第二章 克隆技术(植物克隆)

1、一课标、考试说明、教学指导意见的要求一课标、考试说明、教学指导意见的要求专题专题2 2 克隆技术克隆技术课标要求：课标要求：6.2 6.2 克隆技术克隆技术具体内容标准具体内容标准活动建议活动建议简述植物的组织培养。简述动物的细胞培养与体细胞克隆。举例说出细胞融合与单克隆抗体。讨论克隆技术的社会意义。搜集通过动物体细胞核移植进行克隆的实例。克隆技术克隆技术克隆的定义和理论基础克隆的定义和理论基础植物组织培养的原理植物组织培养的原理动物的细胞培养与体细胞克隆动物的细胞培养与体细胞克隆细胞融合细胞融合单克隆抗体单克隆抗体20112011北京高考考试说明要求北京高考考试说明要求具体内容标准具体内容标

2、准 学习要求学习要求1.1.简述简述植物的植物的组织培养组织培养克隆的概念，植物细胞全能性克隆的概念，植物细胞全能性植物组织培养的原理、基本技术和应用，植植物组织培养的原理、基本技术和应用，植物体细胞杂交技术与应用物体细胞杂交技术与应用2.2.简述简述动物的动物的细胞培养与体细胞培养与体细胞克隆细胞克隆动物细胞培养的原理、技术和应用动物细胞培养的原理、技术和应用 体细胞克隆的概念、实例体细胞克隆的概念、实例 核移植技术与应用核移植技术与应用3.3.举例说出举例说出细细胞融合与单克胞融合与单克隆抗体隆抗体细胞融合的概念细胞融合的概念 动物细胞融合的原理、过程动物细胞融合的原理、过程 杂交瘤技术杂

3、交瘤技术单克隆抗体的概念单克隆抗体的概念 制备过程、价值制备过程、价值北京市教学指导意见和模块学习要求北京市教学指导意见和模块学习要求知识目标情感目标情感目标 关注细胞工程的发展，关注细胞工程的应用能力目标能力目标l能搜集有关通过动物体细胞核移植进行克隆的实例，并评价核移植的生物学意义北京市教学指导意见和模块学习要求北京市教学指导意见和模块学习要求第二章第二章 克隆技术克隆技术什么是克隆什么是克隆植物克隆植物克隆动物克隆动物克隆微生物克隆（微生物的培养）微生物克隆（微生物的培养） 1 1： 克隆技术包含的三个层次及原理克隆技术包含的三个层次及原理种类种类现代生物技术现代生物技术理论基础理论基础

4、分子克隆分子克隆 PCR PCR技术技术DNADNA分子复制分子复制细胞克隆细胞克隆 动物细胞和微生物的培养动物细胞和微生物的培养细胞增殖细胞增殖个体克隆个体克隆植物组织培养；植物组织培养；动物核移植技术动物核移植技术植物细胞的全能性；植物细胞的全能性；动物细胞核的全能性动物细胞核的全能性基因工程基因工程细胞工程细胞工程4:4:理清概念之间的关系理清概念之间的关系细胞的全能性 单个细胞的全能性 如果单个细胞不能发育成一个完整的个体，需要N个细胞共同作用才能发育成一个完整的个体，那么每个细胞的功能就是一个个体发育过程中的一部分，不能称之为细胞的全能性。 种子是有性生殖，是两个单倍体细胞（它的染色

5、体是完整细胞的一半）的共同作用，所以不能体现细胞的全能性。 为什么植物用种子进行繁殖不能体现细胞的全能性？ 全能性要求的是已分化的细胞变成完整个体，种子中有多个细胞，所以不能体现全能性，而且种子本身就能发育成一个个体，所以更不能体现全能性。 第一节第一节 什么是克隆什么是克隆 克隆克隆-由原型发展或制作成与原型完由原型发展或制作成与原型完全一样的产物的过程全一样的产物的过程生生物物学学的的克克隆隆: :动物的细胞动物的细胞( (组织组织) )培养培养 DNA(DNA(基因基因) )克隆克隆细胞克隆细胞克隆个体克隆个体克隆 单克隆抗体制备单克隆抗体制备: :由母体直接产生子代个体由母体直接产生子

6、代个体运运 - -即即无性繁殖系无性繁殖系克隆技术克隆技术植物克隆植物克隆 动物克隆动物克隆 植物细胞工程植物细胞工程1、植物细胞工程常用手段、植物细胞工程常用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2、理论基础：植物细胞的全能性、理论基础：植物细胞的全能性第二节第二节 植物的克隆植物的克隆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愈伤组织愈伤组织试管苗试管苗植株植株植物组织培养植物组织培养 概念概念: :在在无菌无菌及人工控制条件下及人工控制条件下, ,将将离体离体的的植物器官、组织或细胞在人工控制的培养植物器官、组织或细胞在人工控制的培养基上培养成完基上培养成完

7、整的植物体的过程整的植物体的过程离体离体组织组织细胞细胞组培的条件：无菌、离体组培的条件：无菌、离体植物组织培养植物组织培养接接种种室室组组培培室室灭菌：甲醛溶液、高锰酸钾熏蒸；喷洒来苏水；紫外灭菌：甲醛溶液、高锰酸钾熏蒸；喷洒来苏水；紫外灯照射灯照射视频（无菌操作视频（无菌操作)接种用具接种用具无菌水无菌水再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织外植体外植体：离体器官、离体器官、组织、细组织、细胞胞胚状体胚状体【或诱导【或诱导生芽生芽/根根后再诱导后再诱导生根生根/芽芽】植株植株植物组织培养植物组织培养1、过程：、过程：分化分化/发育发育植物组织培养植物组织培养培养基：一般为固体培养基：一般

8、为固体 ; 高压蒸汽灭菌高压蒸汽灭菌矿质元素矿质元素大量元素：氮、磷、钾、钙、硫、镁大量元素：氮、磷、钾、钙、硫、镁微量元素：铁、铜、锌、锰、钼、硼、微量元素：铁、铜、锌、锰、钼、硼、碘、钴、氯、钠碘、钴、氯、钠蔗糖蔗糖(碳源、能源碳源、能源)维生素维生素,促进离体植物生长促进离体植物生长植物激素植物激素:细胞分裂素和生长素细胞分裂素和生长素-诱导脱分化和再分化。诱导脱分化和再分化。有机添加剂有机添加剂:如甘氨酸如甘氨酸,促进植物细胞和组织分化促进植物细胞和组织分化琼脂：凝固剂琼脂：凝固剂营营养养物物质质生生长长调调节节剂剂无机盐无机盐再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植株植

9、株植物组织培养植物组织培养1、过程：、过程：（1） 用于离体培养的植物器官或组织片断用于离体培养的植物器官或组织片断 选择：大小合适；植物的幼嫩组织和器官选择：大小合适；植物的幼嫩组织和器官 消毒：次氯酸钠溶液浸泡消毒：次氯酸钠溶液浸泡操作者消毒：肥皂洗手、操作者消毒：肥皂洗手、75%酒精擦拭酒精擦拭离体离体器官器官组织组织细胞细胞植物组织培养植物组织培养（3）愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一种高度）愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的具有分生能力的薄壁细胞。液泡化的呈无定形状态的具有分生能力的薄壁细胞。菠萝愈伤组织菠萝愈伤组织薄壁细胞薄壁细胞（2）脱分化：由）

10、脱分化：由已分化的细胞已分化的细胞,经过诱导经过诱导,失去其特失去其特有的结构和功能有的结构和功能而转变为而转变为未分化的细胞未分化的细胞,重新具有分重新具有分裂能力而产生愈伤组织的过程。又叫去分化。裂能力而产生愈伤组织的过程。又叫去分化。 植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养再分化：愈伤组织继续培养，又可以重新分化成根再分化：愈伤组织继续培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。或芽等器官，这个过程叫做再分化。细胞分裂素和生长素的比例影响再分化过程中芽细胞分裂素和生长素的比例影响再分化过程中芽 和根的发生和根的发生:细胞分裂素含量细胞分裂素含量 生长素含量生长素含量

11、高：利于芽的发生高：利于芽的发生低：利于根的发生低：利于根的发生(6)培养过程中控制光照、温度、培养过程中控制光照、温度、PH等。等。（5）激素的作用：）激素的作用： 细胞分裂素和生长素同时使用可促进脱分化。细胞分裂素和生长素同时使用可促进脱分化。 接近接近1时时-愈伤组织不分化愈伤组织不分化再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织离体离体器官器官组织组织细胞细胞试管苗试管苗植株植株植物组织培养植物组织培养组培技术的组培技术的核心核心是是：脱分化、再分化脱分化、再分化植物细胞全能性表现的条件：植物细胞全能性表现的条件：离体、一定的营养物质、离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件。激素和其他外

12、界条件。可以将可以将愈伤组织愈伤组织在液体悬浮液上利用摇床在液体悬浮液上利用摇床分散成单个分散成单个细胞细胞,在培养成在培养成胚状体胚状体,最后形成最后形成植株植株.植物所有活细胞植物所有活细胞(生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞 受精卵受精卵)都具有全能性都具有全能性再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织外植体外植体试管苗试管苗植株植株植物组织培养植物组织培养2、应用：、应用：植物组织培养植物组织培养2、应用：、应用：移栽移栽植物体植物体快速繁殖、培育无病毒植株快速繁殖、培育无病毒植株 再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织离体器离体器官组织官组织细胞细胞根、芽根、芽(幼苗）幼苗）（1）、转

13、基因植物培育、转基因植物培育植物组织培养植物组织培养2、应用：、应用：再包上人工种皮再包上人工种皮,制成制成人工种子人工种子再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织离体器离体器官组织官组织细胞细胞胚状体胚状体（2）胚状体胚状体具有生根发具有生根发芽能力的芽能力的胚状结构胚状结构，是新植物的幼体是新植物的幼体 制做制做人工种子人工种子植物组织培养植物组织培养把把胚状体胚状体包埋在胶囊内包埋在胶囊内形成球状结构。形成球状结构。胶质化合物薄膜胶质化合物薄膜 人工种皮人工种皮营养成分和植物激素营养成分和植物激素 人工胚乳人工胚乳胚状体胚状体具有生根发具有生根发芽能力的胚状结构，是芽能力的胚状结构，是新

14、植物的幼体新植物的幼体植物组织培养植物组织培养2、应用：、应用： 制做制做人工种子人工种子再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织离体器离体器官组织官组织细胞细胞胚状体胚状体（2）优点：快速繁殖，解决作物繁殖能力差、优点：快速繁殖，解决作物繁殖能力差、结子困难结子困难 或发芽率低等问题。或发芽率低等问题。 胚状体：胚状体：是指在组织培养过程中，在植物组织块或愈伤是指在组织培养过程中，在植物组织块或愈伤组织上产生的一种结构，与正常受精卵发育形成的胚有组织上产生的一种结构，与正常受精卵发育形成的胚有类似的结构和发育过程。类似的结构和发育过程。 P40植物组织培养植物组织培养2、应用：、应用：再分化

15、再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织花药花药离离体培养体培养单倍体单倍体（3）纯合体纯合体秋水仙素秋水仙素离体离体器官器官组织组织细胞细胞植物体植物体单倍体单倍体育种育种判断：同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培判断：同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同。养获得的愈伤组织基因相同。生殖细胞、体细胞生殖细胞、体细胞2下图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米下图表示应用植物组织培养技术培育优质玉米 的过程。对此过程的相关描述错误的是的过程。对此过程的相关描述错误的是ABE过程中细胞全能性的高低发生了改变过程中细胞全能性的高低发生了改变 BC试管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞试

16、管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞CA植株和植株和F植株体细胞中的染色体组数相同植株体细胞中的染色体组数相同 D培养出的培养出的F植株一般不能直接应用于扩大种植植株一般不能直接应用于扩大种植C植物组织培养植物组织培养2、应用：、应用：再分化再分化脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织离体器离体器官组织官组织细胞细胞植物体植物体（1）利用利用突变体突变体育种育种植物组织培养过程中植物组织培养过程中,细胞一直处于细胞一直处于分生分生状态状态,容易受环境容易受环境(如如射线射线 化学物质化学物质等等)的影响而产生的影响而产生突变突变(如抗病毒如抗病毒 抗盐碱抗盐碱 等等), 人们可以人们可以筛选有用的突变体筛选

17、有用的突变体得到所需新品种得到所需新品种植物组织培养植物组织培养2、应用：、应用：提取提取代谢产物代谢产物生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等。生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等。如从紫草愈伤组织中提取如从紫草愈伤组织中提取紫草素紫草素脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织（5）离体器离体器官组织细胞官组织细胞用用愈伤组织愈伤组织生产细胞生产细胞代谢产物代谢产物生产生产紫衫醇紫衫醇-植物组织培养植物组织培养 人参细胞生产人参细胞生产 人参皂甙人参皂甙植物组织培养植物组织培养2、应用小结：、应用小结：(1)快速繁殖、培育无病毒植株、转基因植物培育快速繁殖、培育无病毒植株、转基因植物培育(2)

18、制作人工种子制作人工种子(3)单倍体育种单倍体育种(4)利用突变体育种利用突变体育种(5)用愈伤组织生产细胞代谢产物用愈伤组织生产细胞代谢产物 2020世纪世纪6060年代，一年代，一些科学家提出一个些科学家提出一个设想：让番茄与马设想：让番茄与马铃薯杂交，培育出铃薯杂交，培育出地上结番茄，地下地上结番茄，地下结马铃薯块茎的植结马铃薯块茎的植物。物。植物体细胞杂交植物体细胞杂交 如果要实现这一设如果要实现这一设想，你认为可以采想，你认为可以采用哪些方法？用哪些方法？ 就是将不同种的植物就是将不同种的植物体细胞体细胞,在一定条件下融在一定条件下融合成杂种细胞合成杂种细胞,并把杂种并把杂种细胞培养

19、成新的植物体细胞培养成新的植物体的技术的技术.植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物体细胞杂交来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？个障碍是什么？植物细胞植物细胞细胞壁细胞壁细胞膜细胞膜细胞质细胞质细胞核细胞核原生质体原生质体植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物细胞壁：纤维素、果胶植物细胞壁：纤维素、果胶 纤维素酶纤维素酶 果胶酶果胶酶酶解法酶解法植物体细胞杂交植物体细胞杂交1、过程：、过程：酶解法去除细胞壁，获得酶解法去除细胞壁，获得有活力的原生质体。有活力的原生质体。诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质诱导原生质体融合的

20、方法体融合的方法物理方法：离心、振动、电刺激物理方法：离心、振动、电刺激化学方法：聚乙二醇（化学方法：聚乙二醇（PEG）利用电激法将野生马铃薯与栽培马利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合的显微照片铃薯进行细胞融合的显微照片植物体细胞杂交植物体细胞杂交诱导原生质体融合的方法诱导原生质体融合的方法物理法：离心、振动、物理法：离心、振动、 电刺激电刺激化学法：聚乙二醇化学法：聚乙二醇,结合高结合高Ca2+ 高高pH (加拿大高国加拿大高国 楠首创楠首创)化学融合的机制：化学融合的机制：高高pHpH高高CaCa2+2+法诱导原生质体融合的基本原理是中和原生质体表法诱导原生质体融合的基本原理是

21、中和原生质体表面所带的电荷，使原生质体的质膜紧密接触，从而有利于质膜面所带的电荷，使原生质体的质膜紧密接触，从而有利于质膜的接触融合。的接触融合。 物理融合的机制：常用方法为电融合法。此法是先将两种原生物理融合的机制：常用方法为电融合法。此法是先将两种原生质体以适当的比例混合成悬浮液，将其滴入电融合小室中，给质体以适当的比例混合成悬浮液，将其滴入电融合小室中，给小室两极以交变电流，使原生质体沿电场方向排列成串珠状，小室两极以交变电流，使原生质体沿电场方向排列成串珠状，接着给以瞬间高强度的电脉冲，使原生质体膜产生局部破损而接着给以瞬间高强度的电脉冲，使原生质体膜产生局部破损而导致融合。导致融合。

22、利用电激法将野生马利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合的显微照行细胞融合的显微照片片植物体细胞杂交植物体细胞杂交两两融合的细两两融合的细胞有几种情况？胞有几种情况？杂种细胞需要杂种细胞需要筛选筛选筛选杂种细胞筛选杂种细胞杂种细胞的筛选方法有：杂种细胞的筛选方法有：细胞系互补的选择细胞系互补的选择方法，包括叶绿素缺失互补、营养缺陷互补和抗方法，包括叶绿素缺失互补、营养缺陷互补和抗性互补等；性互补等；利用物理特异性差异的选择方法：利用物理特异性差异的选择方法：包括原生质体的大小、颜色、浮密度等的不同来包括原生质体的大小、颜色、浮密度等的不同来选择；选择；利用生长特异性差

23、异的选择方法。对再利用生长特异性差异的选择方法。对再生植株的杂种性状进行鉴定。生植株的杂种性状进行鉴定。 植物体细胞杂交植物体细胞杂交1、过程：、过程：酶解法去除细胞壁，获得酶解法去除细胞壁，获得有活力的原生质体。有活力的原生质体。诱导原生质体融合诱导原生质体融合筛选杂种细胞筛选杂种细胞利用植物组织培养技术利用植物组织培养技术获得杂种植株。获得杂种植株。脱分化脱分化再分化再分化克服远缘杂交不亲和的障碍克服远缘杂交不亲和的障碍植物体细胞杂交植物体细胞杂交2、意义、意义:杂种植株可育，利用此方法培育新作物的过程不遵循孟德尔的遗传定律，因为不属于有性生殖。植物克隆的发展植物克隆的发展 教材教材植物细

24、胞工程植物细胞工程1、植物细胞工程常用手段、植物细胞工程常用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2、理论基础理论基础：植物细胞的全能性：植物细胞的全能性第二节第二节 植物的克隆植物的克隆植物克隆植物克隆技术基础技术基础-植物组织培养植物组织培养讨论讨论实例实例1 1：植物组织培养技术：植物组织培养技术 3:“分析操作流程分析操作流程”理解细胞工程理解细胞工程一、植物组织培养一、植物组织培养根根植株植株根根茎茎叶叶花花果实果实种子种子 1 1、与细胞分化、与细胞分化( (基因的选择性表达基因的选择性表达) )的知识相联系；的知识相联系； 2 2、根无法直接分化出茎、叶、花、果

25、实和种子等器、根无法直接分化出茎、叶、花、果实和种子等器官，需要官，需要“以退为进以退为进”获得获得愈伤组织愈伤组织。未分化未分化组织组织植物组织培养的过程与应用植物组织培养的过程与应用离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化植物激素植物激素的作用的作用名词：外植体名词：外植体根、芽根、芽植物体植物体再分化再分化其细胞特点其细胞特点给出名词：给出名词：胚状体胚状体植物次生代谢产物的生产植物次生代谢产物的生产人工种子的生产人工种子的生产微型繁殖、作物脱毒、微型繁殖、作物脱毒、单倍体育种、突变体的单倍体育种、突变体的利用、植物基因工程利用、植物基因工程板书设

26、计板书设计注意注意 组培技术操作中的一些具体技术细节，例如组培技术操作中的一些具体技术细节，例如灭菌，激素的应用等等。灭菌，激素的应用等等。 注意细胞分化知识的复习。注意细胞分化知识的复习。 注意组培技术在育种中的应用。注意组培技术在育种中的应用。离体的植物器官、组织或细胞 （外植体）脱分化（又叫去分化）脱分化（又叫去分化）愈伤组织愈伤组织（排列疏松而无规则，薄壁细胞）（排列疏松而无规则，薄壁细胞）分化分化芽、根等器官或胚状体植物体再分化再分化例：植物组织培养技术例：植物组织培养技术例：植物体细胞杂交技术例：植物体细胞杂交技术脱分化脱分化再分化再分化普通小麦体细胞普通小麦体细胞原生质体原生质体

27、B B细胞细胞 融合融合新原生质体新原生质体杂种细胞杂种细胞杂种植株杂种植株( (小黑麦小黑麦) )黑麦体细胞黑麦体细胞原生质体原生质体A A细胞壁细胞壁 再生再生组织组织 培养培养普通小麦普通小麦黑麦黑麦配子配子受精受精 作用作用四倍体杂种四倍体杂种杂种植株杂种植株( (八倍体小黑麦八倍体小黑麦) )配子配子诱导染色诱导染色 体加倍体加倍注：注： 四倍体杂种不育的机制四倍体杂种不育的机制 问题探讨问题探讨( (一一):):1.1.植物组织培养的基本原理是什么植物组织培养的基本原理是什么? ?2.2.激素在脱分化和再分化中的作用有何不同激素在脱分化和再分化中的作用有何不同? ?3.3.在实验操

28、作过程中为什么要换瓶操作在实验操作过程中为什么要换瓶操作? ?4.4.组培过程中的每一步都需要光照吗组培过程中的每一步都需要光照吗? ?5.5.灭菌和消毒的区别及在组培中的应用灭菌和消毒的区别及在组培中的应用? ?6 6.组培中用的蔗糖作为能源和原料物质，用葡萄糖行不行？组培中用的蔗糖作为能源和原料物质，用葡萄糖行不行？7 .7 .花药离体培养获得的植物幼苗都是单倍体吗？花药离体培养获得的植物幼苗都是单倍体吗？培养条件加蔗糖不加蔗糖光正常生长，分化不生长，死亡暗只生长，不分化不生长，死亡58问题探讨问题探讨( (二二):):1.为什么胡萝卜的根细胞能培养成一个完整的胡萝卜植株? 2.如何让植物

29、细胞的全能性表现出来? 3.离体的植物细胞经过怎样的过程发育成一个完整的植物体? 4.你了解了植物克隆的基本技术，设想你可以利用这项技术做什么？你知道植物组织培养技术取得了哪些成就? 问题指向组培的理论基础问题指向组培的理论基础 问题指向组培的条件问题指向组培的条件 问题指向组培的过程和方法技术问题指向组培的过程和方法技术 问题指向组培的应用问题指向组培的应用（人工种子）（人工种子）594:4:理清概念之间的关系理清概念之间的关系4:4:理清概念之间的关系理清概念之间的关系4:4:理清概念之间的关系理清概念之间的关系某二倍体植物是杂合体，图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：（1）图中表示的是该花粉培养过程中的过程，表示的是 过程，X代表的是，表示的是过程，表示的是诱导过程。（2）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过那一条途径主要取决于培养基成分中 的种类及其浓度配比，最后获得的来源于为成熟花粉的完整植株都称为 植株（甲）。未成熟花粉经培养能形成完整植株，说明为成熟花粉具有。典型例题典型例题5 5：（3 3）对植株进行）对植株进行 ，才能使其结实产生后代，才能使其结实产生后代（乙