植物细胞工程

1、 一、概念 细细 胞胞 工工 程程 原理和方法原理和方法 研究的水平研究的水平 研究的目的研究的目的 细胞生物学和细胞生物学和 分子生物学分子生物学 细胞水平或细细胞水平或细 胞器水平胞器水平 按照人们的意愿来改按照人们的意愿来改 变细胞内的遗传物质变细胞内的遗传物质 或获得细胞产品或获得细胞产品 概念概念 分类分类 植物细胞工程植物细胞工程 动物细胞工程动物细胞工程 植物细胞全能性和细胞膜的流动性植物细胞全能性和细胞膜的流动性 2.12.1植物细胞工程植物细胞工程 植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术 植物组织培养植物组织培养 思考探究：思考探究： 1 1、为什么植物的一个花瓣就可以

2、培、为什么植物的一个花瓣就可以培 育出完整的植株呢？育出完整的植株呢？ 植物细胞具有全能性。植物细胞具有全能性。 2 2、什么是细胞的全能性？、什么是细胞的全能性？ 受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞 （1 1） 植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 （2 2） 4 4、体现条件：、体现条件： （1 1）离体状态）离体状态 （2 2）营养物质、激素等适宜的培养条件）营养物质、激素等适宜的培养条件 细胞内含有发育成完整个体的全部基因细胞内含有发育成完整个体的全部基因 分化程度越低全能性越高分化程度越低全能性越高 1 2 3 4 5 再分化再分化 (愈伤组织愈伤组织) 植植 物物 组组 织织 培

3、培 养养 6 脱分化脱分化 也叫：外植体也叫：外植体 如：茎尖、根尖如：茎尖、根尖 适宜的温度、适宜的温度、PHPH值、值、 养料、激素、充足氧气养料、激素、充足氧气 条件条件 制备制备 外植体外植体 无菌接种无菌接种 愈伤组织愈伤组织 试管苗试管苗 （胚状体）（胚状体） 正常植株正常植株 脱分化脱分化 再分化再分化 移栽移栽 遮光遮光 光照光照 植物细胞的植物细胞的脱分化脱分化：让：让已经分化已经分化的细胞，经过的细胞，经过 诱导失去其特有的结构和功能而诱导失去其特有的结构和功能而转变成未分化转变成未分化 细胞的过程，又称细胞的过程，又称去分化去分化。 脱分化的实质和结果分别是什么？脱分化的

4、实质和结果分别是什么？ 实质实质是恢复细胞全能性的过程。是恢复细胞全能性的过程。 结果结果是形成愈伤组织。是形成愈伤组织。 植物细胞的植物细胞的再分化再分化：脱分化产生的愈伤组织在：脱分化产生的愈伤组织在 培养过程中培养过程中重新分化重新分化成根或芽等器官的过程。成根或芽等器官的过程。 合作学习合作学习 高压灭菌锅对培养高压灭菌锅对培养 基、试管、解剖刀基、试管、解剖刀 等材料用具灭菌操等材料用具灭菌操 作作 医用酒精对外植体医用酒精对外植体 消毒处理消毒处理 生长素：细胞分裂素的比例生长素：细胞分裂素的比例 大于大于1-促进根形成促进根形成 小于小于1-促进芽的形成促进芽的形成 等于等于1-

5、愈伤组织不分化愈伤组织不分化 外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 根、芽根、芽 植物体植物体 脱分化脱分化 再分化再分化 （离体的（离体的,已已 分化组织或分化组织或 细胞）细胞） （未分化）（未分化） （分化）（分化） 条件？条件？ 特点？特点？ 适宜温度、遮光、适宜温度、遮光、 pH和无菌环境。和无菌环境。 无机物、有机物无机物、有机物 和植物激素（和植物激素（生长生长 素，细胞分裂素等素，细胞分裂素等） 无定形状态无定形状态 薄壁细胞薄壁细胞 高度液泡化高度液泡化 排列疏松、无规则排列疏松、无规则 无叶绿体无叶绿体,不进行光不进行光 合作用合作用 “Potamato” 1 1你认为两个来自不

6、同植物的体细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胞完成融合，遇到的第一个障碍是 什么？什么？ 2 2有没有一种温和的去壁方法呢？有没有一种温和的去壁方法呢？ 3 3为什么两个原生质体能发生融合，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？这与细胞膜的什么特性有关？ 4 4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？ 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 (1)(1)概念：将概念：将 的植物体细胞，在一定条件下融合的植物体细胞，在一定条件下融合 成成 ，并把杂种细胞培育成，并把杂种细胞培育成 的技术。的技术。 不同种 杂种细胞新的植物体 (2)(2)

7、操作流程操作流程 (3)(3)流程分析流程分析 过程过程a a为去除为去除 获得具有活力的获得具有活力的 ，用，用 到的酶是到的酶是 。 过程过程b b是是 ，其原理是，其原理是 。 诱导诱导b b融合的两种方法：融合的两种方法：物理法物理法包括包括离心、振动、电离心、振动、电 激激等；等；化学法化学法一般一般用用 作作为诱导剂。为诱导剂。 细胞壁细胞壁原生质体原生质体 纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶 原生质体的融合原生质体的融合 细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性 聚乙二醇聚乙二醇(PEG(PEG) ) 过程过程c c是是 ，是原生质体完，是原生质体完 成融合的标志。成融合的标志

8、。 过程过程d d是是 技术，其原理是技术，其原理是 。 (4)(4)意义：意义： 。 杂种细胞再生出杂种细胞再生出细胞壁细胞壁 植物组织培养植物组织培养 植物植物细胞的全能性。细胞的全能性。 克服了远缘杂交不亲和的障碍克服了远缘杂交不亲和的障碍 原原 生生 质质 体体 番茄细胞番茄细胞 原生质体融合原生质体融合 再生出细胞再生出细胞 壁壁 杂种细胞杂种细胞 脱脱 分分 化化 愈伤组织愈伤组织 杂种杂种植株植株 再分再分 化化 马 铃 薯 细 胞 标志：成功融合 人工诱导 去壁去壁 ： 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 去壁去壁 筛选筛选 3 3、原理：、原理： 细胞膜的流动性细胞膜的流动性和和细

9、胞全能性细胞全能性 如小麦和玉米之间存在生殖隔离 5、实例： 番茄-马铃薯（理性图） 优势和未解决的问题 优势优势（与有性杂交方法比较）与有性杂交方法比较） ：打破了不同种：打破了不同种 生物间的生殖隔离障碍，大大扩展了可用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。于杂交的亲本组合范围。 未解决的问题：未解决的问题：未能让杂种植物按照人们未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良。的需要表现出亲代的优良。 1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没超级杂种植株没 有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地 下结马铃薯？下结

10、马铃薯？ 马铃薯马铃薯番茄没有像人们预想的那样地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：上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：生生 物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互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，调控、相互影响的，所以马铃薯所以马铃薯番茄杂交番茄杂交 植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，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、地下结序表达，杂交植株不

11、能地上长番茄、地下结 马铃薯就是很自然的了。马铃薯就是很自然的了。 2.2.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虫，眼虫， 说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，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？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。如果理论上可行，请设计出具体实验方案。 植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术 所属所属 范畴范畴 原理原理 步骤步骤 意义意义 联系联系 无性繁殖无性繁殖 细胞全能性细胞全能性 脱分化脱分化

12、再分化再分化 保持优良性状保持优良性状 繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产 提高经济效益提高经济效益 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养 克服不同种生物远缘杂交克服不同种生物远缘杂交 不亲和的障碍不亲和的障碍 去除细胞壁去除细胞壁 融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞 植物组织培养植物组织培养 膜的流动性膜的流动性 细胞的全能性细胞的全能性 染色体变异染色体变异 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

13、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 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术快速繁殖优良品种的植物组织培养技术 1 1）保持优良品种的遗传特性）保持优良品种的遗传特性 2 2）高效快速地实现种苗的大量繁殖）高效快速地实现种苗的大量繁殖 一 植物繁殖的新途径 （二）作物脱毒（二）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

14、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 讨论讨论 培植周期短培植周期短 后代无性状分离后代无性状分离 不受气候不受气候,季节和地域限制季节和地域限制 可以很方便地贮藏和运输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、加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、 抗生素、有益菌、植物生长调节剂等抗生素、有

15、益菌、植物生长调节剂等 （一）单倍体育种（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体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体 1.单倍体定义：单倍体定义： 2.单倍体形成：单倍体形成： 3.单倍体植株的特点：单倍体植株的特点： 由配子不经过受精作用而直接发育成的个由配子不经过受精作用而直接发育成的个 体。例：蜜蜂中的雄蜂体。例：蜜蜂中的雄蜂 植株矮小，而且高度不育植株矮小，而且高度不育 （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。

16、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：组织培养获得单倍体；秋水仙素处理单倍技术：组织培养获得单倍体；秋水仙素处理单倍 体的幼苗，使染色体加倍体的幼苗，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）突变体的利用（二）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 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 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

17、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

18、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

19、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（）

20、 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.基因型为AaBb的水稻（含24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： （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等营养 物质。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