植物组织培养.ppt

细细胞工程胞工程 指指应应用用细细胞生物学和分子生物学的原理和胞生物学和分子生物学的原理和方法，通方法，通过过某种工程学手段，在某种工程学手段，在细细胞整体水平胞整体水平或或细细胞器水平上，按照人胞器水平上，按照人们们的意愿来改的意愿来改变细变细胞胞内的内的遗传遗传物物质质或或获获得得细细胞胞产产品的一品的一门综门综合科学合科学技技术术。应应用的原理和方法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细胞生物学和胞生物学和分子生物学分子生物学细细胞或胞或细细胞器胞器水平水平按照人按照人们们的意愿来改的意愿来改变变细细胞内的胞内的遗传遗传物物质质或或获获得得细细胞胞产产品品(定向改造）定向改造）主主要要技技术术植物植物组织组织培养培养植物体植物体细细胞胞杂杂交交动动物物细细胞培养胞培养动动物物细细胞融合胞融合单单克隆抗体技克隆抗体技术术核移植核移植植物植物细细胞胞工程工程动动物物细细胞胞工程工程一、植物一、植物组织组织培养培养1、生物学原理：、生物学原理：细细胞的全能性胞的全能性（一）（一）细细胞的全能性胞的全能性1、定、定义义：生物体的生物体的细细胞具有使后代胞具有使后代细细胞形成完整个胞形成完整个体的潜能的特性。体的潜能的特性。2、原理：、原理：生物体的每一个生物体的每一个细细胞都包含有胞都包含有该该物种所特物种所特有的全套有的全套遗传遗传物物质质，都有，都有发发育成育成为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，从理论论上上讲讲，生物，生物体的每一个活体的每一个活细细胞都胞都应该应该具有全能性。具有全能性。3、差异：、差异：（1 1）受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 （2 2）受精卵分化后的受精卵分化后的细细胞中，体胞中，体细细胞的胞的全能性比生殖全能性比生殖细细胞的胞的低。低。4、大小、大小受精卵胚胎干受精卵胚胎干细细胞生殖胞生殖细细胞体胞体细细胞胞植物植物细细胞胞动动物物细细胞胞 思考思考讨论讨论：为为什么体内什么体内细细胞没有表胞没有表现现出出全能性，而是分化成全能性，而是分化成为为不同的不同的组织组织、器官？、器官？基因在特定空基因在特定空间间和和时间时间条件下条件下选择选择性表达性表达的的结结果。果。在个体在个体发发育的不同育的不同时时期，生物体不同期，生物体不同部位的部位的细细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质质也不一也不一样样，从而形成了不同的，从而形成了不同的组织组织和器官。和器官。(二)、植物植物组织组织培养培养1、植物、植物组织组织培养的条件：培养的条件：离体的离体的细细胞、胞、组织组织或器官或器官适宜的适宜的外界外界环环境条件，如无菌、适宜的温度、湿度、境条件，如无菌、适宜的温度、湿度、光照等光照等培养基（培养基（一定的一定的营营养物养物质质，激素激素）2、植物、植物组织组织培养的培养基培养的培养基无机营养成分：无机盐离子有机营养成分：含N物质：包括维生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖溶液，调节渗透压 琼脂：起支持作用 激素：生长素，细胞分裂素PH值：5.06.0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、茎尖、嫩芽、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：几个概念：愈愈伤组织伤组织：离体的植物器官、：离体的植物器官、组织组织或或细细胞，在培养一段胞，在培养一段时间时间以后，通以后，通过过细细胞分裂，形成一种高度液泡化、胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状无定形状态态薄壁薄壁细细胞胞组组成的排列疏成的排列疏松无松无规则规则的的组织组织。脱分化脱分化：由高度分化的植物器官、：由高度分化的植物器官、组织组织或或细细胞胞产产生愈生愈伤组伤组织织的的过过程，又称去分化。程，又称去分化。再分化再分化：脱分化：脱分化产产生的愈生的愈伤组织伤组织在培养在培养过过程中重新分化根程中重新分化根或芽等器官的或芽等器官的过过程。程。试管苗大规模培养离体的植物器官、离体的植物器官、组织组织或或细细胞胞愈愈伤组织伤组织根、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：细细胞分裂素、生胞分裂素、生长长素素再分化再分化植物组织培养的过程植物植物组织组织培养条件培养条件：含有全部含有全部营营养成分的养成分的培养基、一定的温度、空培养基、一定的温度、空气、无菌气、无菌环环境、适合的境、适合的PHPH、适适时时光照光照等。等。植物组织培养（试管苗的形成）试管苗大规模培养移栽经过炼经过炼苗的小苗的小苗，可苗，可以和一以和一般植物般植物一一样进样进行大行大规规模栽培模栽培能力能力训练训练：1、下列不能作、下列不能作为为植物植物组织组织培养的材料是：培养的材料是：A、秋海棠的叶、秋海棠的叶 B、马铃马铃薯的薯的块块茎茎C、成熟的花粉、成熟的花粉 D、木、木质质部中的部中的导导管管细细胞胞D一一、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径 1.微型繁殖(属无性繁殖)(1)微型繁殖技术（快速繁殖技术）: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.培育脱毒作物 (1)材料:无病毒的茎尖 (2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得二二、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: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:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种三三、细细胞胞产产物的工厂化生物的工厂化生产产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.植物组织培养大量生产紫草素 现现在在已已有有胡胡萝萝卜卜、芹芹菜菜、柑柑橘橘、咖咖啡啡、棉棉花花、玉玉米米、水水稻稻、橡橡胶胶等等几几十十种种植植物物的的人人工工种种子子试试种种成成功，但由于成本功，但由于成本较较高，中国尚未高，中国尚未应应用于生用于生产产。紫草紫草紫草素紫草素 愈愈伤组织伤组织4.神奇的人工种子 (1)特点:后代无形状分离 不受气候,季节和地域限制 (2)技术:植物组织培养.(3)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.人人工工种种子子植物植物组织组织培养的方法，培养的方法，诱导诱导离体的植物离体的植物组织组织形成具有生根形成具有生根发发芽能力的胚状芽能力的胚状结结构，包裹上构，包裹上人造种皮，制成人工种子。人造种皮，制成人工种子。把胚状体包裹在胶囊内形成球把胚状体包裹在胶囊内形成球状状结结构。构。胶胶质质化合物薄膜化合物薄膜种皮（气种皮（气体、人工胚乳、机械抗体、人工胚乳、机械抗压压）营营养成分和植物激素养成分和植物激素人工人工胚乳胚乳胚状体胚状体新植物的幼体新植物的幼体优优点：快速繁殖，解决作物繁殖能点：快速繁殖，解决作物繁殖能力差、力差、结结子困子困难难或或发发芽率低等芽率低等问题问题。固定固定杂杂种种优势优势。细细胞的全能性胞的全能性细细胞株、胞株、细细胞系胞系植物体或植物体或组织组织培养培养结结果果获获得得细细胞胞或或细细胞分泌蛋白胞分泌蛋白快速繁殖、培育快速繁殖、培育无病毒植株等无病毒植株等培养目的培养目的葡萄糖、葡萄糖、动动物血清物血清蔗糖、植物激素蔗糖、植物激素培养基特有成分培养基特有成分液体培养基液体培养基固体培养基固体培养基培养基性培养基性质质细细胞增殖胞增殖原理原理动动物物细细胞培养胞培养植物植物组织组织培养培养比比较项较项目目1在生物体内在生物体内细细胞并没有表胞并没有表现现出全能性的原因出全能性的原因基基因因在在特特定定的的时时间间和和空空间间条条件件下下选选择择性性表表达达，细细胞胞分分化化为为不同的不同的组织组织、器官。、器官。2全能性的大小全能性的大小植物植物细细胞胞动动物物细细胞胞(动动物物细细胞中的胞中的细细胞核具有全能性胞核具有全能性)受精卵生殖受精卵生殖细细胞胞(配子、精子、卵配子、精子、卵细细胞胞)体体细细胞胞体体细细胞：分化程度低的分化程度高的胞：分化程度低的分化程度高的幼嫩的衰老的幼嫩的衰老的细细胞分裂能力胞分裂能力强强的的细细胞分裂能力弱的胞分裂能力弱的1概念概念利利用用植植物物体体的的离离体体器器官官、组组织织或或细细胞胞，无无菌菌条条件件下下在在含含有有营营养养物物质质的的培培养养基基上上，给给予予适适宜宜的的光光照照、温温度度、湿湿度度等等环环境境条条件件进进行行人人工工培培养养，使使其其增增殖殖、生生长长、发发育育而而形形成成完完整整的植株。的植株。2过过程程3原理：植物原理：植物细细胞的全能性胞的全能性(4)脱分化和再分化的比脱分化和再分化的比较较比比较较内容内容脱分化脱分化再分化再分化过过程程外植体外植体愈愈伤组织伤组织愈愈伤组织伤组织幼苗幼苗形成体特点形成体特点排列疏松、高度液泡化排列疏松、高度液泡化的薄壁的薄壁细细胞胞有根、芽有根、芽需要条件需要条件a.离体离体b.适宜的适宜的营营养养c.生生长长素和素和细细胞分裂素胞分裂素a.离体离体b.适宜的适宜的营营养养c.生生长长素和素和细细胞分胞分裂素裂素d.光照光照5.影响脱分化、再分化的因素影响脱分化、再分化的因素影影响响脱脱分分化化、再再分分化化的的重重要要因因素素为为植植物物激激素素。当当细细胞胞分分裂裂素素与与生生长长素素共共同同使使用用时时，能能强强烈烈的的促促进进愈愈伤伤组组织织的的形形成成，两两者者不不同同浓浓度度的的配配比比在在再再分分化化过过程程中中，分分别别对对诱诱导导根根或或芽芽的的产产生生起起关关键键作作用用。当当细细胞胞分分裂裂素素与与生生长长素素的的浓浓度度比比高高时时，有利于芽的有利于芽的产产生；生；浓浓度比低度比低时时，有利于根的，有利于根的产产生。生。6.植物植物组织组织培养与培养与动动物物细细胞培养的比胞培养的比较较技技术术内容内容项项目目植物植物组织组织培养培养动动物物细细胞培养胞培养原理原理细细胞的全能性胞的全能性细细胞的增殖胞的增殖培养基培养基成分成分矿质矿质元素、元素、蔗糖蔗糖、维维生素、生素、植物激素植物激素和有机添加和有机添加剂剂(如如甘氨酸、甘氨酸、琼琼脂等脂等)，属于固，属于固体培养基体培养基葡萄糖葡萄糖、氨基酸、无机、氨基酸、无机盐盐、维维生素、生素、动动物血清物血清等，属等，属于液体培养基于液体培养基取材取材较较幼嫩的幼嫩的细细胞、胞、组织组织、器、器官官动动物胚胎或出生不久的幼物胚胎或出生不久的幼龄动龄动物的器官或物的器官或组织组织培养培养过过程程培养培养结结果果可以可以获获得植株，也可以得植株，也可以获获得大量得大量细细胞胞只能只能获获得大量得大量细细胞，不胞，不能得到生物个体能得到生物个体应应用用植物快速繁殖与脱毒植物快速繁殖与脱毒植物培养植物培养生生产细产细胞胞产产品品制造人工种子制造人工种子用于用于转转基因植物的培基因植物的培育育生生产产生物制品生物制品培养皮肤移植的材料培养皮肤移植的材料检测检测有毒物有毒物质质用于生理、病理、用于生理、病理、药药理学的研究理学的研究相同点相同点都需人工条件下的无菌操作都需人工条件下的无菌操作都是合成培养基都是合成培养基都需适宜的温度、都需适宜的温度、pH等条件等条件特特别别提提醒醒：植植物物组组织织培培养养需需要要生生长长素素和和细细胞胞分分裂裂素素，其其中中生生长长素素可可诱诱导导愈愈伤伤组组织织生生根根，细细胞胞分分裂裂素素可可促促进进愈愈伤伤组组织织生生芽。芽。在在动动物物细细胞的胞的传传代培养中，代培养中，细细胞可能癌胞可能癌变变。两两种种技技术术手手段段培培养养过过程程中中都都进进行行了了有有丝丝分分裂裂，都都是是无无性性繁繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂。殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂。植植物物组组织织培培养养最最终终产产生生新新个个体体，体体现现了了细细胞胞的的全全能能性性；动动物物细细胞胞培培养养产产生生大大量量细细胞胞，不不形形成成新新个个体体，故故不不能能体体现现细细胞胞的全能性。的全能性。4下列有关植物下列有关植物组织组织培养的叙述中，培养的叙述中，错误错误的是的是()A花花药药、胚不能作、胚不能作为组织为组织培养的材料培养的材料B植物植物细细胞具有全能性胞具有全能性C外植体是指用于培养的离体植物外植体是指用于培养的离体植物组织组织或器官或器官D外植体可外植体可诱导诱导出愈出愈伤组织伤组织【例【例1】(2009上海卷上海卷)回答下列有关植物回答下列有关植物组织组织培养的培养的问题问题。(1)用于植物用于植物组织组织培养的植物材料称培养的植物材料称为为_。(2)组组织织培培养养中中的的细细胞胞，从从分分化化状状态态转转变变为为未未分分化化状状态态的的过过程称程称为为_。(3)在再分化在再分化阶阶段所用培养基中，含有植物激素段所用培养基中，含有植物激素X和植物激素和植物激素Y。逐。逐渐渐改改变变培养基中培养基中这这两种植物激素的两种植物激素的浓浓度比，未分化度比，未分化细细胞群的胞群的变变化化情况如情况如图图所示。据所示。据图图指出两种激素的不同指出两种激素的不同浓浓度比与形成芽、根、度比与形成芽、根、愈愈伤组织伤组织的关系：的关系：当当 植植 物物 激激 素素 X与与 植植 物物 激激 素素 Y的的 浓浓 度度 比比 等等 于于 1时时，_；_；_。(4)若植物激素若植物激素Y是生是生长长素，在植物素，在植物组织组织培养中其主要作用是培养中其主要作用是_；则则植植物物激激素素X的的名名称称是是_。(5)生生 产产 上上 用用 试试 管管 苗苗 保保 存存 植植 物物 的的 优优 良良 性性 状状，其其 原原 因因 是是_。答案：答案：(1)外植体外植体(2)去分化去分化(或脱分化或脱分化)(3)未分化未分化细细胞群胞群经经分分裂形成愈裂形成愈伤组织伤组织当植物激素当植物激素X与植物激素与植物激素Y的的浓浓度比大于度比大于1时时，未分化未分化细细胞群分化形成芽胞群分化形成芽当植物激素当植物激素X与植物激素与植物激素Y的的浓浓度比度比小于小于1时时，未分化，未分化细细胞群分化形成根胞群分化形成根(4)促促进细进细胞的生胞的生长长(伸伸长长)、分裂和分化分裂和分化细细胞分裂素胞分裂素(5)组织组织培养形成培养形成试试管苗的管苗的过过程属于无程属于无性生殖，后代不性生殖，后代不发发生性状分离生性状分离【知【知识链识链接】接】植物植物组织组织培养基中的两培养基中的两类类激素激素细细胞分裂素和生胞分裂素和生长长素素生生长长素素和和细细胞胞分分裂裂素素是是启启动动细细胞胞分分裂裂、脱脱分分化化和和再再分分化化的的关关键键性性激激素素。生生长长素素主主要要被被用用于于诱诱导导愈愈伤伤组组织织形形成成、诱诱导导根根的的分分化化和和促促进进细细胞胞伸伸长长生生长长；细细胞胞分分裂裂素素有有诱诱导导芽芽的的分分化化、促促进进侧侧芽芽萌萌发发生生长长、促促进进细细胞胞分分裂裂、抑抑制制根根的的分分化化等等作作用用。生生长长素素与与细细胞胞分分裂裂素素的的比比例例决决定定着着愈愈伤伤组组织织发发育育的的方方向向，如如图图1所示。所示。题题后反思：本后反思：本题题易做易做错错第第(3)小小题题，错误错误的原因是不能正确理解的原因是不能正确理解图图中所示植物激素中所示植物激素X的的浓浓度和植物激素度和植物激素Y的的浓浓度之度之间间的关系。本的关系。本题实题实际际是命是命题题者有意者有意违违背一般人的看背一般人的看图习惯图习惯，根据，根据图图示植物激素示植物激素X的的浓浓度越高，度越高，对应对应于坐于坐标图标图中的位置中的位置应该应该越向右；植物激素越向右；植物激素Y的的浓浓度越度越高，高，对应对应于坐于坐标图标图中的位置中的位置应该应该越向上。其他越向上。其他类类似似图图形如形如图图2、图图3所示。所示。