人教选修细胞工程植物细胞工程.ppt

关于人教选修细胞工程植物细胞工程现在学习的是第1页，共42页 番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。 人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？现在学习的是第2页，共42页细胞工程细胞工程 指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗胞器水平上，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。传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。 现在学习的是第3页，共42页细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论基础理论基础细胞的细胞的全能性全能性现在学习的是第4页，共42页主主要要技技术术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动物细胞培养动物细胞培养动物细胞融合动物细胞融合单克隆抗体技术单克隆抗体技术胚胎移植胚胎移植核移植核移植植物植物细胞细胞工程工程技术技术动物动物细胞细胞工程工程技术技术现在学习的是第5页，共42页异种异种植物植物细胞细胞杂种细胞杂种细胞转基因转基因植物植物异种异种动物动物细胞细胞动物细动物细胞群胞群重组细胞重组细胞体细体细胞细胞细胞核胞核早期胚胎早期胚胎受精卵受精卵去核去核卵细卵细胞胞克隆动物克隆动物试管婴儿试管婴儿动物细胞动物细胞融合融合植物体细植物体细胞杂交胞杂交植物组植物组织培养织培养动物细胞动物细胞培养培养核移植核移植胚胎移植胚胎移植体外体外受精受精现在学习的是第6页，共42页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现在学习的是第7页，共42页（一）（一） 细胞的全能性细胞的全能性1、定义、定义： 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。潜能的特性。 2、原理：、原理： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活活细胞细胞都应该具有全能性。都应该具有全能性。 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） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的性比生殖细胞的低。低。 植物细胞的全能性植物细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4、大小、大小现在学习的是第8页，共42页例一：非洲爪蟾实验例一：非洲爪蟾实验突变型蝌蚪肠上皮细胞突变型蝌蚪肠上皮细胞 野生型未受精卵细胞野生型未受精卵细胞 紫外线破坏细胞核紫外线破坏细胞核 取出细胞核取出细胞核 无核的未受精卵无核的未受精卵 （含有一个核仁（含有一个核仁） “重组细胞重组细胞” 囊胚囊胚 囊胚囊胚 蝌蚪蝌蚪 成蛙成蛙（细胞核含一个核仁）（细胞核含一个核仁） 移入移入发育发育发育发育发育发育已经分化的动物细胞可以发育成为一个动物体已经分化的动物细胞可以发育成为一个动物体5.细胞表现出全能性的条件细胞表现出全能性的条件离体状态离体状态有一定营养物质、激素和其他外界条件有一定营养物质、激素和其他外界条件现在学习的是第9页，共42页蜜蜂（蜜蜂（2N=32） 减数分裂减数分裂卵细胞卵细胞(N=16) 发育发育雄蜂雄蜂(N=16)卵细胞可以直接发育成为一个新个体卵细胞可以直接发育成为一个新个体例二：例二：现在学习的是第10页，共42页 思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？能性，而是分化成为不同的组织、器官？ 基因在特定空间和时间条件下基因在特定空间和时间条件下选择性表达选择性表达的结的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。样，从而形成了不同的组织和器官。现在学习的是第11页，共42页5、例题辨析：、例题辨析： 下列有关细胞全能性的含义，正确的是：下列有关细胞全能性的含义，正确的是：A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能 B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能 C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能潜能 D、 生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程、衰老、死亡的全过程 现在学习的是第12页，共42页 Schwann Schwann在在1839 1839 年明确的指出：年明确的指出：“如果具有与如果具有与有机体内一样的条件时，每个细胞应该可以独立生有机体内一样的条件时，每个细胞应该可以独立生活和发展活和发展”。 德国著名植物学家德国著名植物学家G.HaberlandtG.Haberlandt在细胞学说的在细胞学说的基础上于基础上于19021902年提出了细胞全能性学说。他认为年提出了细胞全能性学说。他认为，高等植物的组织、器官可以不断分割，直到单，高等植物的组织、器官可以不断分割，直到单个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性质个细胞。如果每个细胞都有植物个体一样的性质和能力，那么，可以通过植物细胞培养使单个细和能力，那么，可以通过植物细胞培养使单个细胞发育成为一个新个体。胞发育成为一个新个体。现在学习的是第13页，共42页植物组织培养的发展简史 探索阶段探索阶段（1919世纪初世纪初3030年代中）年代中） 德国植物生理学家德国植物生理学家HaHerlandtHaHerlandt首次进行了植物细胞培养首次进行了植物细胞培养实验实验 奠基阶段奠基阶段（30305050年代）年代） 19341934年，年，WhiteWhite培养番茄离体根尖成功培养番茄离体根尖成功 19391939年，年，GautheretGautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成功连续培养胡萝卜根形成层首次成功 White:White:烟草种间杂种的瘤组织进行组培烟草种间杂种的瘤组织进行组培 NobecourtNobecourt：胡萝卜进行组培：胡萝卜进行组培 以上三人是植物组织培养的奠基人以上三人是植物组织培养的奠基人 迅速发展阶段迅速发展阶段（6060年代后）年代后） 原生质体，花药，快繁技术迅速发展原生质体，花药，快繁技术迅速发展现在学习的是第14页，共42页 科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。 1958 1958年年StewardSteward和和ReinertReinert用胡萝卜根的愈用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完整植株。整植株。 植物组织培养的发展简史现在学习的是第15页，共42页植物组织培养关键词：关键词：外植体、脱分化、再分化、愈伤组织外植体、脱分化、再分化、愈伤组织细胞离体、一定的营养物质、细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件激素和其他外界条件必要条件：必要条件：现在学习的是第16页，共42页植物组织培养 外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官组织或器官 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、种子、花粉等）种子、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，会形外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织成愈伤组织现在学习的是第17页，共42页植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基 定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质定义：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 C，H H，O 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 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%5%2%5%的蔗糖的蔗糖 琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用 生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素生长激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PHPH值：值：5.05.06.06.0现在学习的是第18页，共42页试管苗大规模培养现在学习的是第19页，共42页现在学习的是第20页，共42页过程过程离体的植物器官、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脱分化脱分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素再分化再分化植物组织培养植物组织培养条件植物组织培养条件： 含有全部营养成分的培含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的无菌环境、适合的PHPH、适时、适时光照等。光照等。现在学习的是第21页，共42页 1972 1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。19781978年梅尔彻斯年梅尔彻斯(Melchers)(Melchers)等首次获得了等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“Potamato”“Potamato”。 目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆目前，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、籼稻与粳稻、小麦与与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。系或育种上有用的新材料。 现在学习的是第22页，共42页（三）（三） 植物体细胞杂交植物体细胞杂交1 1、定义：、定义： 用两个来自不同植物的体细胞融合成一用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。植物体的方法。 2 2、优势：、优势：（与有性杂交与有性杂交方法比较）方法比较） 打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。扩展了可用于杂交的亲本组合范围。植物体细胞杂交植物体细胞杂交现在学习的是第23页，共42页去壁去壁去壁去壁纤维素酶果纤维素酶果胶酶胶酶原生原生质体质体植物细胞植物细胞原生质体融合原生质体融合离心、振离心、振动、电刺动、电刺激、激、聚乙二醇聚乙二醇再生细胞壁再生细胞壁杂种细胞杂种细胞去去分分化化愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株激素激素筛选筛选等量等量激素激素再分化再分化植物体细胞杂交植物体细胞杂交现在学习的是第24页，共42页植物植物A A细胞细胞植物植物B B细胞细胞去壁去壁原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B原生质体融合原生质体融合融合体融合体再生壁再生壁杂种细胞杂种细胞细胞分裂细胞分裂愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等） 原生质体融合方法原生质体融合方法：物理法：离心、振动、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（PEGPEG） 植物体细胞杂交植物体细胞杂交现在学习的是第25页，共42页制备原生质体制备原生质体：酶解法去掉细胞壁 诱导融会 新的原生质体新的原生质体 生出细胞壁 杂种细胞杂种细胞 组织培养 杂种植株杂种植株意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种现在学习的是第26页，共42页几个概念：几个概念： 愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。现在学习的是第27页，共42页 植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。 植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。现在学习的是第28页，共42页植物体细胞杂交尚未解决的问题有：植物体细胞杂交尚未解决的问题有：A A、去掉细胞壁、去掉细胞壁, ,分离出有活力的原生质体分离出有活力的原生质体B B、将杂种细胞培育成植株、将杂种细胞培育成植株C C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性D D、尚未培育出属间杂种植物、尚未培育出属间杂种植物不 能 人 工 诱 导 原 生 质 体 融 合 的 方 法 是 ：不 能 人 工 诱 导 原 生 质 体 融 合 的 方 法 是 ：A A、振动、振动 B B、电刺激、电刺激、 C C、PEGPEG试剂、试剂、 D D、重压、重压现在学习的是第29页，共42页在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为：为不同的组织、器官，是因为： A、细胞丧失了全能性、细胞丧失了全能性 B、基因的表达有选择性、基因的表达有选择性 C、不同的细胞内基因不完全相同、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化了变化 现在学习的是第30页，共42页 植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，植物组织培养形成的愈伤组织进行培养， 又可以又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：分化形成根、芽等器官，这一过程称为： A、脱分化、脱分化 B、去分化、去分化 C、再分化、再分化 D、脱分化或去分化、脱分化或去分化下列不能作为植物组织培养的材料是：下列不能作为植物组织培养的材料是：A、秋海棠的叶、秋海棠的叶 B、马铃薯的块茎、马铃薯的块茎C、成熟的花粉、成熟的花粉 D、木质部中的导管细、木质部中的导管细胞胞现在学习的是第31页，共42页1、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而、当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，发育处于离体状态时，下列有可能使其表现出全能性，发育成完整的植株的是（成完整的植株的是（ ） A、细胞分裂素、细胞分裂素 B、生长素、生长素 C、一定的营养物质、一定的营养物质 D、以上三者均是以上三者均是 2、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于、细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不属于细胞工程（细胞工程（ ） A、有性杂交、有性杂交 B、体细胞杂交、体细胞杂交 C、组织培养、组织培养 D、细胞核移植细胞核移植3、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是、在生物体的所有细胞中，全能性最高的是 A、卵细胞卵细胞 B、植物花粉、植物花粉 C、体细胞、体细胞 D、受精卵、受精卵现在学习的是第32页，共42页4、在生物体内、在生物体内 ，细胞没有表现出全能性，而是分化为不，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为（同的组织、器官，是因为（ ） A、细胞丧失、细胞丧失了全能性了全能性 B、基因的表达有、基因的表达有选择性选择性 C、不同的细胞内基、不同的细胞内基因不完全相同因不完全相同 D、在个体发育的不同时、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化期，细胞内的基因发生了变化5、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（、植物体细胞杂交尚未解决的问题是（ ） A、去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体、去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 B、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状 C、将杂种细胞培育成植株、将杂种细胞培育成植株 D、尚、尚未培育出属间杂种植物未培育出属间杂种植物现在学习的是第33页，共42页6、用植物组织培养技术，可以培育或生产出、用植物组织培养技术，可以培育或生产出 A、食品添加剂、食品添加剂 B、无病毒植物、无病毒植物 C、人工种子人工种子 D、A、B、C均是均是7、不能人工诱导原生质体融合的方法是（、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ） A、振动振动 B、电剌激、电剌激 C、PEG试剂试剂 D、重压、重压8、能剌激愈伤组织形成的激素是、能剌激愈伤组织形成的激素是 （ ） A、细胞分裂素、细胞分裂素 B、赤霉素、赤霉素 C、生、生长素和赤霉素长素和赤霉素 D、细胞分裂素和乙烯、细胞分裂素和乙烯现在学习的是第34页，共42页现在学习的是第35页，共42页1.微型繁殖 (1)微型繁殖技术: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.现在学习的是第36页，共42页现在学习的是第37页，共42页2.作物脱毒 (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现在学习的是第38页，共42页3.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.现在学习的是第39页，共42页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.现在学习的是第40页，共42页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.现在学习的是第41页，共42页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第42页，共42页