2[1][1]11植物细胞工程的基本技术--（上课）.ppt

林启恩纪念中学林启恩纪念中学 许培柱许培柱斑斑马马|海海豹豹虎麻雀虎麻雀奶牛猫奶牛猫细胞工程细胞工程疯狂的想法细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学细胞水平或细细胞水平或细胞器水平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细胞胞工工程程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2.1植物细胞工程植物细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术三倍体无籽西瓜是怎样产生的？三倍体无籽西瓜是怎样产生的？用什么方法能迅速且大批量的培育出第二用什么方法能迅速且大批量的培育出第二代三倍体无籽西瓜幼苗呢？代三倍体无籽西瓜幼苗呢？问题探讨植物组织培养技术 植物组织培养就是在无菌和人工控植物组织培养就是在无菌和人工控制制条件条件下，将下，将离体离体的植物器官、组织、的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养予适宜的培养条件条件，诱导其产生愈伤组，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。织、丛芽，最终形成完整的植株。一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术1、概念（、概念（P36页）页）为什么运用为什么运用植物组织培养植物组织培养技术技术能把植物能把植物离体离体器官、组织或细胞器官、组织或细胞培养成培养成完整植物体完整植物体？实例：利用菊花花瓣细胞培养的菊花实例：利用菊花花瓣细胞培养的菊花植物细胞具有全能性。植物细胞具有全能性。已分化的已分化的细胞细胞仍然仍然具有发育成具有发育成完整个体完整个体的的潜能潜能。生物体的每一个细胞（除特殊外）都包含有该物种生物体的每一个细胞（除特殊外）都包含有该物种所特有的所特有的全套遗传物质全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必，都有发育成为完整个体所必需的需的全部基因（全部基因（P33P33页）页）。在特定的时间与空间条件下，在特定的时间与空间条件下，基因选择性表达基因选择性表达的结的结果果（P34P34页）页）。（1 1）定义：）定义：（2 2）细胞具有全能性的原因：）细胞具有全能性的原因：（3 3）未离体未离体的细胞为何不表达出全能性，而的细胞为何不表达出全能性，而是分化成各种组织和器官？是分化成各种组织和器官？2、植物组织培养的原理、植物组织培养的原理细胞的全能性细胞的全能性 如何利用细胞的全能性，把一块组织通过培养得到一株完整植株？应该如何操作呢?请同学们阅读请同学们阅读P33第第2段及段及P34实验，完成实验，完成P35讨论题。讨论题。强调几个概念强调几个概念：脱分化：脱分化：分化的细胞经诱导后，失去特有的结构分化的细胞经诱导后，失去特有的结构功能转变成未分化的细胞的过程，功能转变成未分化的细胞的过程，又称去分化。又称去分化。愈伤组织：愈伤组织：已分化的细胞，经过激素的诱导后，脱已分化的细胞，经过激素的诱导后，脱分化为具有分裂、分化能力的无规则排列的薄壁细胞。分化为具有分裂、分化能力的无规则排列的薄壁细胞。再分化：再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化成根或芽等器官的过程。过程中重新分化成根或芽等器官的过程。想一想：想一想：决定植物脱分化、再分化的关键因素决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？是什么？植物激素当当细胞分裂素细胞分裂素和和生长素生长素共同使用时，能刺激共同使用时，能刺激愈伤组织的形成，而通过调节二者的愈伤组织的形成，而通过调节二者的浓度比浓度比，就可，就可以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成，称为以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成，称为“激素杠杆激素杠杆”。具体内容详见具体内容详见P34页实验原理及页实验原理及P42拓展视野拓展视野知识拓展知识拓展实验实验-胡萝卜的组织培养过程示意图胡萝卜的组织培养过程示意图无菌操作无菌操作切取形成层切取形成层脱脱分分化化愈伤组织愈伤组织再再 分分化化试管苗试管苗无无菌菌接接种种移移栽栽 大大田田胡萝卜胡萝卜在组织培养实验中，为什么要强调所用器在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？械的灭菌和实验人员的无菌操作？避免细菌污染避免细菌污染在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？证吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。请根据上面的实验过程，概请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流括出植物组织培养技术的流程简图。程简图。3、植物组织培养的基本过程、植物组织培养的基本过程外植体外植体愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体离体的植物器官、离体的植物器官、组织或细胞组织或细胞脱分化脱分化再分化再分化条件条件：含有全部含有全部营养成分营养成分和和有关有关植物激素植物激素的培养基、的培养基、一定的一定的温度、空气、无菌温度、空气、无菌环境、适合的环境、适合的pHpH、适时光适时光照等。照等。植物激素：植物激素：细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素 因为不同种生物之间存因为不同种生物之间存在着在着生殖隔离生殖隔离，所以用传，所以用传统的有性杂交方法是不可统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。能做到这一点的。于是，一些科学家试图用这两种植物的于是，一些科学家试图用这两种植物的体体细胞进行杂交细胞进行杂交，来实现这一美妙的，来实现这一美妙的设想设想。这幅这幅番茄番茄马铃薯理想马铃薯理想图图利用利用传统有性杂交传统有性杂交方法能方法能实现吗？为什么？实现吗？为什么？二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术注意封面1 1、植物体细胞杂交植物体细胞杂交概念（课本（课本3737页）页）将不同种的植物体细胞，在一定条件下将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成融合成杂种细胞杂种细胞，并把杂种细胞培育成，并把杂种细胞培育成新的新的植物体植物体的技术。的技术。白菜白菜白菜白菜甘蓝甘蓝甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝体细胞杂交体细胞杂交白菜甘蓝的优点白菜甘蓝的优点白菜甘蓝的优点白菜甘蓝的优点：生长期短，耐热性强和易于贮藏等优点。：生长期短，耐热性强和易于贮藏等优点。：生长期短，耐热性强和易于贮藏等优点。：生长期短，耐热性强和易于贮藏等优点。植物体细胞杂交植物体细胞杂交成功实例成功实例生殖隔离生殖隔离 有性杂交有性杂交无法无法产生产生注意书中其它的成功实例原原生生质质体体融融合合离心、振动、离心、振动、电刺激、聚电刺激、聚乙二醇乙二醇（PEG）脱脱分分化化愈愈伤伤组组织织激素激素杂杂种种植植株株激素激素再再分分化化植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图去壁去壁去壁去壁纤维素酶果胶酶纤维素酶果胶酶植物体细胞的融合植物体细胞的融合植物细胞植物细胞A植物细胞植物细胞B原生原生质体质体A原生原生质体质体B再再生生细细胞胞壁壁杂杂种种细细胞胞AB筛选筛选植物组织培养植物组织培养1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个一个障碍障碍是什么？如何用一种是什么？如何用一种温和温和的办法除去？的办法除去？2 2为什么两个原生质体能发生融合，这与为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜细胞膜的什么特的什么特性有关？性有关？3 3、如果、如果两个原生质体两个原生质体发生了融合，下一步该做何处理？发生了融合，下一步该做何处理？4 4原生质体融合成功的原生质体融合成功的标志标志是什么？是什么？5 5如何将杂种细胞培育成杂种植株？如何将杂种细胞培育成杂种植株？请思考：请思考：答：细胞壁。酶解法，纤维素酶和果胶酶。答：细胞壁。酶解法，纤维素酶和果胶酶。答：细胞膜的流动性。答：细胞膜的流动性。答：再生细胞壁。答：再生细胞壁。答：植物组织培养。答：植物组织培养。答：筛选杂种原生质体。答：筛选杂种原生质体。(注意：此时共出现五种原生质体注意：此时共出现五种原生质体A、B、AA、BB、AB)1 1、植物体细胞杂交植物体细胞杂交与与有性生殖有性生殖的比较的比较 思考与探究思考与探究白菜白菜白菜白菜甘蓝甘蓝甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝体细胞杂交体细胞杂交相同点相同点植物体细胞杂交的优势植物体细胞杂交的优势后代都包含有亲代后代都包含有亲代的遗传物质。的遗传物质。打破了不同种（属）生物间的打破了不同种（属）生物间的生殖生殖隔离限制隔离限制，大大扩展了可用于杂交的，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。亲本组合范围。为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株没有如科学家超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯地上长番茄、地下结马铃薯？马铃薯马铃薯番茄没有像人们预想的那样地上长番番茄没有像人们预想的那样地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：茄、地下结马铃薯，主要原因是：生物基因的表达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。不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的。所以马铃薯所以马铃薯番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个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，杂交植株不能地上长番茄、地下结马样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。铃薯就是很自然的了。2 2、植物体细胞杂交、植物体细胞杂交未解决的问题未解决的问题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所采用技术的理论基础 小结小结检测练习检测练习当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织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，下列物质有可能使其表现出全而处于离体状态时，下列物质有可能使其表现出全能性，发育成完整的植株的是（能性，发育成完整的植株的是（）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 细胞工程是一门综合科学技术。下列哪项技术不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（属于细胞工程（）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DAD在生物体内在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化，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，细胞内的基因发生了、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化变化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、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状性状 C、将杂种细胞培育成植株、将杂种细胞培育成植株 D、尚未培育出属间杂种植物、尚未培育出属间杂种植物BB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、重压能剌激愈伤组织形成的主要激素是能剌激愈伤组织形成的主要激素是（）A、细胞分裂素、细胞分裂素 B、赤霉素、赤霉素 C、生长素和赤霉素、生长素和赤霉素 D、细胞分裂素和乙烯、细胞分裂素和乙烯在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤在离体的植物器官、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（组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（）A.消毒灭菌消毒灭菌B.适宜的温度适宜的温度 C.充足的光照充足的光照D.适宜的养料和激素适宜的养料和激素DAC课后思考课后思考 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虫，说明植眼虫，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？如果胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论理论上可行，请设计上可行，请设计出产生出产生绿色牛绿色牛的具体实验方案。的具体实验方案。