一轮复习---选修3-植物细胞工程(上课用).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过,细胞水平,或,细胞器水平,上的操作，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。,什么叫细胞工程？,按操作对象分类,植物细胞工程,动物细胞工程,2.1植物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术,2.1.2植物细胞工程的实际应用,植物组织培养技术,植物体细胞杂交技术,植物繁殖的新途径,作物新品种的培育,2.1植物细胞工程,2.1.1植物细胞工程的基本技术,植物组织培养技术,生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的都有发育成为完整个体所必需的,。,2.原因：,具有某种生物,的任何一个细胞，都具有发育成,的潜能。,完整生物体,1.定义：,细胞的全能性,全套遗传物质,全套遗传信息,3.全能性的程度：,（,1）受精卵的全能性,最高,受精卵,生殖细胞,体细胞,（,2）,植物细胞动物细胞,（4）,（3）分化程度低的细胞分化程度高的细胞,全部基因,4.生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官的原因,基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果,5、植物细胞表现出全能性的条件：,处于,离体,状态，在一定的,营养物质、激素,和,其他外界条件,的作用下，植物细胞就可能表现全能性，发育成完整的植株。,1958年美国科学家斯图尔德利用胡萝卜韧皮部的细胞进行细胞培养,植物组织培养技术,一、植物组织培养技术,(一）、植物组织培养的过程,阅读P,34,的实验，回答问题：,1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？,2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？,3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？,4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？,5、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？,6、请同学们概括出植物组织培养技术的流程图。,1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？,2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？,3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？,细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件,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。,想一想,其形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。,4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？,5、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？（P43),6、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养,技术的流程图，并与同学交流。,在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。,植物激素。,一般，,当生长素含量高于细胞分裂素时，有利于根的形成。,当生长素含量低于细胞分裂素时，有利于芽的形成。,接种试管苗的形成,愈伤组织的形成,移栽大田，培养成正常植株,胡萝卜的组织培养,取材,消毒,植物组织培养技术,离体器官,组织细胞,脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又,重新分化,成根或芽等器官。,植物体,愈伤组织,脱分化,根、芽,1、过程,再分化,已经,高度分化,的植物细胞经诱导后逐渐失去原来的结构和功能，转变成,未分化,细胞的过程，即形成愈伤组织。,脱分化：,再分化：,愈伤组织,：,一些,已分化,的细胞，经过激素的诱导，已分化的细胞恢复了细胞分裂能力，而增殖形成的无组织结构、无器官分化的薄壁细胞团,根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培养的概念。,2、植物组织培养的概念：,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、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。,3、条件,离体 培养基:无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素等）,适宜温度、光照、pH和无菌环境。,小结：,植物组织培养的过程,外植体,愈伤组织,根、芽,植物体,脱分化,再分化,（离体的,已分化组织或细胞）,（未分化）,（分化）,幼芽或幼根？,条件？,优点,？,特点？,繁殖速度快,不受季节限制,工厂化生产,幼苗无毒,保持优良性状,适宜温度、无光、pH和无菌环境。,无机物、有机物和植物激素（,生长素，细胞分裂素等,）,无定形状态,薄壁细胞,高度液泡化,排列疏松、无规则,无叶绿体,不进行光合作用,分化程度低去分化较易,条件:需光,1.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,3、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：,A、脱分化 B、去分化,C、再分化 D、脱分化或去分化,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,D,木质部的导管细胞是死细胞，成熟的筛管细胞无细胞核。,小结：,植物组织培养的过程,外植体,愈伤组织,根、芽,植物体,脱分化,再分化,（离体的,已分化组织或细胞）,（未分化）,（分化）,幼芽或幼根？,条件？,优点,？,特点？,繁殖速度快,不受季节限制,工厂化生产,幼苗无毒,保持优良性状,适宜温度、无光、pH和无菌环境。,无机物、有机物和植物激素（,生长素，细胞分裂素等,）,无定形状态,薄壁细胞,高度液泡化,排列疏松、无规则,无叶绿体,不进行光合作用,分化程度低去分化较易,条件:需光,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。,于是，这些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。,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？,(1),(1),(2),(3),(4),(5),植物体细胞杂交,过程示意图,1,你认为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？,2,有没有一种温和的去壁方法呢？,3,为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？,4,、把原生质体放在一起能自然融合吗？,5,如何将杂种细胞培育成杂种植株？,请思考：,涉及的方法,（1）,酶解法,去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体。,植物细胞,原生质体,（2）,人工诱导,两种植物的原生质体融合成杂种细胞。,离心、振动、电刺激,聚乙二醇（PEG）处理,（3）用,植物组织培养法,培养杂种细胞为杂种植株。,纤维素酶、果胶酶,物理法：,化学法：,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,1、过程,植物细胞的融合,植物组织培养,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,方法？,促进融合的方法？,融合完成的,标志,植物细胞B,二、植物体细胞杂交技术,细胞融合的基础：,细胞膜的流动性,植物细胞A,植物细胞B,愈伤组织,脱分化,杂种植物,再分化,融合,植物组织培养,去壁,杂种细胞,生壁,原生质体A,原生质体B,酶解法,融合原生质体,诱 导,植物体细胞杂交技术,2、概念,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技术。,3、优势和未解决的问题,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障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。,并且培育出了许多在生产上有较高应用价值的杂种植株品种。例如：,烟草海岛烟草、胡萝卜羊角芹、,白菜甘蓝等等。,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,“白菜甘蓝”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。,未解决的问题：未能让杂种植物按照人们,的需要表现出亲代的优良。,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？,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,2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，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。,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、大规模生产,提高经济效益,植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术,克服不同种生物远源杂交的障碍,去除细胞壁,融合形成杂种细胞,组织培养,细胞的膜流动性,细胞全能性,染色体变异、基因重组,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,小结,反馈练习,1、植物体细胞杂交的过程实质是（）,A、细胞质融合的过程,B、细胞核融合的过程,C、细胞膜融合的过程,D、细胞原生质体融合的过程,D,2、在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后,，,需要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器（）,A、叶绿体、高尔基体 B线粒体、高尔基体C、叶绿体、线粒体 D、线粒体、内质网,B,6、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AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，问,：,（,1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规,则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基,中获得_ 等营养物质。,（2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_,_和_两类激素。,水、无机盐、维生素和小分子有机,物,细胞分裂素,植物生长素,（3）愈伤组织分化是指愈伤组织形成芽和根，再由芽发育成叶和茎。这一过程必须给予光照，其原因是_能利用光能制造有机物，供试管苗生长发育。,（4）试管苗的细胞核中含_条脱氧核糖核苷酸链。,（5）培育成的试管苗可能出现的基因型有_。,叶绿体,24,AB、aB、Ab、ab,2.1.2 植物细胞工程的实际应用,资料1 科学家应用多倍体育种的方法，,培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、,含糖高、口感好等特点。,但因其不结种子，,每年必须用四倍体和,二倍体西瓜杂交培育,种子，不仅增加了生,产成本，也给无籽西,瓜的普及带来困难。,资料2 病毒引起的植物病害有500多种。,受害的植物包括粮食作物、蔬菜果树和花卉，,如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、,苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的,防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损,失。,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组织中较少，在分生区几,乎不含病毒。,资料3 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。,兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的,常规繁殖中，遇到的,难题是：用分根法繁,殖速度缓慢，不利于,新品种的推广;用种子,繁殖又很困难，因为,兰花的种子十分微小，,胚很纤弱，种子几乎,没有储藏营养物质，,在发芽过程中很容易夭折。,（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）,一、植物繁殖的新途径,1.概念:,快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。,2.优点:,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。,（二）,作物脱毒,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,1.原因:,2.材料:,3.方法:,4.结果:,（,三）神奇的人工种子,1.天然种子的局限,1）培育周期长。,2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性。,3）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地实现制种。,1.人工种子,胚状体,（三）神奇的人工种子,通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮,（2）人工种子组成,1,）人工种皮的有效成分,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。,诱导植物愈伤组织,体细胞胚的诱导,体细胞胚的成熟,体细胞胚的机械化包裹,贮藏或种植,思考,设计人工种子制备技术的主要流程图,一、植物繁殖的新途径,（三）神奇的人工种子,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。,1）优点：,一、植物繁殖的新途径,（三）神奇的人工种子,（一）单倍体育种,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。,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。,1.单倍体定义：,2.单倍体形成：,3.单倍体植株的特点：,4.,设计出通过植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。,（一）单倍体育种,二 作物新品种的培育,花药,花粉细胞培养,接种,脱分化,愈伤组织,根、芽,再分化,单倍体植株,移栽,正常植株,染色体加倍,后代都是纯合子，明显缩短育种年限,5.优点：,（一）单倍体育种,二 作物新品种的培育,（二）,突变体的利用,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,：,筛选对人们有利突变体,进而培育新品种。,2.利用：,二 作物新品种的培育蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等,1.细胞产物种类：,三 细胞产物的工厂化生产,植物的组织培养,2.技术：,3.成就：,1、植物的微型繁殖技术是指（）,A植物体细胞杂交技术 B嫁接,C营养繁殖 D植物组织培养,课堂演练,2、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是（）,A彼此性状相似 B变异频率较高,C单倍体 D都是纯合子,D,A,3用植物组织培养技术，可以培养或生产(),A食品添加剂 B无病毒植物,C.人工种子 D前三项都是,4下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是（）,A,花药离体培养得到单倍体植株,B,秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株,C,人工种子的培育,D,“番茄马铃薯”杂种植株的培育过程,D,B,5、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,C,6.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（）,A.有丝分裂 B.分化,C.减数分裂 D.全能性,C,