..植物细胞工程的基本技术-19

.植物细植物细胞工程的胞工程的基本技术基本技术细胞工程细胞工程 指应用指应用细胞生物学和分子生物学细胞生物学和分子生物学的原理和方法，的原理和方法，通过通过细胞水平或细胞器水平细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意上的操作，按照人们的意愿来愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综的一门综合科学技术。合科学技术。学科网5/23/2024细细胞胞工工程程应用的原理和方法应用的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胞细胞水平或细胞器水平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5/23/2024前者是前者是细胞水平或细胞器水平上细胞水平或细胞器水平上生物技生物技术,后者是后者是分子水平上的分子水平上的生物技生物技术克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 水平上的技术，培育水平上的技术，培育抗虫棉是抗虫棉是 水平上的技术。水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞工程与基因工程相比：细胞细胞分子分子思考思考:学科网5/23/20242.1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植物组织培养5/23/2024探究：探究：1 1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养成完整、为什么已分化的植物组织或细胞能培养成完整植物体？植物体？植物细胞具有全能性。植物细胞具有全能性。2、什么是细胞的全能性？、什么是细胞的全能性？具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点生物细胞都具有全能性的特点。学科网5/23/2024在特定的时间和空间条件下，基因选择性表达在特定的时间和空间条件下，基因选择性表达的结果。的结果。生物的每一个细胞都有本物种的全套遗传物生物的每一个细胞都有本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。质，都有发育成完整个体的全套基因。4 4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？而是分化成不同的组织器官？3 3、已分化的细胞为什么具有发育成完整个体、已分化的细胞为什么具有发育成完整个体的潜能？的潜能？6.6.细胞表现全能性的条件有哪些？细胞表现全能性的条件有哪些？离体、营养物质、激素及其它适宜条件。离体、营养物质、激素及其它适宜条件。5 5、大小：、大小：受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞2）植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 3）1）受精卵的全能性最高受精卵的全能性最高 4）分化程度低的细胞分化程度高的细胞）分化程度低的细胞分化程度高的细胞学科网(1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？器械的灭菌和实验人员的无菌操作？避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且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。有些杂菌会危害培养物的生长。(2)(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养，是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？证吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。困难。(3)(3)为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？在有光时，往往容易形成维管组织，而在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。不易形成愈伤组织。(4)(4)请根据上面的实验过程，概括出植物组织请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。培养技术的流程简图。植物材料植物材料植物材料植物材料（消毒）（消毒）（消毒）（消毒）脱分化脱分化脱分化脱分化无菌接种、诱导无菌接种、诱导无菌接种、诱导无菌接种、诱导愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织再分化再分化再分化再分化诱导诱导诱导诱导试管苗试管苗试管苗试管苗移栽到大田移栽到大田移栽到大田移栽到大田,培养成正常植株培养成正常植株培养成正常植株培养成正常植株学科网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一一、植植物物组组织织培培养养的的过过程程（离体的（离体的,已分化的植已分化的植物器官组织或细胞）物器官组织或细胞）（未分化）（未分化）（分化）（分化）幼芽或幼根？幼芽或幼根？优点？优点？特点？特点？繁殖速度快繁殖速度快不受季节限制不受季节限制工厂化生产工厂化生产幼苗无毒幼苗无毒保持优良性状保持优良性状无定形状态无定形状态的的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，不进行不进行光合作用光合作用分化程度低分化程度低脱分化较易脱分化较易理论基础：理论基础：细胞的全能性细胞的全能性强调几个概念强调几个概念：（1）愈伤组织：）愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培离体的植物器官、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、无定形状态薄壁成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。细胞组成的排列疏松无规则的组织。5/23/2024（2）植物细胞的脱分化：）植物细胞的脱分化：是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。转变成未分化的细胞的过程。（3）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？实质实质:恢复细胞的全能性过程恢复细胞的全能性过程结果结果:形成愈伤组织形成愈伤组织（4）植物细胞的再分化：）植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等 器官的过程。器官的过程。学科网5/23/2024植物组织培养的植物组织培养的培养基培养基无机营养成分：无机营养成分：C C，H H，O O大量元素及部分微量元素大量元素及部分微量元素有机营养成分有机营养成分 含含N N物质：包括维生素和氨基酸物质：包括维生素和氨基酸 碳源：碳源：2%5%2%5%的蔗糖的蔗糖琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PHPH值：值：5.05.06.06.05/23/2024 植物组织培养就是在无菌和人工控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、制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。织、丛芽，最终形成完整的植株。P36植物的组织培养植物的组织培养5/23/2024反馈练习反馈练习1.下列属于组织培养的是：下列属于组织培养的是：A.花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成雄蜂未受精的卵发育成雄蜂A5/23/20242.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（是不需要的（）A.消毒灭菌消毒灭菌B.适宜的温度适宜的温度C.充足的光照充足的光照D.适宜的养料和激素适宜的养料和激素C学科网5/23/20243.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（不需要（）A.具有完整细胞核的细胞具有完整细胞核的细胞B.离体状态离体状态C.导入外源基因导入外源基因D.一定的营养物质和激素一定的营养物质和激素C5/23/20244、若用、若用“”表示表示植物组织培养的过程。请回答：植物组织培养的过程。请回答：（1）表示表示 ，能被培养成为能被培养成为的根本原因是的根本原因是（2）表示表示脱分化脱分化再分化再分化离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性愈伤组织愈伤组织5/23/2024 番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同 属植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食属植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯块茎生长在土壤中。用的蔬菜。马铃薯块茎生长在土壤中。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。结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？这个幻想可能实现吗？5/23/2024不能，不能，因为不同种生物之间因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。做到这一点的。于是，科学家试图用这两种植物的体细胞于是，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。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？理想图理想图 19721972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原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。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)等首次获得了等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“马马铃薯番茄铃薯番茄”。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、籼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后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。用的新材料。白菜白菜甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝“白菜甘蓝白菜甘蓝”同普通白菜相比，具有同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。1 1你认为两个来自不同植你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？的第一个障碍是什么？2 2有没有一种温和的去壁有没有一种温和的去壁方法呢？方法呢？3 3为什么两个原生质体能为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？么特性有关？4 4如果两个来源不同的原如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步生质体发生了融合，下一步该做何处理？该做何处理？5 5如何将杂种细胞培育成如何将杂种细胞培育成杂种植株？杂种植株？请思考：请思考：5/23/2024利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合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 1、过程、过程植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培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方法？方法？促进融合的促进融合的方法？方法？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5/23/2024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 1、过程、过程植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培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方法？方法？促进融合促进融合的方法？的方法？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去壁去壁去壁去壁纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶原原生生质质体体植植物物细细胞胞原原生生质质体体融融合合离心、振离心、振动、电刺动、电刺激、聚乙激、聚乙二醇二醇再再生生细细胞胞壁壁杂杂种种细细胞胞去去分分化化愈愈伤伤组组织织杂杂种种植植株株激素激素筛筛选选等量等量激素激素再再分分化化植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图2 2、概念、概念将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成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的植物体的杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。技术。3 3、意义、意义在克服不同在克服不同种种生物远缘杂交的障碍上，取得了生物远缘杂交的障碍上，取得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲本组巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲本组合。合。4.4.未能解决的问题：未能让杂种植物按照人们未能解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良性状。的需要表现出亲代的优良性状。1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？薯？主要原因是：主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们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，之间是相互调控、相互影响的，马铃薯马铃薯番茄杂交植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，植株中的遗传物质一样有序表达，所以所以杂交植株不能杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。地上长番茄、地下结马铃薯。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？如果理论上可行，请设计出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。具体实验方案。比较比较比较比较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体细胞体细胞杂交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远源杂交克服不同种生物远源杂交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膜流动性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1 1、不能人工诱导原生质体融合的方法是、不能人工诱导原生质体融合的方法是（）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2 2、植物细胞融合完成的标志的是（、植物细胞融合完成的标志的是（）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、细胞核发生融合A AD D 生姜是药食两用的经济作物，具有生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产缩，生长缓慢，一般减产30%30%50%50%。设计无毒生姜幼苗的培育方案。设计无毒生姜幼苗的培育方案。请你设计请你设计案例一案例一如何培育出上结大豆、下结如何培育出上结大豆、下结花生的新品种？花生的新品种？请你们讨论后设计请你们讨论后设计 案例二案例二一一、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径1.1.微型繁殖微型繁殖 (1)(1)微型繁殖技术微型繁殖技术:(2)(2)特点特点:保持优良品种的遗传特性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高效快速地实现种苗的大量繁殖.快速繁殖优良品种的快速繁殖优良品种的植物组织培养技术植物组织培养技术植物组织培养技术植物组织培养技术.2.2.作物脱毒作物脱毒 (1)(1)材料材料:无病毒的茎尖无病毒的茎尖 (2)(2)脱毒苗脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得切取茎尖进行组织培养获得3.3.人工种子人工种子 (1)(1)特点特点:(2)(2)技术技术:(3)(3)结构结构: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植物组织培养植物组织培养.人工种皮、人工种皮、胚乳、胚乳、胚状体胚状体胚状体胚状体或或不定芽不定芽不定芽不定芽或或顶芽顶芽顶芽顶芽或或腋芽腋芽腋芽腋芽.二二、作物新品种的培育作物新品种的培育1.单倍体育种 (1)方法:(2)优点：花药的离体培养花药的离体培养秋水仙素诱导秋水仙素诱导后代都是纯合体，稳定遗传；后代都是纯合体，稳定遗传；明显缩短育种年限明显缩短育种年限2.突变体的利用 (1)产生:植物组织培养 (2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种三三、细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产1.种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.2.技术:植物的组织培养.培育到什么阶段提培育到什么阶段提取？取？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的全能性植物细胞的全能性小结小结