2.1植物细胞工程课件usr.ppt

1、19961996年年7 7月月5 5日日, ,世界上第一只体细胞克隆动物世界上第一只体细胞克隆动物-克克隆羊隆羊多利多利诞生于英国诞生于英国, , 标志着一种新的生物技术标志着一种新的生物技术-动物体细胞克隆技术面世动物体细胞克隆技术面世, , 也揭开细胞工程更深层次也揭开细胞工程更深层次发展的序幕发展的序幕! !细细胞胞工工程程应用的原理和方法应用的原理和方法操作的水平操作的水平研究的目的研究的目的细胞生物学和分细胞生物学和分子生物学子生物学细胞整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平按照人们的意愿来按照人们的意愿来改变细胞内的遗传改变细胞内的遗传物质或获得细胞产物质或获得细胞产品品概念

2、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细胞工程细胞工程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全部基因全部基因体内细胞未表现全能性的原因：体内细胞未表现全能性的原因：（1 1） 受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞（3）（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受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞（2）5、全能性表达的条件、全能性表达的条件内因：内因： 离体离体细胞、组织或器官细胞、组织或器官外因：外

3、因：1）适宜的外界环境条件）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等 2）培养基）培养基（一定的营养物质，激素一定的营养物质，激素） 二、植物组织培养二、植物组织培养2 2、理论基础：、理论基础：植物细胞的全能性植物细胞的全能性1 1、植物组织培养的概念、植物组织培养的概念 切取切取接种接种植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基 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%2%5%5%的蔗糖的蔗糖 琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用 激素：生长素，细胞分裂素激素：生长素，细胞分裂素 PHPH值：值：5.05.06.

4、06.0定义：定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质无机营养成分：无机营养成分：C，H，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愈伤组织的形成愈伤组织的形成 愈伤组织：在人工培愈伤组织：在人工培养基上由外植体长出养基上由外植体长出来的一团无序生长的来的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列薄壁细胞（细胞排列疏松、无规则）。疏松、无规则）。愈伤组织的形成愈伤组织的形成植物组织培养（试管苗的形成）植物组织培养（试管苗的形成）培养室培养室试管苗大规模培养移栽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样

5、进一样进行大规行大规模栽培模栽培植物组织培养植物组织培养 外植体：从活植物体上切下进行培养的那外植体：从活植物体上切下进行培养的那 部分组织或器官部分组织或器官 1 1） 外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、 花粉等）花粉等） 2 2） 用消毒过的器械将外植体置于培养皿上用消毒过的器械将外植体置于培养皿上 3 3） 切取所需的外植体切取所需的外植体 4 4） 将外植体接种于培养容器的培养基上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！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，外植体经过一段时间在培

6、养基上生长后，会形成愈伤组织会形成愈伤组织植物组织培养的过程植物组织培养的过程胡萝卜胡萝卜外植体外植体单个细胞单个细胞愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化胚状体胚状体再分化再分化试管植物试管植物离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、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，高度液泡化的薄壁细胞）（排列疏松，高度液泡化的薄壁细胞）再分化再分化胚状体、根或芽等器官胚状体、根或芽等器官植物体植物体（试管苗）（试管苗） 离体离体 一定的营养物质和激素一定的营养物质和激素 (生长素、生长素、 细胞分裂素细胞分裂素) 适宜的条件适宜的条件 （无菌、适宜的温度、（无菌、适宜

7、的温度、pH、光照等）、光照等）条件：条件：离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体外植体外植体A、脱分化、脱分化B、再分化、再分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素植物组织培养过程植物组织培养过程1、A过程进行有丝分裂过程进行有丝分裂2、B过程进行有丝分裂同时过程进行有丝分裂同时也进行分化也进行分化3、A不需光照，而不需光照，而B需光需光照，叶绿素的合成需光照照，叶绿素的合成需光照利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合 主要：原生质体融合结果 细胞膜的流动性细胞膜的

8、流动性和和细胞全能性细胞全能性 你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，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？遇到的第一个障碍是什么？ 有没有一种温和的去壁方法呢？有没有一种温和的去壁方法呢？去细胞壁去细胞壁酶解法酶解法 （2）、：二、植物二、植物体细胞杂交体细胞杂交3、 过程过程：植物细胞植物细胞A 植物细胞植物细胞B植物细胞植物细胞A植物细胞植物细胞B去壁去壁(酶解法酶解法:纤维素酶纤维素酶和果胶酶和果胶酶)去去壁壁原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分原生质体原生质体A原生质体原生质体B原生质体原生质体B诱导诱导融合融合原生质体原生

9、质体A诱导融合：物理法（离心、振动、诱导融合：物理法（离心、振动、电激）电激）化学法（化学法（PEG,聚乙二醇聚乙二醇）融合的原生质体融合的原生质体融合的原融合的原生质体生质体物化法物化法再生壁再生壁杂种细胞杂种细胞脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化再生壁再生壁再分化再分化杂种植株杂种植株再分化再分化（无性生殖）（无性生殖）(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交植物体细胞杂交4 意义意义：克服了克服了远源杂交不亲和性远源杂交不亲和性的障碍的障碍扩展了扩展了用于杂交用于杂交 的亲本范围的亲本范围原原生生质质体体番茄细胞番茄细胞原生质体融合原生质体融合再生出细胞再生出细胞壁壁杂种

10、细胞杂种细胞脱脱分分化化愈伤组织愈伤组织杂种杂种植株植株再分再分化化马铃薯细胞标志：成功融合标志：成功融合人工诱导去去壁壁为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株超级杂种植株没有没有如如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？铃薯？原因：原因：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相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，互调控、相互影响的，马铃薯马铃薯番茄杂交植株的细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质的表达受

11、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。株中的遗传物质一样有序表达。5、未解决问题：、未解决问题：1 1、植物体细胞融合完成的标志是、植物体细胞融合完成的标志是 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A2 2、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指胞的过程。该过程是指A.A.不同植物的精子和卵细胞的融合不同植物的精子和卵细胞的融合 B.B.不同植物的原生质体的融合不同植物的原生质体的融合C C完整的两个体细

12、胞的融合完整的两个体细胞的融合 D.D.植物花粉细胞的两两融合植物花粉细胞的两两融合B巩固练习巩固练习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回顾、植物体细胞杂交基本过程回顾、植物体细胞杂交基本过程酶解法（纤维酶解法（纤维素酶、果胶酶素酶、果胶酶等）等）物理法：离心、振动

13、、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEG） 即时应用1、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是术的是()A利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株多倍体植株B利用花药离体培养得到单倍体植株利用花药离体培养得到单倍体植株C利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株D利用细胞工程培养利用细胞工程培养“番茄番茄马铃薯马铃薯”杂种植杂种植株株A A问题 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眼虫，说明植物的细胞器同

14、样可以在某些动物细虫，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。 异想天开1、细胞全能性细胞全能性的概念、全能性大小的比较的概念、全能性大小的比较2、植物组织培养植物组织培养的概念、原理、过程。的概念、原理、过程。3、植物组织培养实验植物组织培养实验所需的条件：离体、无菌、培养所需的条件：离体、无菌、培养基、基、 环境条件。环境条件。4、植物体细胞杂交植物体细胞杂交的概念、原理、过程的概念、原理、过程。本节课内容小

15、结本节课内容小结【解析解析】只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子。培养基上培养后，才能用于制造人工种子。【答案答案】D2(2011苏北四市调研苏北四市调研)下图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成白菜下图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成白菜甘甘蓝杂种植株的示意图。请据此回答：蓝杂种植株的示意图。请据此回答：(1)图中过程用到的

16、酶是图中过程用到的酶是_，作用的结果是获得，作用的结果是获得_。(2)在过程中，常用的化学诱导剂是在过程中，常用的化学诱导剂是_，若在容器中放置若干，若在容器中放置若干a、b，诱导完成且假设所有细胞发生了融合，诱导完成且假设所有细胞发生了融合(只考虑细胞两两融合只考虑细胞两两融合)，然后经过程，形成的然后经过程，形成的d细胞的类型有细胞的类型有_种，从中选出种，从中选出_进行培养。进行培养。(3)图中过程是图中过程是_，过程合称，过程合称_技术。技术。【答案答案】(1)纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶(具有活力具有活力)原生质体原生质体(2)聚乙聚乙二醇二醇(PEG)3杂种细胞杂种细胞(3)脱

17、分化植物组织培养脱分化植物组织培养 (2011泰州模拟泰州模拟)我国植物学家将名我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。下图是细胞培最终发育成完整的新植株。下图是细胞培养形成兰花植株示意图，请据图分析回答：养形成兰花植株示意图，请据图分析回答：(1)过程过程和和分别表示分别表示_和和_。(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入还需要在培养基中加入_。同时，在培养过程中，除。同时，在培养过程中，除必需的温度、光照和氧

18、气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过必需的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证程必须保证_。(3)从育种的角度看，植物组织培养与有性生殖相比，优势主要有从育种的角度看，植物组织培养与有性生殖相比，优势主要有(列举列举2条条)：_。(4)植物组织培养的过程中，可以对植物组织培养的过程中，可以对_进行化学或物理的诱变处进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品种。种。(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒经组织培养形成植株，这种育若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒经

19、组织培养形成植株，这种育种方法称为种方法称为_，其优点是，其优点是_。【答案答案】(1)脱分化再分化脱分化再分化(2)植物激素植物激素(或植物激素类似物或植物激素类似物)无菌无菌(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株效率高；能培育无病毒植株(4)愈伤组织愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种定是纯种【答案答案】(1)脱分化再分化脱分化再分化(2)植物激素植物激素(或植物激素类似物或植物激素类似物)无菌无菌(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能能保持亲本的优

20、良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株培育无病毒植株(4)愈伤组织愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种(1)微型繁殖，实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切微型繁殖，实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养，因此该过程优良性状，这项技术只运用了植物组织培养，因此该过程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。(2)微型繁殖具有选材少，培养周期短，繁殖率高，便于自微型繁殖具有选材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理等优点，有利于进行工厂化培养。动化管理等优点，

21、有利于进行工厂化培养。(3)作物脱毒，人工种子中的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽作物脱毒，人工种子中的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽的获得采用的技术还是微型繁殖。的获得采用的技术还是微型繁殖。 (2011扬州模拟扬州模拟)如图为植物体细如图为植物体细胞杂交流程图，请回答下列问题：胞杂交流程图，请回答下列问题：(1)制备原生质体时，常用的酶是制备原生质体时，常用的酶是_。(2)诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是_。(3)杂种细胞再生出细胞壁，此过程与细胞内杂种细胞再生出细胞壁，此过程与细胞内_(细胞器细胞器)有密切关系。在有密切关系。在对杂种细胞进行植物组织培养时，通常

22、还需要加入的两种植物激素是对杂种细胞进行植物组织培养时，通常还需要加入的两种植物激素是_。通过该技术得到的杂种植株在形态上表现为。通过该技术得到的杂种植株在形态上表现为_，其根本原因是其根本原因是_。(4)通常情况下，马铃薯和番茄杂交是不成功的，原因是通常情况下，马铃薯和番茄杂交是不成功的，原因是_。该项研。该项研究解决了育种过程究解决了育种过程_的问题。的问题。(5)通过细胞工程获得的杂种植株是否可育，为什么？通过细胞工程获得的杂种植株是否可育，为什么？_。6)若马铃薯是四倍体，番茄是二倍体，则杂种植株是若马铃薯是四倍体，番茄是二倍体，则杂种植株是_倍体。倍体。【答案【答案(1)纤维素酶、果

23、胶酶纤维素酶、果胶酶(2)PEG(聚乙二醇聚乙二醇)(3)高尔基体细胞分裂素和生长素同时具有高尔基体细胞分裂素和生长素同时具有两个亲本的特性具有双亲细胞的全部遗两个亲本的特性具有双亲细胞的全部遗传物质传物质(4)存在生殖隔离远缘杂交不亲和存在生殖隔离远缘杂交不亲和(5)可育，因为马铃薯和番茄这两种植物各自都可育，因为马铃薯和番茄这两种植物各自都是可育的，杂种植株也可正常进行减数分是可育的，杂种植株也可正常进行减数分裂，产生配子并能受精形成种子裂，产生配子并能受精形成种子 (6)六六植物原生质体融合所用的促融剂为聚乙二醇，不能用灭植物原生质体融合所用的促融剂为聚乙二醇，不能用灭活的病毒。活的病毒。