人教版选修三专题二第一课植物细胞工程（共50张PPT）

专题2细胞工程植物细胞工程

番茄与马铃薯都是茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。

人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？一个梦想?细胞工程

指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，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。细胞工程应用的原理和方法研究的水平研究的目的细胞生物学和分子生物学细胞整体水平或细胞器水平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概念分类植物细胞工程动物细胞工程理论基础细胞的全能性主要技术植物体细胞杂交植物组织培养动物细胞培养动物细胞融合单克隆抗体技术核移植植物细胞工程技术动物细胞工程技术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1、定义：

生物体的体细胞具有发育成完整个体的潜能的特性。

2、原因：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

（2）受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。植物细胞的全能性受精卵生殖细胞体细胞＞＞4、大小蜜蜂（2N=32）减数分裂卵细胞(N=16)发育雄蜂(N=16)卵细胞可以直接发育成为一个新个体例：

思考讨论：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？

基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。植物组织培养的发展简史①探索阶段（19世纪初－30年代中）德国植物生理学家HaHerlandt首次进行了植物细胞培养实验②奠基阶段（30－50年代）1934年，White培养番茄离体根尖成功1939年，Gautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成功White:烟草种间杂种的瘤组织进行组培Nobecourt：胡萝卜进行组培以上三人是植物组织培养的奠基人③迅速发展阶段（60年代后）原生质体培养，花药培养，快速繁殖技术迅速发展背景资料

科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。

1958年Steward等用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完整植株。

植物组织培养的发展简史植物组织培养关键词：外植体、脱分化、再分化、愈伤组织细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件必要条件：离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根芽植物体脱分化再分化植物组织培养外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、种子、花粉等）2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上3）切取所需的外植体4）将外植体接种于培养容器的培养基上整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织几个概念：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、无定形状态薄壁细胞团。脱分化让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程，称为植物细胞的脱分化。再分化脱分化产生的愈伤组织继续进行培养又可以重新分化成幼根、芽等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。分化：个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。植物组织培养的培养基定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质无机营养成分：水分和无机盐有机营养成分①含N物质：包括维生素和氨基酸②碳源：2%—5%的蔗糖③琼脂：起支持作用④植物激素：生长素，细胞分裂素

试管苗大规模培养过程离体的植物器官、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、生长素再分化植物组织培养植物组织培养条件：

离体，含有全部营养成分的培养基、一定的温度、无菌环境、适合的PH、温度、适时光照等。

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。（三）植物体细胞杂交1、定义：

用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。2、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限制，克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍。植物体细胞杂交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等量激素再分化三、植物体细胞杂交过程示意图细胞膜的流动性植物A细胞植物B细胞去壁原生质体A原生质体B原生质体融合融合体再生壁杂种细胞细胞分裂愈伤组织杂种植株去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）

原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）植物体细胞杂交过程示意图及意义意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种思考与探究

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？提示：1978年，梅尔彻斯（Melchers）等人首次获得了马铃薯与番茄的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为“马铃薯番茄”。像大多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”，但是没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止“马铃薯—番茄”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可忽视。至于马铃薯—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。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CD植物细胞工程的实际应用一、植物繁殖的新途径1.微型繁殖(1)微型繁殖技术:用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.(2)特点: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.2.作物脱毒(1)材料:植物分生区（茎尖）的病毒极少，甚至无病毒。(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得脱毒苗（3）优点：使农作物不会或极少感染病毒3.神奇的人工种子(1)特点:后代无性状分离（可以保持优良品质的遗传特性，不受气候,季节和地域限制）(2)技术:植物组织培养.(3)结构:人工薄膜包装胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.2.人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想它们具有哪些优点？提示：人工种子的优点：（1）天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变；天然种子在生产上受季节限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次。而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上也不受季节的限制。（2）试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。二、作物新品种的培育1.单倍体育种(1)方法:花药的离体培养(2)优点:后代稳定遗传,都是纯合体;明显缩短育种年限.2.突变体的利用(1)产生:植物组织培养(2)利用:筛选对人们有