植物细胞工程1

1、细胞工程回眸历史细胞工程的发展1907年，美国哈里森，培养蛙胚神经细胞并存活数周，开创了动物细胞培养的先河1937年，法国特里特等培养了胡萝卜组织，并使细胞增殖。1972年，美国卡尔逊等成功培育第一个体细胞杂交植株1997年，英国伊恩.维尔穆特克隆出绵羊“多利”二、细胞工程基本概念1、细胞工程的操作对象 以细胞为基本单位2、条件 体外无菌3、技术培养、繁殖或利用细胞融合、核移植等技术4、目的 改良生物品种 创造新品种（萝卜甘蓝） 加速繁殖（胚胎分割移植） 获得某些有用细胞代谢产物（人参皂苷）思考：判断下列是否属于细胞工程1、扦插和嫁接2、将胰岛素基因导入大肠杆菌3、用基因定位技术诱变基因获得所

2、需蛋白质4、细胞培养（植物、动物）5、植物组织培养6、细胞融合（植物、动物）7、细胞核移植8、染色体工程（亚显微结构）细胞工程：植物、动物微生物细胞工程的基本技术的分类细胞工程植物细胞与组织培养细胞融合细胞核移植染色体工程动物细胞工程植物细胞工程微生物细胞工程按研究对象按使用技术植物细胞工程通常采用的技术手段 植物组织培养 植物体细胞杂交所采用技术 的理论基础 植物细胞的全能性1、定义： 生物体的细胞具有发育成 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 ，都有发育成为完整个体所必需的 。3、细胞未表现全能性的原因： 基因的选择性表达 一、细胞的全能性完整个体全套遗传

3、物质全套基因全能性的高低：受精卵生殖细胞体细胞分化程度低的细胞分化程度低的细胞植物细胞动物细胞依据_原理，在_条件下，分离植物的_(_)并在培养基上培养，在适宜的条件下，使其长成_植株的过程。外植体全能性无菌组织、器官、细胞、原生质体部分或完整一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术2、取材：植株的茎尖、根尖、叶片、花药或原生质体。（统称外植体）原生质体：除去细胞壁的植物细胞。1、原理：植物细胞具有全能性。思考与讨论：总结植物组织培养的一般过程脱分化？脱分化的产物是什么？再分化？离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽或胚状体植物体脱分化再分化脱分化 由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组

4、织的过程，称为植物细胞的脱分化。3. 植物组织培养过程实质：恢复细胞全能性的过程愈伤组织：没有特定结构和功能（未分化），有旺盛分裂能力；高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞； 排列疏松、无规则。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脱分化再分化4. 植物组织培养常用培养基：MS培养基水无机营养大量元素：C、H、O等微量元素：Fe、Cu、Zn等有机营养碳源：主要是蔗糖，调节渗透压氮源：维生素、氨基酸天然附加物：椰子乳、酵母菌提取物、玉米胚乳利于愈伤组织的诱导和再分化。生长物质：生长素细胞分裂素影响脱分化和再分化的因素:较低有利于生根有利于芽的产生较高细胞分裂素生长素愈伤组织只生长

5、不分化适中植物激素细胞分裂素生长素细胞分裂素生长素7. 植物组织培养的优点：培养周期短、繁殖效率高、能保持亲本的优良性状。6、繁殖方式：无性繁殖植物组织培养的实验过程（2）不进行脱分化处理，能否培养成完整的植物体？（1）为什么整个过程要求消毒、灭菌及无菌操作？(3).决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？思考：植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进愈伤组织的形成。当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利于芽的发生；浓度比低时，有利于根的发生。避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。8、应用 人工种子人工种子的结构： 人工种皮：常用海藻酸钠起保护作用 胚状体

6、（不定芽、顶芽、腋芽） 人工胚乳：主要成分有无机盐、碳水化合物 蛋白质提供营养人工种子的优点：有利于保持亲本的优良性状，不受环境制约，繁殖速度快。 思考： 人工种子和自然种子有何本质别？繁殖方式不同练习： 1、下列有关细胞全能性的含义，正确的是：A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能 B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能 C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能 D、 生物体的每个细胞都经过产生、生长、衰老、死亡的全过程 正确答案： C 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

7、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、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、木质部中的导管细胞D1.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反馈练习2.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三、植物细胞培养1. 目的：获得大量的细胞群体及细胞次级代谢产物2. 培养方法：液体培养基在生物反应器内悬浮培养3. 培养对象：愈伤组织分散得到的悬

8、浮细胞4.原理：细胞增殖6. 优点：快速、高效，而且不受季节和外部环境等条件限制。5. 实例：紫杉醇、人参皂苷等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。二、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？三. 植物体细胞杂交技术 植物体细胞杂交就是将 ，在一定条件下融合成 ，并且把杂种细胞培育成 的方法。概念：不同种的植物细胞杂种细胞新植株原理：细胞膜的流动性细胞的全能性思考与讨论：1. 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？怎么突破障碍？2. 原生质体如何融合的呢？融合的理论基础是什么？3. 如果两个来源不同

9、的原生质体发生了融合，下一部该做何处理？4. 如何将杂种细胞培育成杂种植株？制备原生质体原生质体融合获得杂种细胞杂种细胞组织培养杂种植株2. 植物体细胞杂交过程示意图:植物体细胞杂交的过程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植物细胞A原生质体B原生质体A杂种细胞AB去 壁去 壁人工诱导植物细胞B1、植物体细胞融合 （细胞膜的流动性）2、植物的组织培养（细胞的全能性）植物体细胞融合完成的标志是：融合的原生质体长出新的细胞壁根、芽或胚状体、去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等） 人工诱导原生质体融合的方法：物理法：离心、振动、电激等 化学法：聚乙二醇（PEG）做促融剂

10、(1)(1)(2)(3)(4)(5)融合后杂种细胞的特点：1. 染色体数：两细胞的染色体数之和；如二倍体的植物细胞与四倍体的植物细胞融合后形成六倍体的杂种细胞。2. 核质发生了融合，具有双亲的遗传物质。白菜A甘蓝B白菜甘蓝白菜甘蓝体细胞杂交 如图所示的植物体细胞的杂交过程中，除了形成AB型细胞外，还能形成其他哪些类型的融合细胞？哪些融合细胞是植物体细胞杂交所需要的杂种细胞？为什么？3.植物体细胞杂交的优势： 打破不同种生物间的 限制，在一定程度上 的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。生殖隔离克服远缘杂交不亲和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

11、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，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，所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。P38思考与探究比较植物组织培养植物体细胞杂交技术所属范畴原理步骤意义联系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、培养周期短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缘杂交不亲和的障碍去除细胞壁融合形成杂种细胞组织培养细胞膜的流动性细胞全能性染色体变异、基因重组五. 植物细胞工程的实际应用1、植物繁殖的新途径

12、1）微型繁殖2）作物脱毒3）神奇的人工种子2、作物新品种的培育1）单倍体育种2）突变体的利用3、细胞产物的工厂化生产(1). 微型繁殖：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。特点有：保持优良品种的遗传特性。高效快速地实现种苗的大量繁殖。快速培养花卉及濒危植物郁金香人参马铃薯疮痂病) 脱毒苗脱毒马铃薯脱毒技术(2). 作物脱毒：选取作物无毒组织(如茎尖)进行组织培养，获得脱毒苗的技术。(3). 人工种子： 人工种皮：常用海藻酸钠起保护作用 胚状体（不定芽、顶芽、腋芽） 人工胚乳：主要成分有无机盐、碳水化合物 蛋白质提供营养优点：不受气候、季节、地域的限制保留亲本优良性状繁殖速度快（1）单倍体育

13、种2、作物新品种的培育概念:是指由配子发育成的个体 单倍体的例子:蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单倍体 .多数植物都可通过花药或花粉来获得单倍体 离体培养花粉秋水仙素处理染色体加倍单倍体正常纯合体植株选择优良品种单倍体育种示意图 两对基因YyRr(高秆抗病）的杂合豌豆，要想获得yyRR(矮秆抗病）品种，如何运用单倍体方法培育?不同类型花粉YyRrYRYryRyr离体培养成单倍体单倍体幼苗YRYryRyr经秋水仙素处理，染色体加倍，形成不同类型纯合子正常纯合植株YYRRYYrryyRRyyrr所需品种优点：大大缩短了育种年限，后代稳定遗传.原理:单倍体经过秋水仙素等处理使其染色体加倍以后产生

14、的二倍体是纯合的。 技术：组织培养获得单倍体 秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍（2）突变体的利用a、概念：在植物组织培养的过程中，可以对愈伤组织进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，从这些突变个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。b、已经筛选到的突变体抗病、抗盐、含高蛋白、以及高产的突变体，有些品种已经用于生产：如抗花叶病毒的甘蔗，抗盐碱的野生烟草，抗除草剂的白三叶草等。红豆杉与紫杉醇人参皂甙的生产3、细胞产物的工厂化生产细胞产物有蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料和生物碱等。1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

15、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交C利有芽尖进行组织培养 D人工诱导基因突变c2.人参皂苷干粉可以通过下列何种技术获得 （ ）A杂交育种 B植物细胞培养 C多倍体育种 D单倍体育种B3将花粉细胞单倍体技术培养成幼苗时，下列条件不需要的是 （ ）A具有完整细胞核的细胞 B一定营养化物质和植物激素C离体培养 D导入指示基因D4.下列属于植物的微型繁殖技术的是 （ ）A兰花芽尖组织培养成兰花幼苗B水稻种子萌发并长成新个体 C扦插的葡萄枝长成新个体D柳条芽发育成枝条A答案：A1、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

16、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反馈练习2、不能人工诱导原生质体融合的方法是A、振动 B、电刺激 C、PEG试剂 D、重压3. 科学家通过植物体细胞杂交技术成功培育出番茄-马铃薯植株，在培育过程中正确的是（ ）A不需要无菌操作B不能培育出番茄的多倍体植株C不涉及组织培养技术D不能培育出马铃薯的单倍体植株D4、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

17、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AB6、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1）步骤是_最常用的方法是_.2）步骤一般常用的化学试剂是_目的是_.3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是_ ，其中步骤相当于_，步骤相当于_ 去掉细胞壁分离出有活力的原生质体 酶解法 聚乙二醇（PEG） 诱导原生质体融合植物组织培养脱分化再分化6、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答： 4）植物体细胞杂交的目的是获得 新的杂种植株。使_ 能够在新的植物体上有所表现， 其根本原因: 5）从理论上讲，杂种植株的育性_。若运用传统有性杂交方法 能否实现？_。并说明理由： 因此，这项研究对于培养作物新品 种方面的重大意义在于： .两个亲本的遗传性状 杂种植株获得了双亲的遗传物质 可育不能因为不同种生物之间存在生殖隔离克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围7.基因型为AaB