植物细胞工程专家讲座.pptx

植物细胞工程植物细胞工程 植物细胞工程第1页细胞工程概念细胞工程概念 细胞工程是指应用细胞生物细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学原理和方法，经学和分子生物学原理和方法，经过细胞水平或细胞器水平上操作，过细胞水平或细胞器水平上操作，按照人们意愿来改变细胞内遗传按照人们意愿来改变细胞内遗传物质或取得细胞产品一门综合科物质或取得细胞产品一门综合科学技术。学技术。细胞工程细胞工程植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程植物细胞工程第2页植物细胞工程基本技术和理论基础植物细胞工程基本技术和理论基础 植物细胞工程理论基础是：植物细胞工程理论基础是：植物细胞全能性植物细胞全能性植物细胞工程惯用技术是植物细胞工程惯用技术是 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概念：概念：细胞全能性是指生物体细胞含有使后细胞全能性是指生物体细胞含有使后代细胞形成完整个体潜能。代细胞形成完整个体潜能。原因：原因：是生物体每一个细胞都含有该物种所是生物体每一个细胞都含有该物种所特有全套遗传物质及发育为完整个体特有全套遗传物质及发育为完整个体所必需全部基因。所必需全部基因。植物细胞工程第3页细胞全能性细胞全能性 当植物细胞脱离了原来所在植物体器官或组织而处于当植物细胞脱离了原来所在植物体器官或组织而处于离体状态时，在一定营养物质、激素和其它外界条件作用离体状态时，在一定营养物质、激素和其它外界条件作用下，就可能表现出全能性，发育成完整植株。下，就可能表现出全能性，发育成完整植株。在生物个体发育中，因为基因在特定时间和空间下在生物个体发育中，因为基因在特定时间和空间下选择性地表示而形成不一样器官，所以，要实现细胞全选择性地表示而形成不一样器官，所以，要实现细胞全能性，首先必须使生物体细胞处于离体状态。能性，首先必须使生物体细胞处于离体状态。受精卵全能性最高；受精卵全能性最高；其次是生殖细胞（尤其是卵细胞）；其次是生殖细胞（尤其是卵细胞）；体细胞全能性比生殖细胞低得多。体细胞全能性比生殖细胞低得多。植物细胞工程第4页植物组织培养概念植物组织培养概念 植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体植物器官、组织、细胞，培养在人工配制将离体植物器官、组织、细胞，培养在人工配制培养基上，给予适宜培养条件，诱导其产生愈伤培养基上，给予适宜培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整植株。组织、丛芽，最终形成完整植株。植物细胞工程第5页植物组织培养过程植物组织培养过程离体植物器官、组织或细胞离体植物器官、组织或细胞脱分化（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，高度液泡（排列疏松而无规则，高度液泡化呈无定形状态薄壁细胞）化呈无定形状态薄壁细胞）再分化再分化根或芽等器官根或芽等器官植物体植物体植物组织培养条件：植物组织培养条件：适宜养料和激素，适宜温度适宜养料和激素，适宜温度和无菌条件和无菌条件植物细胞工程第6页植物细胞工程第7页相关问题相关问题1 1、在植物组培过程中，为、在植物组培过程中，为何要进行一系列消毒，何要进行一系列消毒，灭菌，而且要求无菌操灭菌，而且要求无菌操作？作？2 2、为何切取胡萝卜根形成、为何切取胡萝卜根形成层，其它部分也能培养层，其它部分也能培养成小植株吗？成小植株吗？3 3、为何诱导愈伤组织过程、为何诱导愈伤组织过程中应避光培养？中应避光培养？植物细胞工程第8页植物体细胞杂交概念植物体细胞杂交概念 将不一样种植物体细胞，在一将不一样种植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体技术。种细胞培育成新植物体技术。（不（不一样种生物之间存在着生殖隔离，一样种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统有性杂交方法是不可能所以用传统有性杂交方法是不可能做到这一点）做到这一点）植物细胞工程第9页相关问题相关问题（1）要想让两个来自不一样植物体细胞融合在）要想让两个来自不一样植物体细胞融合在一起，碰到第一个障碍是什么？一起，碰到第一个障碍是什么？（2）有没有一个温和去细胞壁方法？）有没有一个温和去细胞壁方法？（3）为何两个原生质体能发生融合，这与细胞）为何两个原生质体能发生融合，这与细胞膜什么特征相关？膜什么特征相关？（4）假如两个起源不一样原生质体发生融合形）假如两个起源不一样原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？处理？（5）怎样将杂种细胞培育成杂种植株？）怎样将杂种细胞培育成杂种植株？植物细胞工程第10页植物体细胞杂交过程植物体细胞杂交过程植物细胞植物细胞A植物细胞植物细胞B去掉细胞壁去掉细胞壁去掉细胞壁去掉细胞壁原生质体原生质体A原生质体原生质体B原生质体融合原生质体融合杂合原生质体杂合原生质体再生出细胞壁再生出细胞壁杂种细胞杂种细胞细胞分裂细胞分裂分化发育分化发育愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株植物细胞工程第11页植物体细胞杂交过程植物体细胞杂交过程原生质体制备（酶解法去细胞壁）原生质体制备（酶解法去细胞壁）原生质体融合（人工诱导）原生质体融合（人工诱导）杂种细胞筛选和培养（形成愈伤组织）杂种细胞筛选和培养（形成愈伤组织）杂种植株再生与判定杂种植株再生与判定物理法：物理法：离心、振动、电刺激等离心、振动、电刺激等化学法：化学法：聚乙二醇等试剂聚乙二醇等试剂纤维素酶、果胶酶等纤维素酶、果胶酶等植物细胞工程第12页问题问题为何为何“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如科超级杂种植株没有如科学家所想像那样，地上长番茄、地下结马铃薯学家所想像那样，地上长番茄、地下结马铃薯？主要原因是：生物基因表示不是孤立，它们之主要原因是：生物基因表示不是孤立，它们之间是相互调控、相互影响，所以马铃薯间是相互调控、相互影响，所以马铃薯番茄番茄杂交植株细胞中即使具备两个物种遗传物质，杂交植株细胞中即使具备两个物种遗传物质，但这些遗传物质表示受到相互干扰，不能再像但这些遗传物质表示受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中遗传物质一样有序表示，马铃薯或番茄植株中遗传物质一样有序表示，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然了。很自然了。植物细胞工程第13页问题问题自然界中有一个含有叶绿体原生动物自然界中有一个含有叶绿体原生动物眼虫，眼虫，说明植物细胞器一样能够在一些动物细胞中存说明植物细胞器一样能够在一些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间能够实活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间能够实现杂交吗？假如理论上可行，请设计出详细试现杂交吗？假如理论上可行，请设计出详细试验方案。验方案。植物细胞工程第14页异想天开异想天开植物细胞工程第15页植物细胞工程实际应用植物细胞工程实际应用繁殖植物新路径繁殖植物新路径微型育种微型育种作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子育种新方法育种新方法单倍体育种单倍体育种诱导突变体诱导突变体细胞产物工厂化生产细胞产物工厂化生产植物细胞工程第16页概念：概念：应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫应用组织培养技术，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技术）快速繁殖技术）原理：原理：植物细胞全能性植物细胞全能性优点：优点：繁殖率高，可大批量生产繁殖率高，可大批量生产 取材少取材少 培养周期短培养周期短 保持优良性状保持优良性状微型繁殖微型繁殖植物细胞工程第17页作物脱毒作物脱毒病毒在作物体内逐年积累，会造成作物产病毒在作物体内逐年积累，会造成作物产量降低，品质变差量降低，品质变差分生区附近（茎尖、根尖）病毒极少，甚分生区附近（茎尖、根尖）病毒极少，甚至没有至没有采取茎尖进行组织培养采取茎尖进行组织培养植物细胞工程第18页人工种子结构：结构：人工薄膜人工薄膜+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）优点：优点：不受气候、季节、地域限制不受气候、季节、地域限制保留优良性状保留优良性状时间短，占地少时间短，占地少技术：技术：组织培养组织培养原理：原理：细胞全能性细胞全能性植物细胞工程第19页养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌养分、无机盐、有机碳源、农药、抗生素、有益菌生长调整剂生长调整剂植物细胞工程第20页单倍体育种单倍体育种方法：方法：花药离体培养花药离体培养 技术：技术：组织培养取得单倍体组织培养取得单倍体秋水素处理单倍体幼苗，使染色体加倍秋水素处理单倍体幼苗，使染色体加倍优点：优点：显著缩短了育种年限显著缩短了育种年限后代稳定遗传后代稳定遗传植物细胞工程第21页突变体利用突变体利用利用组织培养时，分裂状态细胞易受培利用组织培养时，分裂状态细胞易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质养条件和外界压力（如射线，化学物质等）影响而产生突变原理，诱导并筛选等）影响而产生突变原理，诱导并筛选出对人类有用突变体。出对人类有用突变体。植物细胞工程第22页细胞产物工厂化生产细胞产物工厂化生产红豆杉与紫杉醇红豆杉与紫杉醇人参皂甘生产人参皂甘生产植物细胞工程第23页植物细胞工程实际应用植物细胞工程实际应用繁殖植物新路径繁殖植物新路径微型育种微型育种作物脱毒作物脱毒人工种子人工种子育种新方法育种新方法单倍体育种单倍体育种诱导突变体诱导突变体细胞产物工厂化生产细胞产物工厂化生产植物细胞工程第24页