植物细胞工程的基本技术PPT课件.pptx

1 1996年年7月月5日日,世界上第一只体世界上第一只体细胞克隆胞克隆动物物-克隆羊克隆羊多利多利诞生于英国。生于英国。这样的生物技的生物技术属于何种生物工程？属于何种生物工程？细胞工程胞工程2 细胞工程是指胞工程是指应用用细胞生物学和分子生胞生物学和分子生物学的原理和方法，通物学的原理和方法，通过细胞水平胞水平或或细胞胞器水平器水平上的操作，按照人上的操作，按照人们的意愿来的意愿来改改变细胞内的胞内的遗传物物质或或获得得细胞胞产品品的一的一门综合科学技合科学技术。什么叫什么叫细胞工程？包括哪两胞工程？包括哪两大大领域？域？3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整体水平或细胞整体水平或细胞器水平细胞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理理论基基础细胞的胞的全能性全能性42.1植物植物细胞工程胞工程2.1.1植物植物细胞工程的基本技胞工程的基本技术植物植物组织培养培养5所采用技术的理论基础植物细胞工程通常采用的技术手 段植物植物组织培养培养 植物体植物体细胞胞杂交交植物植物细胞的全能性胞的全能性6利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花7探究：探究：1、为什么运用植物什么运用植物组织培养技培养技术能把植物离能把植物离体器官、体器官、组织或或细胞培养成完整植物体？胞培养成完整植物体？植物植物细胞具有全能性胞具有全能性。2、什么是、什么是细胞的全能性？胞的全能性？81、定、定义：生物体的生物体的细胞具有胞具有发育成完整个体的潜育成完整个体的潜能的特性。能的特性。2、原理：、原理：生物体的每一个生物体的每一个细胞都包含有胞都包含有该物种所特物种所特有的全套有的全套遗传物物质，都有，都有发育成育成为完整个完整个体所必需的全部基因，从理体所必需的全部基因，从理论上上讲，生物，生物体的每一个体的每一个活活细胞胞都都应该具有全能性。具有全能性。3、差异：、差异：（1）受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高（2）植物植物细胞全能性胞全能性 动物物细胞全能性胞全能性(3)一、植物一、植物细胞的全能性胞的全能性受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞 9探究：探究：2、生物体内的、生物体内的细胞胞为什么没有表什么没有表现出全能性，而是分出全能性，而是分化成不同的化成不同的组织器官？器官？1、表、表现全能性的条件有哪些？全能性的条件有哪些？离体、一定的离体、一定的营养物养物质、激素及温度、激素及温度、光照、光照、pH等适宜外界条件。等适宜外界条件。在特定的在特定的时间和空和空间条件下，基因条件下，基因选择性的表达的性的表达的结果。果。生物体的每一个生物体的每一个细胞都含本物种的全套胞都含本物种的全套遗传物物质，都有，都有发育成完整个体的全套基因。育成完整个体的全套基因。3、为何已分化的何已分化的细胞仍具有胞仍具有发育成育成完整个体的潜能？完整个体的潜能？10【提提示示】(1)植植物物细胞胞全全能能性性的的条条件件，除除了了离离体体外外，还需需要要种种类齐全全、比比例例合合适适的的营养养物物质和和一一定定植植物物激激素素，另另外外操操作作中中还要要注注意意无无菌菌、控控制制适适宜宜温温度和光等。度和光等。(2)这不是全能性的反映，植物体上不是全能性的反映，植物体上长出新芽，出新芽，这是是细胞分化的胞分化的结果果(基因基因选择性表达的性表达的结果果)。4.在生物体内，在生物体内，细胞没有表胞没有表现出全能性，出全能性，而是分化而是分化为不同的不同的组织、器官，是因、器官，是因为（）A、细胞的基因胞的基因丧失了全能性失了全能性 B、基因在特定、基因在特定时间和空和空间条件下条件下选择性表达的性表达的结果果 C、不同的、不同的细胞内基因不完全相同胞内基因不完全相同 D、在个体、在个体发育的不同育的不同时期，期，细胞内的胞内的基因基因发生了生了变化化 B14 要把一要把一块组织通通过培养得到培养得到一株完整植株一株完整植株,应该如何操作如何操作呢呢?请同学同学们阅读P34实验完成完成P35讨论题。151958年，美国科学家斯年，美国科学家斯图尔德（德（F.C.Steward）将）将胡胡萝卜卜韧皮部的一些皮部的一些细胞胞进行培养行培养获得了完整的胡得了完整的胡萝卜新植株。卜新植株。植物植物组织培养技培养技术1617切取18接种19培养室2021愈伤组织的形成2223试管苗24移栽25切取切取形成形成层无菌无菌接种接种诱导愈愈伤组织的形成的形成试管苗的形成管苗的形成培养室培养室移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化26(4)请根据上面的根据上面的实验过程，概括出植物程，概括出植物组织培养技培养技术的流程的流程简图。27(1)在在组织培养培养实验中，中，为什么要什么要强调所所用器械的用器械的灭菌和菌和实验人人员的无菌操作？的无菌操作？防止防止杂菌菌污染，因染，因为杂菌生菌生长快，快，会和培养物争会和培养物争夺营养。养。杂菌生菌生长过程中程中会会产生有害的物生有害的物质，导致培养物迅速死致培养物迅速死亡。亡。28(2)在本在本实验中，切取胡中，切取胡萝卜卜块根根时强调要切取含有要切取含有形成形成层部分，原因是部分，原因是这部分容易部分容易诱导形成愈形成愈伤组织。请思考一下，胡思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用是否也能培养成小植株，你能用实验的方法的方法进行行验证吗？胡胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是生形成小植株，只是诱导愈愈伤组织比比较困困难。29 植物植物组织培养就是在无菌和人工控制条培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、件下，将离体的植物器官、组织、细胞，胞，培养在人工配制的培养基上，培养在人工配制的培养基上，给予适宜予适宜的培养条件，的培养条件，诱导其其产生愈生愈伤组织、丛芽，最芽，最终形成完整的植株。形成完整的植株。二、植物二、植物组织培养培养1、概念、概念30植物植物组织培养的培养基培养的培养基无机无机营养成分：无机养成分：无机盐离子离子有机有机营养成分：养成分：含含N物物质：包括：包括维生素和氨基酸生素和氨基酸碳源：碳源：2%5%的蔗糖溶液，的蔗糖溶液，调节渗透渗透压琼脂：起支持作用脂：起支持作用激素：生激素：生长素，素，细胞分裂素和赤霉素胞分裂素和赤霉素PH值：5.06.0一、植物组织培养31离体的植物器官、离体的植物器官、组织或或细胞胞愈愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体外植体外植体脱分化脱分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生胞分裂素、生长素素再分化再分化2、过程程植物植物组织培养条件培养条件：含有全部含有全部营养成分的培养养成分的培养基、一定的温度、空气、无基、一定的温度、空气、无菌菌环境、适合的境、适合的PH、适、适时光照等。光照等。遮光遮光光照光照细胞分化胞分化程度与程度与细胞分裂能胞分裂能力呈力呈负相相关。关。32强调几个概念：几个概念：离体的植物器官、离体的植物器官、组织或或细胞，胞，在培养一段在培养一段时间以后，通以后，通过细胞胞分裂，形成一种高度液泡化、无分裂，形成一种高度液泡化、无定形状定形状态薄壁薄壁细胞胞组成的排列疏成的排列疏松无松无规则的的组织。一、愈一、愈伤组织：33愈愈伤组织34由高度分化的植物器官、由高度分化的植物器官、组织或或细胞胞产生愈生愈伤组织的的过程，又称去分化。程，又称去分化。（2）脱分化的）脱分化的实质和和结果分果分别是是什么？什么？实质是恢复是恢复细胞的全能性胞的全能性过程。程。结果是形成愈果是形成愈伤组织。脱分化脱分化产生的愈生的愈伤组织在培养在培养过程中程中重新分化根或芽等器官的重新分化根或芽等器官的过程。程。二、（二、（1）植物）植物细胞的胞的脱分化脱分化：三、植物三、植物细胞的胞的再分化再分化：35愈愈伤组织胚状体根、芽同时发生先根后芽先芽后根人工种子完整植株36（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子人工种子人工种子组成成胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮(透气透水易降解+胚乳（营养物质、固氮菌、抗生素等）人工种子：人工种子：37解决的解决的问题：a一一些些植植物物繁繁殖殖周周期期长，数数年年后后才才能能结出出种子。种子。b有有些些作作物物优良良杂种种的的后后代代因因发生生性性状状分分离而离而丧失其失其优良特性。良特性。c常常规种种子子的的生生产受受季季节、气气候候和和地地域域的的限制，并且占用大量的土地。限制，并且占用大量的土地。1、为什么什么诱导愈愈伤组织的的过程中程中应避避光培养？光培养？在有光在有光时，往往容易形成，往往容易形成维管管组织，而不易形成愈而不易形成愈伤组织。2、决定植物脱分化、再分化的关、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？因素是什么？植物激素植物激素 当当细胞分裂素胞分裂素和和生生长素素共同使用共同使用时，能刺激愈能刺激愈伤组织的形成，而通的形成，而通过调节二者的二者的浓度比，就可以度比，就可以调控植物控植物细胞培养胞培养过程中芽和根的形成，称程中芽和根的形成，称为“激素杠杆激素杠杆”。(见P42)40栏目栏目导引导引新知初探思新知初探思维启动维启动要点突破讲要点突破讲练互动练互动知能演练轻知能演练轻巧夺冠巧夺冠专题专题2 细胞工程细胞工程要点二植物的要点二植物的组织培养培养1.植物植物组织培养中脱分化与再分化培养中脱分化与再分化过程的比程的比较名称名称过程过程形成体特点形成体特点条件条件脱分脱分化化离体器官、离体器官、组织、细胞组织、细胞成为愈伤组成为愈伤组织织排列疏松、排列疏松、高度液泡化高度液泡化的薄壁细胞的薄壁细胞团团离体；离体；提供提供营养物质营养物质(有机物、有机物、无机物无机物)；提供提供激素激素(生长素、细生长素、细胞分裂素等胞分裂素等)；提供其他适宜条提供其他适宜条件件(温度、无菌等温度、无菌等)再分再分化化愈伤组织成愈伤组织成为幼苗或胚为幼苗或胚状体结构状体结构有根、芽或有根、芽或有生根发芽有生根发芽的能力的能力栏目栏目导引导引新知初探思新知初探思维启动维启动要点突破讲要点突破讲练互动练互动知能演练轻知能演练轻巧夺冠巧夺冠专题专题2 细胞工程细胞工程2.植物激素在植物植物激素在植物组织培养中的作用培养中的作用生长素生长素/细胞分裂细胞分裂素的比值素的比值作用效果作用效果比值高时比值高时促进根分化、抑制芽形成促进根分化、抑制芽形成比值低时比值低时促进芽分化、抑制根形成促进芽分化、抑制根形成比值适中比值适中促进愈伤组织形成促进愈伤组织形成栏目栏目导引导引新知初探思新知初探思维启动维启动要点突破讲要点突破讲练互动练互动知能演练轻知能演练轻巧夺冠巧夺冠专题专题2 细胞工程细胞工程特特别提提醒醒(1)植植物物组织培培养养成成功功的的关关键是是避避免免微微生生物物的的污染染，所所有有实验用用具具都都必必须严格格灭菌，接种菌，接种过程要程要进行行严格的无菌操作。格的无菌操作。(2)脱分化培养愈脱分化培养愈伤组织时要避光要避光(如果此如果此时进行光照，容易分化行光照，容易分化产生生维管等管等组织，不利，不利于于产生大量的愈生大量的愈伤组织)，但再分化，但再分化过程要有程要有光照，光照，这样有利于有利于诱导形成叶形成叶绿素。素。栏目栏目导引导引新知初探思新知初探思维启动维启动要点突破讲要点突破讲练互动练互动知能演练轻知能演练轻巧夺冠巧夺冠专题专题2 细胞工程细胞工程【易易误警示警示】脱分化和再分化不能在同一培脱分化和再分化不能在同一培养基上完成，需配制三种生养基上完成，需配制三种生长素、素、细胞分裂素胞分裂素不同不同浓度的培养基，中度的培养基，中间经过两次两次转接接,才可才可顺利完成脱分化和再分化利完成脱分化和再分化过程。一般程。一般过程是：程是：在脱分化培养基上形成的愈在脱分化培养基上形成的愈伤组织，转接到生接到生芽培养基上，待芽培养基上，待长出出丛芽后，再芽后，再转接到生根培接到生根培养基上，促其生根。养基上，促其生根。因因为不同种生物之不同种生物之间存存在着在着生殖隔离生殖隔离，所以用，所以用传统的有性的有性杂交方法是交方法是不可能做到不可能做到这一点的。一点的。于是，于是，这些科学家些科学家试图用用这两种植物的体两种植物的体细胞胞进行行杂交，来交，来实现这一美妙的一美妙的设想。想。三、植物体三、植物体细胞胞杂交技交技术这幅番茄幅番茄马铃薯薯图利利用用传统有性有性杂交方法能交方法能实现吗？为什么？什么？48 1972年卡年卡尔森等通森等通过两个烟草品种之两个烟草品种之间原原生生质体的融合，体的融合，获得了第一个体得了第一个体细胞胞杂种。种。1978年梅年梅尔彻斯斯(Melchers)等首次等首次获得得了番茄和了番茄和马铃薯的属薯的属间体体细胞胞杂种种“Potamato”。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、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等冠草等细胞胞杂种种及其后代，及其后代，获得了有价得了有价值的新品系或育的新品系或育种上有用的新材料。种上有用的新材料。491、概念：、概念：将两个来自不同植物的体将两个来自不同植物的体细胞融胞融合成一个合成一个杂种种细胞，且把胞，且把杂种种细胞培育成新的植物体的胞培育成新的植物体的过程。程。2、优势：（与有性与有性杂交交方法比方法比较）克服了克服了远缘杂交不交不亲和的障碍和的障碍，拓展了可用于拓展了可用于杂交的交的亲本本组合合范范围。植物体植物体细胞胞杂交交50二、植物体二、植物体细胞胞杂交技交技术3、成果和未解决的问题成果：克服不同生物成果：克服不同生物远缘杂交的障碍，出交的障碍，出 现自然界没有的新品种自然界没有的新品种。未解决的未解决的问题：未能：未能让杂种植物按照人种植物按照人们的需要表的需要表现出出亲代的代的优良。良。51杂种种植植株株融合的融合的原生原生质体体AB再再生生出出细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤组织再再分分化化1、过程程植物植物细胞的融合胞的融合植物植物组织培养培养植物植物细胞胞A原生原生质体体B原生原生质体体A杂种种细胞胞AB去去 壁壁去去 壁壁人人工工诱导方法？方法？促促进融合融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的标志志植物植物细胞胞B二、植物体二、植物体细胞胞杂交技交技术细胞融合的基胞融合的基础：细胞膜的流胞膜的流动性性52去壁去壁去壁去壁纤维素素酶果胶果胶酶原原生生质体体植植物物细胞胞原原生生质体体融融合合离心、离心、振振动、电刺激、刺激、聚乙二聚乙二醇醇再再生生细胞胞壁壁杂种种细胞胞去去分分化化愈愈伤组织杂种种植植株株激素激素筛选等量等量激素激素再再分分化化植物体植物体细胞胞杂交交过程示意程示意图53马铃薯薯细胞胞 番茄番茄细胞胞杂种种细胞胞1.阻碍植物阻碍植物细胞胞亲和的和的结构是什么？构是什么？怎么去除？怎么去除？融融 合合长壁壁原生原生质体体纤维素素酶和果胶和果胶酶2.去壁以后的去壁以后的结构叫什么？构叫什么？3.用什么方法才能用什么方法才能让细胞胞紧密接触并密接触并发生融合？生融合？4.融合的融合的过程是怎程是怎样的？其的？其过程中用程中用到了膜的什么特性？到了膜的什么特性？5.融合完成的融合完成的标志是什么？志是什么？6.杂种种细胞胞遗传物物质有什么特点？有什么特点？7.融合后除融合后除杂种种细胞外胞外还有哪些融合有哪些融合细胞？胞？物理方法：离心、振物理方法：离心、振动、电击.化学方法：聚乙二醇（化学方法：聚乙二醇（PEG）诱导细胞膜融合胞膜融合细胞胞质融合融合细胞核融合胞核融合流流动性性单核、核、长出新的出新的细胞壁胞壁具有两个物种的具有两个物种的具有两个物种的具有两个物种的遗传遗传物物物物质质马马马马、番、番、番、番-番番番番所以所以所以所以还还要要要要经过经过筛选筛选才能得到才能得到才能得到才能得到杂杂种植株种植株种植株种植株541.为什么什么“番茄番茄马铃薯薯”超超级杂种植株没有种植株没有如科学家所想像的那如科学家所想像的那样，地上，地上长番茄、地下番茄、地下结马铃薯？薯？马铃薯薯番茄没有像人番茄没有像人们预想的那想的那样地上地上长番茄、番茄、地下地下结马铃薯，主要原因是：薯，主要原因是：生物基因的表达不生物基因的表达不是孤立的，它是孤立的，它们之之间是相互是相互调控、相互影响控、相互影响的，的，所以所以马铃薯薯番茄番茄杂交植株的交植株的细胞中胞中虽然具然具备两个物种的两个物种的遗传物物质，但，但这些些遗传物物质的表达受到相互干的表达受到相互干扰，不能再像，不能再像马铃薯或薯或番茄植株中的番茄植株中的遗传物物质一一样有序表达，有序表达，杂交交植株不能地上植株不能地上长番茄、地下番茄、地下结马铃薯就是很薯就是很自然的了。自然的了。55特特别提提醒醒(1)杂种种细胞胞产生生的的标志志是是新新细胞胞壁壁的的形形成成，植植物物体体细胞胞杂交交技技术完完成成的的标志志是是得得到到杂种植株。种植株。(2)植植物物体体细胞胞杂交交技技术包包括括植植物物细胞胞融融合合和和植植物物组织培养两个培养两个过程。程。(3)从生殖从生殖类型上看，植物体型上看，植物体细胞胞杂交技交技术没有有没有有性生殖性生殖细胞的形成和胞的形成和结合，合，应属于无性生殖，属于无性生殖，变异异类型型应是染色体数目的是染色体数目的变异异。比比比比较较植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术所属所属范畴范畴原理原理步骤步骤意义意义联系联系无性繁殖无性繁殖细胞全能性胞全能性脱分化脱分化再分化再分化保持保持优良性状良性状繁殖速度快、大繁殖速度快、大规模生模生产提高提高经济效益效益杂交技交技术应用了用了组织培养培养克服不同种生物克服不同种生物远源源杂交交的障碍的障碍去除去除细胞壁、胞壁、获得有活力的得有活力的原生原生质融合形成融合形成杂种种细胞胞组织培养培养膜流膜流动性性细胞全能性胞全能性染色体染色体变异、基因重异、基因重组57(1)不同不同细胞体胞体现全能性能力的大小不同，具体全能性能力的大小不同，具体表表现为：受精卵：受精卵生殖生殖细胞胞体体细胞，离体胞，离体细胞胞的全能性表达与分化程度呈的全能性表达与分化程度呈负相关，但生殖相关，但生殖细胞特殊。胞特殊。(2)脱分化形成愈脱分化形成愈伤组织的的过程不需要光，再分程不需要光，再分化化过程需要光，因程需要光，因为愈愈伤组织利用有机利用有机营养成养成分，而分，而试管苗需要管苗需要进行光合作用以自养。行光合作用以自养。(3)植物植物组织培养中不同培养培养中不同培养阶段培养基含有的段培养基含有的激素比例不同，因激素比例不同，因为培养的目的不同培养的目的不同(生根或生生根或生芽芽)。58(4)植物植物组织培养中用到的有机碳源一般培养中用到的有机碳源一般为蔗糖，用葡萄糖也可以，但后者的成本高。蔗糖，用葡萄糖也可以，但后者的成本高。(5)利用植物利用植物组织培养技培养技术生生产细胞胞产物物时，有有时只需将外植体培养到愈只需将外植体培养到愈伤组织，从愈，从愈伤组织中中获取取产物。物。(6)人工种子人工种子发育初期需要的育初期需要的营养物养物质由人由人工胚乳提供。工胚乳提供。(7)人工种皮中可以加入适量的养分、无机人工种皮中可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等，、抗生素、有益菌等，以利于胚状体生以利于胚状体生长发育成幼苗。育成幼苗。59601、回、回忆植物植物组织培养技培养技术的基本原理和的基本原理和过程？程？2、思考利用、思考利用这项技技术能做哪些工作？能做哪些工作？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61 资料料1 科学家科学家应用多倍体育种的方法，用多倍体育种的方法，培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、含糖高、口感好等特点。含糖高、口感好等特点。但因其不但因其不结种子，种子，每年必每年必须用四倍体和用四倍体和二倍体西瓜二倍体西瓜杂交培育交培育种子，不种子，不仅增加了生增加了生产成本，也成本，也给无籽西无籽西瓜的普及瓜的普及带来困来困难。62 资料料2 病毒引起的植物病害有病毒引起的植物病害有500多种。多种。受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，和花卉，如水稻、小麦、棉花、如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、薯、油菜、大蒜、苹果、苹果、枣、唐菖蒲、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的花等。而且没有有效的防治防治办法，只能拔除病株，造成很大的法，只能拔除病株，造成很大的经济损失。失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的嫩的器官和未成熟的组织中中较少，在分生区几少，在分生区几乎不含病毒。乎不含病毒。63 资料料3 兰花因高雅美花因高雅美丽而深受人而深受人们喜喜爱。兰花常用分根法和种子花常用分根法和种子进行繁殖。在行繁殖。在兰花的花的常常规繁殖中，遇到的繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁是：用分根法繁殖速度殖速度缓慢，不利于慢，不利于新品种的推广新品种的推广;用种子用种子繁殖又很困繁殖又很困难，因，因为兰花的种子十分微小，花的种子十分微小，胚很胚很纤弱，种子几乎弱，种子几乎没有没有储藏藏营养物养物质，在在发芽芽过程中很容易夭折。程中很容易夭折。64植植物物细胞胞工工程程的的实际应用用（一）（一）、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径（二）（二）、作物新品种的培育作物新品种的培育（三）（三）、细胞胞产物的工厂化生物的工厂化生产1.单倍体育种2.突变体的利用药药物，香料，蛋白物，香料，蛋白物，香料，蛋白物，香料，蛋白质质等等等等65一植物繁殖的新途径1.概念概念:快速繁殖快速繁殖优良品种的植物良品种的植物组织培养技培养技术2.优点点:3.成就成就:1）保持）保持优良品种的良品种的遗传特性特性2）高效快速地）高效快速地实现种苗的大量繁殖种苗的大量繁殖 例：用一个例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生花茎尖就可以在一年内生产出出400万株万株兰花苗。花苗。微型繁殖技术6667（一）微型繁殖技（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技（也称快速繁殖技术）一植物繁殖的新途径讨论 P38利用了植物利用了植物“微型微型”繁殖技繁殖技术的：的：1）保持优良品种的遗传特性2）高效快速地实现种苗的大量繁殖在短时间中获得大量的优质种苗68 生姜是生姜是药食两用的食两用的经济作物，具有栽培容易、作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是展很快。但是生姜在生生姜在生产上上长期采用无性繁殖，容易感染多种病期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品毒病，使生姜品质变差，叶子差，叶子皱缩，生，生长缓慢，一慢，一般减般减产30%50%。69 病毒容易沿植物体的病毒容易沿植物体的维维管管组织传组织传播，而播，而分生分生组织组织区中缺乏区中缺乏维维管系管系统统，因此不含病，因此不含病毒。用做毒。用做组织组织培养的植物材料可以是植物培养的植物材料可以是植物体任何体任何类类型的型的组织细组织细胞。怎胞。怎样样利用植物利用植物组组织织培养技培养技术术解决？解决？70一植物繁殖的新途径（二）（二）作物脱毒作物脱毒1.作物脱毒的原因作物脱毒的原因:2.作物脱毒的材料作物脱毒的材料:3.作物脱毒的方法作物脱毒的方法:4.作物脱毒的作物脱毒的结果果:长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差分生区（如茎尖）的细胞进行组织培养获得脱毒苗5.成就成就:712.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72（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径1.天然种子的局限天然种子的局限 1）培育周期）培育周期长 2）优良良杂种的后代会种的后代会发生性状分离而生性状分离而丧失其失其优良特性良特性 3）生）生产会受到季会受到季节、气候和地域的限制，、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地并且需要占用大量的土地实现制种制种73种种 子子 的的 结 构构自然种子胚胚种皮种皮胚乳胚乳74（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径通通过过植物植物组织组织培养得到的培养得到的胚状体、不定芽、胚状体、不定芽、顶顶芽和腋芽芽和腋芽等等为为材料，材料，经过经过人工薄膜人工薄膜包装包装得到的种子。得到的种子。（1）人工种子概念）人工种子概念（2）人工种子）人工种子组成成胚状体（或不定芽、胚状体（或不定芽、顶顶芽和腋芽）芽和腋芽）+人工种皮人工种皮 75（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径2.人工种子人工种子 胚状体76（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径 诱导植物愈植物愈伤组织体体细胞胚的胞胚的诱导体体细胞胚的成熟胞胚的成熟 体体细胞胚的机械化包裹胞胚的机械化包裹贮藏或种植藏或种植思考思考 设计人工种子制人工种子制备技技术的主要流程的主要流程图77 通通过植物植物组织培养的方法培养的方法获得的得的胚状体、不胚状体、不定芽、定芽、顶芽和腋芽芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子芽成幼苗的种子。u技术：组织培养。u特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗。u优点后代无性状分离，保持优良特性不受季节、气候和地域的限制易于储藏和运输3、人工种子、人工种子78人工种子的人工种子的结构构 人工种皮中可以加人工种皮中可以加入适量的养分、无机入适量的养分、无机盐、有机碳源以及、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌、抗生素、有益菌等等,以利于胚状体生以利于胚状体生长发育成幼苗。育成幼苗。79（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子一植物繁殖的新途径讨论 P40培植周期短后代无性状分离不受气候,季节和地域限制可以很方便地贮藏和运输加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌、植物生长调节剂等1）优点点：2）人工种皮的有效成分）人工种皮的有效成分80二二.作物的新品种培育作物的新品种培育复复习:1传统方法方法(杂 交交)杂交育种依据的原理是交育种依据的原理是:基因的自由基因的自由组合定律，合定律，优良的基因自由良的基因自由组合。合。8182结果:通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中缺点:要不断进行(多年)纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种83（一）（一）单倍体育种倍体育种二作物新品种的培育体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体1.单倍体定倍体定义：2.单单倍体形成：倍体形成：3.单单倍体植株的特点：倍体植株的特点：由配子不经过受精作用而直接发育成的个体。例：蜜蜂中的雄蜂长得弱小，而且高度不育84花花药 花粉花粉细胞培养胞培养 接种脱分化脱分化愈愈伤组织 分化出分化出分化出分化出小植物小植物小植物小植物再分化再分化单单倍体倍体倍体倍体植株植株植株植株移栽移栽正常正常植株植株染色体加倍染色体加倍85（一）（一）单倍体育种倍体育种二作物新品种的培育后代都是纯合子，明显缩短育种年限5.优优点：点：6.成就成就86（二）（二）突突变体的利用体的利用二作物新品种的培育植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变1.产生生：筛选对人们有利突变体,进而培育新品种2.利用：利用：3.成就：成就：20世世纪70年代以来，各国的科学家用年代以来，各国的科学家用这种方法已种方法已经筛选到抗病、抗到抗病、抗盐、含高蛋白，、含高蛋白，以及高以及高产的突的突变体，有的已用于生体，有的已用于生产。87原理：诱变育种 突变体育种作用对象 萌发的种子或幼苗植物组织培养中的细胞基因突变88比比较：单倍体育种：倍体育种：突突变体的利用：体的利用：植物体植物体细胞胞杂交育种交育种优点：点：育种原理：育种原理：优点：点：育种原理：育种原理：优点：点：育种原理：育种原理：明明显缩短育种年限短育种年限染色体染色体变异异能能够产生新性状生新性状基因突基因突变克服克服远缘杂交不交不亲和障碍和障碍染色体染色体变异异89蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等1.细细胞胞产产物种物种类类：三细胞产物的工厂化生产植物的组织培养2.技技术术：3.成就：成就：90工厂化生工厂化生产人参皂人参皂甙的基本的基本过程是什么？程是什么？v第一步，第一步，选择人参根作人参根作为外植体外植体进行培养，行培养，产生愈生愈伤组织，经过培养培养选择找到增殖速度找到增殖速度快而且快而且细胞内人参皂胞内人参皂甙含量高的含量高的细胞株作胞株作为种种质，其中一部分作，其中一部分作为保存用，以保存用，以备下一次下一次生生产用，一部分用，一部分进行行发酵生酵生产。v第二步，将第一步第二步，将第一步选择到的到的细胞株在胞株在发酵罐酵罐中的适合培养液中中的适合培养液中进行液体培养，增加行液体培养，增加细胞胞数量。数量。v第三步，将第三步，将发酵罐中培养的酵罐中培养的细胞胞进行破碎，行破碎，从中提取人参皂从中提取人参皂甙。91怎怎样拯救拯救红豆杉并且生豆杉并且生产大量紫杉醇？大量紫杉醇？讨论 作作业92思考：思考：1、高效抗癌的、高效抗癌的药物紫杉醇，物紫杉醇，虽然能造福人然能造福人类，但，但却却为濒危的危的红豆杉豆杉带来一来一场灭顶之灾。以之灾。以“我我们能否利用能否利用植物植物组织培养技培养技术大量生大量生产紫杉醇，从而拯救紫杉醇，从而拯救红豆杉豆杉”为题，与同学展开，与同学展开讨论，说出植物出植物组织培养技培养技术在在节约资源、源、保保护环境方面的重要意境方面的重要意义。可以利用可以利用植物植物组织培养技培养技术来大量生来大量生产紫杉醇。紫杉醇。现在国内外的在国内外的科学家科学家们正在研究利用植物正在研究利用植物细胞培养技胞培养技术来大量培育来大量培育红豆杉豆杉细胞，希望利用胞，希望利用这种方法来大量生种方法来大量生产紫杉醇。国内外紫杉醇。国内外许多多实验室室开展了用开展了用组织培养法生培养法生产紫杉醇的研究，紫杉醇的研究，红豆杉属的豆杉属的11种植物种植物现都在都在进行行组织培养。培养。ESC Agenetics公司宣布他公司宣布他们用用细胞培胞培养法所得紫杉醇的含量是养法所得紫杉醇的含量是树皮的皮的25倍。国内外在分化倍。国内外在分化细胞株胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基基组成等因素成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。胞培养及紫杉醇生成的影响。现在工在工艺条件条件已基本摸清，正研究反已基本摸清，正研究反应的放大技的放大技术等，有望等，有望实现通通过细胞培胞培养养进行工行工业化生化生产紫杉醇的目紫杉醇的目标。93v植物植物组织培养技培养技术在我在我们生活中的另生活中的另外一些外一些应用用：v a.拯救拯救濒危植物；危植物；v b.提供食品制作的原料；提供食品制作的原料；v c.转基因植物的培育基因植物的培育,也要用到植物也要用到植物组织培养的方法培养的方法.94