植物细胞工程的基本技术

1、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,理论基础,细胞的全能性,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,利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花,再分化,(愈伤组织),植物组织培养,6,脱分化,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

2、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：,（1）受精卵的全能性最高,（3）受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞低,4、大小：,一、细胞的全能性,植物细胞动物细胞,（2）生殖细胞的全能性较高,探究：,1、克隆羊“多利”的诞生说明了什么？ 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？ 3、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能？,表现全能性的条件有哪些

3、？,离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。,细胞核中含有保持物种遗传性所需的全套基因，并没有因为细胞分化而丢失基因，高度分化的细胞的细胞核仍具有全能性。,在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果。,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。,1、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,趁热打铁：,2.下列植物细胞全能性最高的是（ ）A.形成层细胞 B.韧皮部细胞 C.木

4、质部细胞 D.叶肉细胞 3下列细胞全能性最高的是（ ）A植物的卵细胞B植物的精子细胞C被子植物的受精卵D被子植物的的叶肉细胞,A,C,4.在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为 （ ） A、细胞的基因丧失了全能性 B、基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果 C、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化,B,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?,请同学们阅读P34实验完成P35讨论题。,切取,接种,培养室,愈伤组织的形成,试管苗,移栽,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

5、,脱分化,再分化,(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。 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，避免带入杂菌。,(2)在本实验中，切取胡

6、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？,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。,(3)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。,二、植物组织培养,1、概念,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,植物激素： 细胞分裂素

7、、生长素,再分化,2、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。,遮光,光照,细胞分化程度与细胞分裂能力呈负相关。,1、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。,能力提高,2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？,植物激素,强调几个概念：,愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化，由无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。,植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。,脱分化的实质和结

8、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。,植物细胞的再分化：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。,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,激素用量的比例影响实验结果： 生长素用量比细胞分裂素用量， 比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成； 比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成； 比值适中时，促进愈伤组织的生长。,知识拓展,反馈练习,1.下列属于组织培养的是（ ） A.花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条

9、 C.根尖分生区发育成成熟区 D.未受精的卵发育成植株,A,2.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（ ） A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素,C,3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（ ） A.具有完整细胞核的细胞 B.离体状态 C.导入外源基因 D.一定的营养物质和激素,C,4、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养， 又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：,A、脱分化 B、去分化,C、再分化 D、脱分化或去分化,5、下列不能作为植物组织培养的材料是,A、秋海棠的叶 B、马铃薯的块茎,C、成熟的花粉 D、

10、木质部中的导管细胞,D,6、若用“ ”表示植物组织培养的过程。请回答： （1） 表示 ， 能被培养成为的根本原因是 （2） 表示,脱分化,再分化,离体的植物器官、组织或细胞,植物细胞具有全能性,愈伤组织,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？,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

11、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。,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,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？ 4如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？ 5如何将杂种细胞培育成杂种植株？,请思考：,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

12、体B,原生质体A,杂种细胞AB,去 壁,去 壁,人 工 诱 导,方法？,促进融合的方法？,融合完成的 标志,植物细胞B,二、植物体细胞杂交技术,细胞融合的基础：,细胞膜的流动性,去壁,去壁,纤维素酶果胶酶,原生质体,植物细胞,原生质体融合,离心、振动、电刺激、 聚乙二醇,再生细胞壁,杂种细胞,去分化,愈伤组织,杂种植株,激素,筛选,等量,激素,再分化,植物体细胞杂交过程示意图,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、优势和未解决的问题,优势（与有性杂交方法比较） ：打破了不同种生物间的生殖隔离障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围

13、。,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。,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。,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

14、可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。,比较,无性繁殖,细胞全能性,脱分化 再分化,保持优良性状 繁殖速度快、大规模生产 提高经济效益,杂交技术应用了组织培养,克服不同种生物远源杂交的障碍,去除细胞壁 融合形成杂种细胞 组织培养,膜流动性 细胞全能性,染色体变异、基因重组,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：,1、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：,A、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体 B、将杂种细胞培育成植株 C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性 D、尚未培育出属间杂种植物,2、不能人工诱导原

15、生质体融合的方法是,A、振动 B、电刺激 C、PEG试剂 D、重压,3.植物细胞表现出全能性的必要条件是 A. 给予适宜的营养和外界条件 B. 导入其他植物细胞的基因 C. 脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件 D. 将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内,4、植物体细胞融合完成的标志是 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5、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指 A不同植物的精子和卵细胞的融合 B不同植物的原生质体的融合C完整的两个体细胞的融合 D植物花粉细胞的两两融合,A,B,专题训练,1以下不能说明细胞全能性的实验是() A胡萝卜韧

16、皮部细胞培育出植株 B紫色糯性玉米种子培育出植株 C转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株 D番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株,B,2某同学在进行组织培养过程中发现只分裂而不分化出芽和根，可能原因是() A未见阳光 B培养时间不到 C培养基营养过多 D细胞分裂素和生长素配比不对,D,3如图中的A、B为两种二倍体植物，通过植物体细胞杂交技术形成C植株，过程的原理及C含有的染色体组数分别是() A细胞膜的流动性；2 B细胞的全能性；4 C细胞增殖；4 D基因的选择性表达；3,B,4将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是(),B,解析细胞分裂素促进细胞分裂，诱导芽的分化；生长素可以促进不定根、侧根的形成；此题中虽然培养基中没有植物激素，但是植物幼苗叶片本身可以产生生长素，而细胞分裂素的产生部位在根尖，所以细胞分裂素不能产生，所以植物能够在一段时间后长出少量的根而没有出芽。,5下图是“白菜甘蓝”杂种植株的培育过程。下列说法正确的是() A植物体细