胞工程的概念细胞工程的概念 细胞工程是指应用细胞生物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，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胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。细胞工程细胞工程植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程植物细胞工程的基本技术和理论基础植物细胞工程的基本技术和理论基础 植物细胞工程的理论基础是：植物细胞工程的理论基础是： 植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞工程常用的技术是植物细胞工程常用的技术是 植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交植物体细胞杂交一、细胞的全能性一、细胞的全能性植物组织培养的概念植物组织培养的概念 植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，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。生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。植物组织培养的过程植物组织培养的过程离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞脱分化脱分化（又叫去分化（又叫去分化,由高度分化的植由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。程，称为植物细胞的脱分化。)愈伤组织愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）化的呈无定形状态的薄壁细胞）再分化再分化根或芽等器官根或芽等器官植物体植物体植物组织培养的条件：植物组织培养的条件： 适宜的养料和激素，适宜的适宜的养料和激素，适宜的温度和无菌条件温度和无菌条件脱分化产生的愈伤组织继续进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行培养又可以重新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物芽等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。细胞的再分化。相关问题相关问题1 1、在植物组培过程中，为、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无毒，灭菌，并且要求无菌操作？菌操作？2 2、为什么切取胡萝卜根的、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能形成层，其他部分也能培养成小植株吗？培养成小植株吗？3 3、为什么诱导愈伤组织的、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？过程中应避光培养？【实验【实验 胡萝卜的组织培养】胡萝卜的组织培养】在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？菌和实验人员的无菌操作？植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物物争夺营养争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物培养物有害的物质有害的物质，导致培养物迅速死亡。，导致培养物迅速死亡。造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。带入杂菌。 在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形容易诱导形成愈伤组织成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分。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，（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？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再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。可以让学生参考利用胡萝卜根进行组织培养。可以让学生参考利用胡萝卜根进行组织培养的实验，尝试设计出利用胡萝卜的茎、叶、花的实验，尝试设计出利用胡萝卜的茎、叶、花进行组织培养的实验流程。进行组织培养的实验流程。1. 1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？，灭菌，并且要求无菌操作？3 3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能、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？培养成小植株吗？细胞离体、一定的营养物质、细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件激素和其他外界条件避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，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。且有些杂菌会危害培养物的生长。想一想 胡萝卜根胡萝卜根形成层形成层容易诱导成愈伤组织，容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。是稍微困难些。4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。技术的流程图，并与同学交流。在有光时，往往容易形成在有光时，往往容易形成维管维管组织组织，而不易形成愈伤组织。，而不易形成愈伤组织。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脱分化再分化再分化植物体细胞杂交的概念植物体细胞杂交的概念 将不同种植物的体细胞，将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，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并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。体的技术。 （不同种生物之间（不同种生物之间存在着存在着生殖隔离生殖隔离，所以用传统，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到的有性杂交方法是不可能做到这一点的）这一点的）相关问题相关问题（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合）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？在一起，遇到的第一个障碍是什么？（2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？）有没有一种温和的去细胞壁的方法？（3）为什么两个原生质体能发生融合，这与）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？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融合）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形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？何种处理？（5）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？杂杂种种植植株株融合的融合的原生质原生质体体AB再再生生出出细细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤伤组组织织再再分分化化植物细胞的融合植物组织培养植物细胞植物细胞A原生质体原生质体B原生质体原生质体A杂种杂种细胞细胞AB去去 壁壁去去 壁壁人人工工诱诱导导方法？促进融合促进融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的标志标志植物细胞植物细胞B纤维素酶、果胶纤维素酶、果胶酶等酶等物理法：物理法：离心、振动、电刺激等离心、振动、电刺激等化学法：化学法：聚乙二醇等试剂聚乙二醇等试剂问题问题为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？铃薯？主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它主要原因是：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，所以马铃们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯薯番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种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，杂交植株不能地上长番茄、质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。地下结马铃薯就是很自然的了。 问题问题自然界中有一种含有叶绿体的原生动物自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细虫，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，请设计出可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。具体实验方案。 异想天开异想天开植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用繁殖植物的新途径繁殖植物的新途径微型育种微型育种作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子育种新方法育种新方法单倍体育种单倍体育种诱导突变体诱导突变体细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）一 植物繁殖的新途径 （一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）一 植物繁殖的新途径 讨论讨论一 植物繁殖的新途径 （二）（二）作物脱毒作物脱毒（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 1 1）培育周期长）培育周期长 2 2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性失其优良特性 3 3）生产会受到季节、气候和地域的限制）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地实现制种，并且需要占用大量的土地实现制种（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 胚状体（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 （三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 诱导植物愈伤组织诱导植物愈伤组织 体细胞胚的诱导体细胞胚的诱导 体细胞胚的成熟体细胞胚的成熟 体细胞胚的机械化包裹体细胞胚的机械化包裹 贮藏或种植贮藏或种植思考思考设计人工种子制备技术的主要流程图设计人工种子制备技术的主要流程图（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一 植物繁殖的新途径 讨论讨论（一）单倍体育种（一）单倍体育种二 作物新品种的培育 （一）单倍体育种（一）单倍体育种二 作物新品种的培育 回顾单倍体育种的一般过程并设计出一种通过回顾单倍体育种的一般过程并设计出一种通过植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。单倍体育种的原理单倍体育种的原理:染色体（数目）变异染色体（数目）变异技术：技术：组织培养获得单倍体；秋水素处理单倍体的幼苗，组织培养获得单倍体；秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍使染色体加倍单倍体育种的优点：单倍体育种的优点：明显缩短育种年限明显缩短育种年限（二）（二）突变体的利用突变体的利用二 作物新品种的培育 三 细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产红豆杉与紫杉醇红豆杉与紫杉醇人参皂甘的生产人参皂甘的生产典例精析典例精析1 1、植物的微型繁殖技术是指、植物的微型繁殖技术是指（ ） A A植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术 B B嫁接嫁接 C C营养繁殖营养繁殖 2 2、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是株，这些植株的特点是（ ） A A彼此性状相似彼此性状相似 B B变异频率较高变异频率较高 C C单倍体单倍体 D D都是纯合子都是纯合子课堂演练课堂演练3 3用植物组织培养技术，可以培养或生产（用植物组织培养技术，可以培养或生产（ ） A A食品添加剂食品添加剂 B B无病毒植物无病毒植物 C. C. 人工种子人工种子 D D前三项都是前三项都是4 4下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是（ ） A A花药离体培养得到单倍体植株花药离体培养得到单倍体植株 B.B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株 C C人工种子的培育人工种子的培育 D D“番茄番茄马铃薯马铃薯”杂种植株的培育过程杂种植株的培育过程 5 5、马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后、马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（ ） A A选择优良品种进行杂交选择优良品种进行杂交 B B进行远缘植物体细胞杂交进行远缘植物体细胞杂交 C C利有芽尖进行组织培养利有芽尖进行组织培养 D D人工诱导基因突变人工诱导基因突变6.6.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（）得种苗的过程不涉及细胞的（） A.A.有丝分裂有丝分裂 B.B.分化分化 C.C.减数分裂减数分裂 D.D.全能性全能性7 7. .基因型为基因型为AaBbAaBb的水稻（含的水稻（含2424条染色体）的花药通过无条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问：（1 1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得中获得等营养物质。等营养物质。（2 2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_ _ _和和_两类激素。两类激素。水、无机盐、维生素和小分子有机物水、无机盐、维生素和小分子有机物细胞分裂素细胞分裂素（3 3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是是_ _能利用光能制造有机物，供试管能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。苗生长发育。（4 4）试管苗的细胞核中含）试管苗的细胞核中含_条脱氧核糖核苷酸链条脱氧核糖核苷酸链。（5 5）培育成的试管苗可能出现的基因型有）培育成的试管苗可能出现的基因型有_ _。 叶绿体叶绿体 2424ABAB、aBaB、AbAb、abab