植物细胞工程的基本技术(课件好)

1、专题2 细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学和分子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，通过生物学的原理和方法，通过细胞水平细胞水平或或细细胞器水平胞器水平上的操作，按照人们的意愿来上的操作，按照人们的意愿来改改变变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞产品获得细胞产品的一的一门综合科学技术。门综合科学技术。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？按操作对按操作对象分类象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2.1植物细胞工程植物细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术1.植物组织培养技术植物组织培养技术2.植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术1

2、9581958年，美国科学家斯图尔德（年，美国科学家斯图尔德（F.C.StewardF.C.Steward）将）将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜新植株。胡萝卜新植株。植物组织培养技术植物组织培养技术1.植物组织培养的原理植物组织培养的原理是什么？是什么？教材教材P33-34页页 回答下列问题回答下列问题细胞的全能性生物体的每一个细胞都包含有生物体的每一个细胞都包含有该物该物种所特有的全套遗传物质种所特有的全套遗传物质，都有发，都有发育成为完整个体所必需的育成为完整个体所必需的全部基因全部基因，从理论上讲，生物体的每一个从理论上讲，生物

3、体的每一个活细活细胞胞都应该具有全能性。都应该具有全能性。 2.什么是细胞的全能性什么是细胞的全能性?具有某种生物具有某种生物_ 的任何一个细胞，都具有的任何一个细胞，都具有_的潜能。的潜能。全部遗传信息全部遗传信息发育成完整生物体发育成完整生物体教材教材P33-34页页 回答下列问题回答下列问题4.为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？成为不同的组织、器官？3 3. .全能性大小比较全能性大小比较受精卵受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞 第二第二组组第一组第一组植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞基因在特定空间和时间条件下基因

4、在特定空间和时间条件下选择性表达选择性表达的结果。的结果。组织培养的实例组织培养的实例：胡萝卜的组织培养胡萝卜的组织培养(取外植体取外植体)无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成移栽移栽正常植株正常植株脱分化脱分化再分化再分化切取切取形成层形成层试管苗大规模培养1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？离体的器官、组织或细胞离体的器官、组织或细胞 由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组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。织的过程，又称去分化。脱分化脱分化再分化再分化愈伤组织愈伤组织根和

5、芽根和芽完整植株完整植株发育发育2、什么是脱分化？、什么是脱分化？愈伤组织：愈伤组织：离体的植物器官、离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形间以后，通过细胞分裂，形成一种高度成一种高度液泡化液泡化，由，由无定无定形状态薄壁细胞形状态薄壁细胞组成的排列组成的排列疏松无规则的组织。疏松无规则的组织。脱分化的实质和结果分别是什么？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。实质是恢复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。结果是形成愈伤组织。 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重新分

6、化成根或芽等器官的过程。培养过程中重新分化成根或芽等器官的过程。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？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想一想想一想5 5、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？（P43)P43)植物激素。植物激素。一般，一般，当生长素含量高于细胞分裂素时，有利于根的形成。当生长素含量高于细胞分裂素时，有利于根的形成。 当生长素含量低于细胞分裂素时，有利于芽的形成。当生长素含量低于细胞分裂素时，有利于芽的形成。植物组织培养简图：植物组织培养简

7、图：离体的器官、组织或细胞离体的器官、组织或细胞脱分化脱分化再分化再分化愈伤组织愈伤组织根和芽根和芽完整植株完整植株发育发育激素、营养激素、营养激素、光激素、光根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培养的概念。 2、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，最养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。终形成完整的植株。植物组织培养的培养

8、基植物组织培养的培养基v定义：含有一定营养成分，供组织培养植物定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质生长的基质v含有含有v1.1.水水. .v2.2.矿质元素矿质元素v3.3.植物激素植物激素v4.4.蔗糖蔗糖v5.5.维生素等维生素等. .植物组织培养过程是植物组织培养过程是有性繁殖有性繁殖还还是是无性繁殖无性繁殖?v无性繁殖，无性繁殖，v优点优点：保持优良性状保持优良性状v繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产v提高经济效益提高经济效益3.植物细胞表现出全能性的必要条植物细胞表现出全能性的必要条件是件是A.给予适宜的营养和外界条件给予适宜的营养和外界条件B.导入其他植物细胞

9、的基因导入其他植物细胞的基因C.脱离母体后，给予适宜的营养脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件和外界条件D.将成熟筛管的细胞核移植到去将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内核的卵细胞内1.1.在离体的植物器官、组织或细胞脱在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（哪一项条件是不需要的（ ）A.A.消毒灭菌消毒灭菌B.B.适宜的温度适宜的温度C.C.充足的光照充足的光照D.D.适宜的养料和激素适宜的养料和激素C反馈练习反馈练习2.2.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（整植株，不需要（ ）A

10、.A.具有完整细胞核的细胞具有完整细胞核的细胞B.B.离体状态离体状态C.C.导入外源基因导入外源基因D.D.一定的营养物质和激素一定的营养物质和激素C3 3、植物组织培养形成的愈伤、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，组织进行培养， 又可以分又可以分化形成根、芽等器官，这一化形成根、芽等器官，这一过程称为：过程称为：A A、脱分化、脱分化 B B、去分化、去分化C C、再分化、再分化 D D、脱分化或去分化、脱分化或去分化4 4、下列不能作为植物组织培养、下列不能作为植物组织培养的材料是的材料是A A、秋海棠的叶、秋海棠的叶 B B、马铃薯的块茎、马铃薯的块茎C C、成熟的花粉、成熟的花粉

11、D D、木质部中的导管细胞、木质部中的导管细胞D植物组织培养简图：植物组织培养简图：离体的器官、组织或细胞离体的器官、组织或细胞脱分化脱分化再分化再分化愈伤组织愈伤组织根和芽根和芽完整植株完整植株发育发育激素、营养激素、营养激素、光激素、光植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基v定义：含有一定营养成分，供组织培养植物定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质生长的基质v含有含有v1.1.水水. .v2.2.矿质元素矿质元素v3.3.植物激素植物激素v4.4.蔗糖蔗糖v5.5.维生素等维生素等. .植物组织培养过程是植物组织培养过程是有性繁殖有性繁殖还还是是无性繁殖无性繁殖?v无性繁殖，

12、无性繁殖，v优点优点：保持优良性状保持优良性状v繁殖速度快、大规模生产繁殖速度快、大规模生产v提高经济效益提高经济效益因为不同种生物之间存因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。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。细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术这幅番茄这幅番茄马铃薯图利马铃薯图利用传统有性杂交方法能用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？实现吗？为什么？(1)(1)(2)(3)(

13、4)(5)植物体细胞杂交植物体细胞杂交v1 1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？v2 2为什么两个原生质体能发生融合，这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？与细胞膜的什么特性有关？v3 3如果两个来源不同的原生质体发生了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？融合，下一步该做何处理？v4 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？请同学们阅读请同学们阅读P36，思考以下几个问题：，思考以下几个问题：杂杂种种植植株株融合的融合的原生质原生质体体ABAB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1.

14、植物细胞的融合植物细胞的融合2.植物组织培植物组织培养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融合融合完成完成的的标志标志植物细胞植物细胞B二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术( (过程过程) )原理原理: :细胞膜的流动性细胞膜的流动性原理原理:细胞的全能性细胞的全能性去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等） 原生质体融合方法原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG） 杂种细胞融合形

15、成的标志杂种细胞融合形成的标志:杂种杂种细胞再生出细胞壁细胞再生出细胞壁2 2、概念、概念 将不同种的植物体细胞，在一定条件下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融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。的植物体的技术。3 3、优势和未解决的问题、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） ：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。克服克服了了不同种生物远源杂交不同种生物远源杂交不亲和不亲和的障的障碍碍 19721972年卡尔森等通过两个烟草

16、品种之间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。原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。19781978年梅尔彻斯年梅尔彻斯(Melchers)(Melchers)等首次获得等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“Potamato”“Potamato”。 目前，已得到栽培烟草与野生烟草、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、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及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材

17、料。种上有用的新材料。 无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞全能性脱分化脱分化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技术植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术克服不同种生物远源杂交克服不同种生物远源杂交不亲和不亲和的障碍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组织培养组织培养细胞的膜流动性细胞的膜流动性细胞全能性细胞全能性染色体变异、基因重组染色体变异、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 植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物细胞

18、的全能性植物细胞的全能性小结小结1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？马铃薯？ 主要原因是：主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它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，们之间是相互调控、相互影响的，马铃薯马铃薯番茄杂番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但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，薯或番茄植株中的

19、遗传物质一样有序表达，所以所以杂杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。P38思考与探究思考与探究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，说明植物的眼虫，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。验方案。1、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：A A、去掉细胞壁、去掉细胞壁, ,分离出有活力的

20、原生质分离出有活力的原生质体体B B、将杂种细胞培育成植株、将杂种细胞培育成植株C C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性代的优良性D D、尚未培育出属间杂种植物、尚未培育出属间杂种植物反馈练习反馈练习2、不能人工诱导原生质体融合的方、不能人工诱导原生质体融合的方法是法是A A、振动、振动 B B、电刺激、电刺激 C C、PEGPEG试剂试剂 D D、重压、重压4 4、植物体细胞融合完成的标志是、植物体细胞融合完成的标志是 A A产生新的细胞壁产生新的细胞壁 B B细胞膜发生融合细胞膜发生融合C C细胞质发生融合细胞质发生融合 D D细胞核发生融合细胞

21、核发生融合5 5、用不同种植物的两个体细胞融合成一、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指个杂种细胞的过程。该过程是指 A A不同植物的精子和卵细胞的融合不同植物的精子和卵细胞的融合 B B不同植物的原生质体的融合不同植物的原生质体的融合C C完整的两个体细胞的融合完整的两个体细胞的融合 D D植物花粉细胞的两两融合植物花粉细胞的两两融合AB7.7.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_