植物细胞工程的基本技术经典.pptx
细胞工程是指应用细胞生物学和分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，通过子生物学的原理和方法，通过细胞水平细胞水平或或细胞器水平细胞器水平上的操作，按照人们的意上的操作，按照人们的意愿来愿来改变改变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞获得细胞产品产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？按操作按操作对象分对象分植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程第1页/共42页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细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学分子生物学分子生物学细胞水平或细细胞水平或细细胞水平或细细胞水平或细胞器水平胞器水平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或获得细胞产品或获得细胞产品理解概理解概念：念：第2页/共42页前者前者是是细胞细胞水平或水平或细胞细胞器水平上生物技术器水平上生物技术,后者后者是是分子分子水平上的生物技术。水平上的生物技术。克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 水平上的技术，水平上的技术，培育抗虫棉是培育抗虫棉是 水平上的技术。水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞工程与基因工程相比：细胞细胞分子分子分子分子思考思考:第3页/共42页2.1 2.1 植物细胞工程植物细胞工程植物细胞工程技术常用的技术手段：植物细胞工程技术常用的技术手段：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工程理论基础：植物细胞工程理论基础：植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞全能性和细胞膜的流动性植物细胞全能性和细胞膜的流动性第4页/共42页2.1.12.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术植物组织培养第5页/共42页 植物的花瓣是 怎样长成一株怎样长成一株完整植株完整植株,应该如何操作应该如何操作?科学家利用菊花花瓣培养的菊花第6页/共42页合作学合作学习习(一）、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶一）、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？段？离体的离体的器官、器官、组织或组织或细胞细胞脱分化脱分化脱分化脱分化（又叫去分化）（又叫去分化）愈伤愈伤组织组织再分化再分化再分化再分化根、根、芽芽植植物物体体（二（二)、植物组织培养技术的理论基础是什么、植物组织培养技术的理论基础是什么？植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性用关键词、箭头表示过程用关键词、箭头表示过程第7页/共42页细胞的全能性细胞的全能性1、定义：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞都具有发育成完整生物体的潜能。2、原理：生物体的每一个细胞都包含有该物种的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因.受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞3、大小：植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 胚胎干细胞胚胎干细胞 注意：注意：注意：注意：受精卵受精卵受精卵受精卵的全能性的全能性的全能性的全能性最高最高 第8页/共42页4 4、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是、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基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果下选择性表达的结果第9页/共42页5 5、植物细胞表现出全能性的条件：、植物细胞表现出全能性的条件：离体离体（前提）（前提）一定的营养物质一定的营养物质（蔗糖、矿质元素、（蔗糖、矿质元素、维生素等）、维生素等）、激素激素（细胞分裂素、生（细胞分裂素、生长素）。长素）。适宜的适宜的温度、温度、pHpH、无菌、光照的控、无菌、光照的控制制等外界条件等外界条件第10页/共42页应该掌握的几个概念：应该掌握的几个概念：（1 1）愈伤组织：）愈伤组织：离体的植物器官、组离体的植物器官、组织或细胞，在培养一织或细胞，在培养一段时间以后，通过段时间以后，通过脱脱分化和细胞分裂分化和细胞分裂，形，形成一种由高度液泡化成一种由高度液泡化的薄壁细胞组成的组的薄壁细胞组成的组织。薄壁细胞无定形织。薄壁细胞无定形状态、排列疏松无规状态、排列疏松无规则，无叶绿体则，无叶绿体,不进不进行光合作用行光合作用第11页/共42页 （2 2）植物细胞的）植物细胞的脱分化脱分化：（3 3）植物细胞的）植物细胞的再分化再分化：就是让已经就是让已经分化的细胞分化的细胞，经过诱导后，失，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成去其特有的结构和功能而转变成未分化细未分化细胞胞的过程，又称去分化。的过程，又称去分化。脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新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。分化根或芽等器官的过程。第12页/共42页（4 4）脱分化的）脱分化的实质和实质和结果结果是什么是什么？提高我的能力脱分化的脱分化的实质实质是提高细胞的全能性过程，是提高细胞的全能性过程，结果结果是形成愈伤组织。是形成愈伤组织。第13页/共42页(三）实验：胡萝卜的组织培养第14页/共42页获取外植体无菌接种诱导愈伤组织的形成试管苗的形成扩大培养移栽脱分化脱分化再分化再分化第15页/共42页(1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？防止杂菌污染，因为杂菌生长快，防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，导致培养物迅中会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。速死亡。合作学习第16页/共42页(2)(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分成愈伤组织。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，（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证吗？你能用实验的方法进行验证吗？胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。愈伤组织比较困难。第17页/共42页(3)(3)请根据上面的实验过程，概括出请根据上面的实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。植物组织培养技术的流程简图。植物材料植物材料（消毒）（消毒）脱分化脱分化无菌接种、诱导无菌接种、诱导愈伤组织愈伤组织再分化再分化诱导诱导试管苗试管苗移栽到大田移栽到大田培养成正常植株培养成正常植株第18页/共42页依据学过的知识和实验过程思考回答：(5)(5)、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？植物激素的种类和比例植物激素的种类和比例(4)(4)、离体的器官、组织或细胞，如果不进、离体的器官、组织或细胞，如果不进行脱分化处理能否培养成完整的植物体？行脱分化处理能否培养成完整的植物体？不能，因为细胞已经分化，失去了分裂能力。不能，因为细胞已经分化，失去了分裂能力。不进行脱分化处理就不能形成愈伤组织不进行脱分化处理就不能形成愈伤组织生长素：细胞分裂素的比例大于1-促进根形成小于1-促进芽的形成等于1-愈伤组织不分化第19页/共42页(6)(6)、诱导愈伤组织的过程中对光有什么要求？、诱导愈伤组织的过程中对光有什么要求？为什么？为什么？一般避光培养；一般避光培养；在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。（但再分化时需要光，光能使细成愈伤组织。（但再分化时需要光，光能使细胞内形成叶绿体、叶绿素，进行光合作用）胞内形成叶绿体、叶绿素，进行光合作用）提高我的能力(7)(7)、植物组织培养不同阶段分别是什么代谢类型？、植物组织培养不同阶段分别是什么代谢类型？愈伤组织之前是异养需氧型（蔗糖供能），愈愈伤组织之前是异养需氧型（蔗糖供能），愈伤组织之后是自养需氧型。伤组织之后是自养需氧型。第20页/共42页小结：小结：u植物组织培养的过程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）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、光照、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,不进行光合作用第21页/共42页u植物组织培养的概念：植物组织培养的概念：植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌和人工控制无菌和人工控制条件条件下，将下，将离体的植物器官、组织、细胞离体的植物器官、组织、细胞，培养，培养在在人工配制的培养基人工配制的培养基上，给予上，给予适宜的培养条适宜的培养条件件，诱导其产生，诱导其产生愈伤组织、丛芽愈伤组织、丛芽，最终形成，最终形成完整的植株完整的植株。第22页/共42页二、植物体细胞杂交技术：二、植物体细胞杂交技术：因为不同种生物之间存在因为不同种生物之间存在着着生殖隔离生殖隔离，所以用传统，所以用传统的有性杂交方法是不可能的有性杂交方法是不可能做到这一点的。做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体于是，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。细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。这幅番茄这幅番茄这幅番茄这幅番茄马铃薯图利用传统马铃薯图利用传统马铃薯图利用传统马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什有性杂交方法能实现吗？为什有性杂交方法能实现吗？为什有性杂交方法能实现吗？为什么？么？么？么？“Potamato”第23页/共42页1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇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？到的第一个障碍是什么？植物细胞外面有一层细胞壁，这层细胞壁阻碍着植物细胞外面有一层细胞壁，这层细胞壁阻碍着细胞间的杂交。细胞间的杂交。2 2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？纤维素酶和果胶酶去除细胞壁（酶解法）纤维素酶和果胶酶去除细胞壁（酶解法）3 3、植物细胞去掉细胞壁后叫什么？、植物细胞去掉细胞壁后叫什么？原生质体原生质体4 4为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的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？什么特性有关？(细胞融合的基础)请思考：请思考：细胞膜具有一定的流动性细胞膜具有一定的流动性第24页/共42页7如何将杂种细胞培育成杂种植株？5、人工诱导原生质体融合的方法有哪些？物理法化学法离心、振动、电激等聚已二醇（PEG）作为诱导剂来诱导细胞融合植物组织培育技术6原生质体融合的标志是什么？产生新的细胞壁8植物体细胞杂交技术完成的标志是什么？获得杂种植株9、植物体细胞杂交的原理是什么？细胞膜的流动性、植物细胞的全能性第25页/共42页1 1、过程：、过程：杂杂种种植植株株融合的原生质体AB再生出细胞壁脱分化愈愈愈愈伤伤伤伤组组组组织织织织再分化植物细胞的融合植物细胞的融合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组织培养植物组织培养植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞A A A A原生质体原生质体B B原生质体原生质体原生质体原生质体A A A A杂种细胞AB去去去去 壁壁壁壁去去去去 壁壁壁壁人工诱导方法？促进融合的方法？融合融合融合融合完成完成完成完成的的的的标志标志标志标志植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞B B B B植物体细胞杂交植物体细胞杂交第26页/共42页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筛筛选选第27页/共42页利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合第28页/共42页2 2、概念：、概念：将将不同种的不同种的植物体细胞，在一定条件下融植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。植物体的技术。3 3、优势：、优势：（与有性杂交方法比较）与有性杂交方法比较）克服了不同种生物间的生殖隔离障碍克服了不同种生物间的生殖隔离障碍4 4、未解决的问题：、未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要未能让杂种植物按照人们的需要 表现出亲代的优良。表现出亲代的优良。第29页/共42页为什么为什么“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、地下结马科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？铃薯？主要原因是：主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它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，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物种的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、地一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。下结马铃薯就是很自然的了。第30页/共42页白菜白菜甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝“白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝”同普通白菜相比，具有生同普通白菜相比，具有生同普通白菜相比，具有生同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。第31页/共42页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，眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活,动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理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。论上可行，请设计出具体实验方案。第32页/共42页异想天开第33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小结小结第34页/共42页例例1：03江苏 用高度分化的植物细胞、组织用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，和器官进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是下列叙述错误的是A.该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的B.该愈伤组织的细胞没有全能性该愈伤组织的细胞没有全能性C.该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成D.该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的 胚状结构胚状结构典例精析典例精析第35页/共42页例例2：右图为植物体细胞杂交过程：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：示意图。据图回答：1 1）步骤）步骤）步骤）步骤是是是是_最常用的方法是最常用的方法是最常用的方法是最常用的方法是_._.2 2）步骤）步骤）步骤）步骤一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是_目的是目的是目的是目的是_._.3 3）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段是是是是_ _，其中步骤，其中步骤，其中步骤，其中步骤相相相相当于当于当于当于_，步骤，步骤，步骤，步骤相当于相当于相当于相当于_ 去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有活力的原生质体活力的原生质体活力的原生质体活力的原生质体 酶解法酶解法酶解法酶解法 聚乙二醇（聚乙二醇（聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEGPEGPEG）诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质体融合植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养脱分化脱分化脱分化脱分化再分化再分化再分化再分化第36页/共42页例例2：右图为植物体细胞杂交过程：右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：示意图。据图回答：4 4）植物体细胞杂交的目的是获得）植物体细胞杂交的目的是获得）植物体细胞杂交的目的是获得）植物体细胞杂交的目的是获得 新的杂种植株。使新的杂种植株。使新的杂种植株。使新的杂种植株。使_ 能够在新的植物体上有所表现，能够在新的植物体上有所表现，能够在新的植物体上有所表现，能够在新的植物体上有所表现，其根本原因其根本原因其根本原因其根本原因:5 5）从理论上讲，杂种植株的育性）从理论上讲，杂种植株的育性）从理论上讲，杂种植株的育性）从理论上讲，杂种植株的育性_。若运用传统有性杂交方法。若运用传统有性杂交方法。若运用传统有性杂交方法。若运用传统有性杂交方法 能否实现？能否实现？能否实现？能否实现？_。并说明理由：。并说明理由：。并说明理由：。并说明理由：因此，这项研究对于培养作物新品因此，这项研究对于培养作物新品因此，这项研究对于培养作物新品因此，这项研究对于培养作物新品 种方面的重大意义在于：种方面的重大意义在于：种方面的重大意义在于：种方面的重大意义在于：.两个亲本的遗传性状两个亲本的遗传性状两个亲本的遗传性状两个亲本的遗传性状 杂种植株获得了双亲的遗传物质杂种植株获得了双亲的遗传物质杂种植株获得了双亲的遗传物质杂种植株获得了双亲的遗传物质 可育可育可育可育不能不能不能不能因为不同种生物之间存在生殖隔离因为不同种生物之间存在生殖隔离因为不同种生物之间存在生殖隔离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，大大扩展了克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了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可用于杂交的亲本组合范围可用于杂交的亲本组合范围可用于杂交的亲本组合范围第37页/共42页 据图回答下列问题：例例(1)过程是用_处理细胞的细胞壁，后经过程诱导原生质体融合，实际融合的过程中原生质体可能会形成_种融合细胞(只考虑两个细胞融合的情况)。是_的过程，与此过程密切相关的细胞器是_。第38页/共42页(2)在过程培养中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素以及氨基酸外，还需要在培养基中加入_。同时，在培养过程中，除必要的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程中必须保证_。第39页/共42页(3)若番茄细胞内含A条染色体，马铃薯细胞内含B条染色体，将番茄和马铃薯采用杂交育种方法培育(假设能成功)，得到的后代应含_条染色体，还必须用_来处理幼苗，才能得到可育的番茄马铃薯植株，此时体细胞中含有_条染色体。(4)若番茄是二倍体，马铃薯是四倍体，则(3)中可育杂种植株为_倍体。第40页/共42页1 1、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2 2、植物细胞融合完成的标志的是（、植物细胞融合完成的标志的是（）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A AD D反馈练习反馈练习第41页/共42页感谢您的观看！第42页/共42页
