植物细胞工程(选修3).ppt

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。根据操作对象不同，可分为 植物细胞工程和动物细胞工程。 什么叫细胞工程？包括哪两大领域？ 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 细胞水平或细胞器水平 按照人的意愿来改变细胞内 的遗传物质或获得细胞产品 2.1 植物细胞工程 2.1.1 植物细胞工程的基本技术 利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花 探究： 1、为什么植物的一个花瓣就可 以培育出完整的植株呢？ 植物细胞具有全能性。 2、什么是细胞的全能性？ 1、定义： 生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整 个体的潜能的特性。 2、原理： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特 有的全套遗传物质，都有发育成为完整个 体所必需的全部基因，从理论上讲，生物 体的每一个活细胞都应该具有全能性。 3、差异： 受精卵生殖细胞体细胞 一、细胞的全能性 植物细胞动物细胞 探究 ： 怎样把植物的一个花瓣培育成完整的植株？ 花瓣愈伤组织 幼根和芽 完整的 小植株 脱分化 再分化 脱分化 就是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去 其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的 过程。 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过程。 结果是形成愈伤组织。 ？ ？ 愈伤组织 原指植物体受伤时产生 于伤口周围的组织。现 多指切取植物体的一部 分，置于含有生长素和 细胞分裂素的培养液中 培养，诱导产生的无定 形的组织团块。 愈伤组织的特点 排列疏松、高度液泡化的无定形状态薄壁细胞团 菠萝的愈伤组织 非常学案20页 脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重 新分化成根或芽等器官的过程。 再分化： 知识拓展 当细胞分裂素和 生长素共同使用时 ，能刺激愈伤组织 的形成，而通过调 节二者的浓度比， 就可以调控植物细 胞培养过程中芽和 根的形成，称为“ 激素杠杆”。 具体内容详见P42拓展 视野 生长素 细胞分裂素 根 愈伤组织 芽 探究 ： 1.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。 2、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？ 在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果 。 3、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？ 生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质， 都有发育成完整个体的全套基因。 要把一块组织通 过培养得到一株完 整植株,应该如何 操作呢? 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 1 2 3 4 5 再分化 (愈伤组织) 植 物 组 织 培 养 6 脱分化 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？ 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 不但会和培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程 中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速 死亡。 探究 ： 2.在培育过程中，什么时候需要避光处理？ 什么时候需要光照？ 诱导形成愈伤组织时需要避光，在光照条件下，不易 形成愈伤组织。 再分化时需要光照。 3.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？ 也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困 难。 4.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。 植物组织培养技术的概念 就是在无菌和人工控制的条件下，将离体的 植物器官、组织、细胞，培养在人工配置的 培养基上，给予适宜的培养条件，诱导产生 愈伤组织、从芽，最终形成完整的植株。 植物组织培养技术的原理： 植物组织培养技术的过程 ： 植物细胞的全能性 离体的 植物组 织、器 官、细 胞 胚状体 小 植 株 愈伤 组织 脱分化再分化 丛芽、根 试 管 苗 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。 三、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？ 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 植物细胞B 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？ 植物细胞外面有一层细胞壁，这层细胞壁阻碍 着细胞间的杂交。 2有没有一种温和的去壁方法呢？ 纤维素酶和果胶酶去除细胞壁（酶解法） 3、植物细胞去掉细胞壁后叫什么？ 原生质体 4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？(细胞融合的基础) 请思考： 细胞膜具有一定的流动性 7如何将杂种细胞培育成杂种植株？ 5、人工诱导原生质体融合的方法有哪些？ 物理法 化学法 离心、振动、电激等 聚已二醇（PEG）作为诱导剂来诱导细胞融合 植物组织培育技术 6原生质体融合的标志是什么？ 产生新的细胞壁 8植物体细胞杂交技术完成的标志是什么？ 获得杂种植株 9、植物体细胞杂交的原理是什么？ 细胞膜的流动性、植物细胞的全能性 2、植物体细胞杂交技术的概念 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 4、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。 克服远缘杂交不亲和的障碍 白菜白菜 甘蓝甘蓝 白菜甘蓝白菜甘蓝 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？ 马铃薯番茄没有像人们预想的那样地上长番 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， 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，杂交植株不能地上长番茄、地下结马 铃薯就是很自然的了。 课本38页 思考与讨论 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。 2.1 植物细胞工程 2.1.2 植物细胞工程的实际应用 繁殖植物的新途径 微型繁殖 作物脱毒 神奇的人工种子 育种新方法 单倍体育种 突变体的应用 细胞产物的工厂化生产 植物细胞工程的实际应用 植物细胞的全能 性 一、繁殖植物的新途径 1、微型繁殖 繁殖速度快； 高保真（因为是无性繁殖） 不受自然生长季节的限制（因为在具有一定 人工设施的室内生产） 概念： 原理： 优点： 应用组织培养技术， 快速繁殖植物（也叫 快速繁殖技术） 试管苗大规模培养 2、作物脱毒 病毒在作物体内逐年积累，会导致作 物产量降低，品质变差 分生区附近（茎尖、根尖）的病毒极 少，甚至没有 采用茎尖进行组织培养 人工种子人工种子 人工种子人工种子就是以就是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，以过人工薄膜包 装得到在种子。 3、人工种子 胚状体（不定芽、顶芽、腋芽） 结构 人工薄膜 优点： 不受气候、季节、地域的 限制 保留优良性状 时间短，占地少 技术： 植物组织培养 原理： 植物细胞的全能性 养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有 益菌 植物生长调节剂 课本40页 二、作物新品种的培育 1、单倍体育种 花药离体培养 植物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 花药 方法 ： 过程: 花粉细 胞培养 愈伤 组织 分化出 小植株 单倍体植株 正常 植株 接种脱分化 再分化 移栽 染色体加倍 明显缩短了育种年限; 后代稳定遗传.优点： 利用组织培养时，分裂状态的细胞易 受培养条件和外界压力（如射线，化 学物质等）的影响而产生突变的原理 ，诱导并筛选出对人类有用的突变体 。 2、突变体的利用 红豆杉与紫杉醇 人参皂甘的生产 3、细胞产物的工厂化生产 植物组织培养大量生产紫草素 现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、 玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成 功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。 紫草紫草素 愈伤组织 1.植物组织培养属于哪种生殖方式？ 2.植物组织培养得到的植物体细胞中染 色体数目？ 4.要想获得遗传物质来自两个亲本的番茄 马铃薯（番茄、马铃薯之间存在生殖 隔离，有性杂交不能成功），需要用什 么技术手段？ 3.植物组织培养得到的植物，遗传物质 来自 个亲本？ （3）名贵花卉进行离体培养时不应采用该株的（ ） A、茎尖 B、子房壁 C、花粉粒 D、