植物细胞工程

天使花房 专题2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两大领域 生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的 都有发育成为完整个体所必需的 原因 具有某种生物的任何一个细胞 都具有发育成的潜能 完整生物体 定义 细胞的全能性 细胞全能性大小的比较 受精卵生殖细胞体细胞 植物细胞动物细胞 全套遗传物质 理论基础 全部遗传信息 全部基因 2 1植物细胞工程 2 1 1植物细胞工程的基本技术 2 1 2植物细胞工程的实际应用 植物组织培养技术 植物体细胞杂交技术 植物繁殖的新途径 作物新品种的培育 太原市外国语学校 赵成艺 1958年美国科学家斯图尔德利用胡萝卜韧皮部的细胞进行细胞培养 植物组织培养技术 胡萝卜横切面示意图 皮层 韧皮层 形成层 木质层 取样部位 接种 试管苗的形成 愈伤组织的形成 移栽大田 培养成正常植株 胡萝卜的组织培养 取材 消毒 植物组织培养技术 离体器官组织细胞 脱分化产生的愈伤组织继续进行培养 又重新分化成根或芽等器官 植物体 愈伤组织 根 芽 1 过程 已经高度分化的植物细胞经诱导后逐渐失去原来的结构和功能 转变成未分化细胞的过程 即形成愈伤组织 脱分化 再分化 3 概念 植物组织培养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 2 条件 离体 提供营养的培养基 激素及其他适宜条件 温度 O2 pH 无菌 光照 菊花体细胞胚胎发生及植株再生 矮牵牛茎尖离体培养培养 牡丹成熟胚的离体培养与快速繁殖 微型月季茎段离体培养 大蒜根尖培养及植株再生 植物体细胞杂交技术 去掉细胞壁 原生质体A 原生质体B 原生质体融合 杂种细胞 过程 愈伤组织 杂种植株 融合的原生质体 涉及的方法 1 酶解法去掉细胞壁 分离出有活力的原生质体 植物细胞 原生质体 2 人工诱导两种植物的原生质体融合成杂种细胞 离心 振动 电刺激 聚乙二醇 PEG 处理 3 用植物组织培养法培养杂种细胞为杂种植株 纤维素酶 果胶酶 物理法 化学法 植物体细胞杂交是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 植物细胞A 植物细胞B 愈伤组织 脱分化 杂种植物 再分化 融合 植物组织培养 去壁 杂种细胞 生壁 原生质体A 原生质体B 酶解法 融合原生质体 植物体细胞杂交技术 虽然科学家历尽艰辛 实现了马铃薯和番茄两个物种之间的杂交 可惜这株超级杂种植物既不结番茄 也不长马铃薯 这是为什么呢 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同时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 因此杂交植株不能出现想象的结果 意义 与有性杂交 种内 相比 植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲合的障碍 大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围 种间 属间 并且培育出了许多在生产上有较高应用价值的杂种植株品种 烟草 海岛烟草 胡萝卜 羊角芹 白菜 甘蓝 2 1 2植物细胞工程的实际应用 资料1科学家应用多倍体育种的方法 培育出的三倍体无子西瓜 具有无子 含糖高 口感好等特点 但因其不结种子 每年必须用四倍体和二倍体西瓜杂交培育种子 不仅增加了生产成本 也给无籽西瓜的普及带来困难 资料2病毒引起的植物病害有500多种 受害的植物包括粮食作物 蔬菜 果树和花卉 如水稻 小麦 棉花 马铃薯 油菜 大蒜 苹果 枣 唐菖蒲 兰花等 而且没有有效的防治办法 只能拔除病株 造成很大的经济损失 病毒多集中在种子 老叶等器官中 在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少 在分生区几乎不含病毒 资料3兰花因高雅美丽而深受人们喜爱 兰花常用分根法和种子进行繁殖 在兰花的常规繁殖中 遇到的难题是 用分根法繁殖速度缓慢 不利于新品种的推广 用种子繁殖又很困难 因为兰花的种子十分微小 胚很纤弱 种子几乎没有储藏营养物质 在发芽过程中很容易夭折 一 微型繁殖技术 也称快速繁殖技术 一 植物繁殖的新途径 1 概念 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 2 优点 3 成就 1 保持优良品种的遗传特性 2 高效快速地实现种苗的大量繁殖 利用了植物 微型 繁殖技术的 1 保持优良品种的遗传特性 2 高效快速地实现种苗的大量繁殖 在短时间中获得大量的优质种苗 一 微型繁殖技术 也称快速繁殖技术 一 植物繁殖的新途径 二 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 分生区 如茎尖 的细胞 进行组织培养 获得脱毒苗 5 成就 1 原因 2 材料 3 方法 4 结果 一 植物繁殖的新途径 三 神奇的人工种子 1 天然种子的局限 1 培育周期长 2 优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性 3 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 一 植物繁殖的新途径 2 人工种子 胚状体 一 植物繁殖的新途径 三 神奇的人工种子 通过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 1 人工种子概念 胚状体 或不定芽 顶芽和腋芽 人工种皮 一 植物繁殖的新途径 三 神奇的人工种子 2 人工种子组成 诱导植物愈伤组织 体细胞胚的诱导 体细胞胚的成熟 体细胞胚的机械化包裹 贮藏或种植 设计人工种子制备技术的主要流程图 一 植物繁殖的新途径 三 神奇的人工种子 培植周期短 后代无性状分离 不受气候 季节和地域限制 可以很方便地贮藏和运输 加入适量的养分 无机盐 有机碳源以及农药 抗生素 有益菌 植物生长调节剂等 1 优点 2 人工种皮的有效成分 一 植物繁殖的新途径 三 神奇的人工种子 一 单倍体育种 二作物新品种的培育 体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体 由配子不经过受精作用而直接发育成的个体 例 蜜蜂中的雄蜂 长得弱小 而且高度不育 1 单倍体定义 2 单倍体形成 3 单倍体植株的特点 4 设计出通过植物花药组织培养生成正常植株的实验流程 一 单倍体育种 二作物新品种的培育 花药 花粉细胞培养 愈伤组织 根 芽 单倍体植株 正常植株 后代都是纯合子 明显缩短育种年限 5 优点 6 成就 一 单倍体育种 二作物新品种的培育 二 突变体的利用 植物组织培养过程中 由于培养细胞一直处于不断的分生状态 易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变 1 产生 筛选对人们有利突变体 进而培育新品种 2 利用 二作物新品种的培育 蛋白质 脂肪 糖类 药物 香料 生物碱等 1 细胞产物种类 三细胞产物的工厂化生产 植物的组织培养 2 技术 3 成就 1 植物的微型繁殖技术是指 A 植物体细胞杂交技术B 嫁接C 营养繁殖D 植物组织培养 课堂演练 C A 3 用植物组织培养技术 可以培养或生产 A 食品添加剂B 无病毒植物C 人工种子D 前三项都是4 下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是 A 花药离体培养得到单倍体植株B 秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株C 人工种子的培育D 番茄 马铃薯 杂种植株的培育过程 D B 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 A 选择优良品种进行杂交B 进行远缘植物体细胞杂