生物 细胞工程 2.1 植物细胞工程 新人教版选修3.ppt

3.2.1植物细胞工程细胞工程：应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，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。类型类型植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程19581958年，美国科学家将胡萝卜年，美国科学家将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜新植株。获得了完整的胡萝卜新植株。利用植物细胞的全能性植物组织培养：在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。植物细胞工程的基本技术细胞的全能性：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。（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）细胞的全能性表现的条件：（1）离体状态外植体：植物组织培养中作为离体培养材料的器官或组织的片段。（2）营养物质、激素植物培养基 （3）其他外界条件温度、光照等离体植离体植物细胞物细胞（外植体）（外植体）愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化再分化再分化植物体植物体外源激素诱导外源激素诱导 外植体本身、外植体本身、培养基和培养环境培养基和培养环境 脱分化：已经分化的细胞，在一定的条件下，重新回复到原始的未分化状态。再分化：已经脱分化的愈伤组织在一定条件下，再分化成各种特异性的组织细胞的过程。植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基无机无机营养物质营养物质：植物所必需的大量元素及微量元素植物所必需的大量元素及微量元素有机有机营养物质营养物质 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%的的蔗糖蔗糖 琼脂：起凝固支持作用琼脂：起凝固支持作用植物激素植物激素：（：（生长素，细胞分裂素）生长素，细胞分裂素）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再分化超净工作台为什么要进行无菌操作？愈伤组织：在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞。愈伤组织细胞的特点：1.细胞排列酥松无规则2.高度液泡化的薄壁细胞3.无固定形态4.分化程度低在实际操作时，一般先完成芽的分化，再进行根的分化。愈伤组织在分化培养基中长出芽培养愈伤组织时，为什么要避光？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再分化愈伤组织胚状体根、芽同时发生先根后芽先芽后根人工种子完 整 植 株三、植物体细胞杂交技术：三、植物体细胞杂交技术：不能不能存在生殖隔离存在生殖隔离尝试用这两种植物的尝试用这两种植物的体细胞体细胞进行杂交进行杂交这幅番茄这幅番茄马铃薯图利用传统有性马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？杂交方法能实现吗？为什么？将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。三、植物体细胞杂交技术：杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株植物细胞植物细胞A A植物细胞植物细胞B B 原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B正在融合的原生质体正在融合的原生质体去细胞壁去细胞壁!再生细胞壁再生细胞壁植物组织培养植物组织培养植植物物细细胞胞融融合合二、植物体细胞杂交 原理：原理：植物细胞植物细胞的全能性的全能性和和细胞细胞膜的流动性膜的流动性1.阻碍植物细胞亲和的结构是什么？怎么去除？2.去壁以后的结构叫什么？3.用什么方法才能让细胞紧密接触并发生融合？4.融合的过程是怎样的？物理方法：离心、振动、电击.化学方法：聚乙二醇（PEG）诱导细胞膜融合细胞质融合细胞核融合原生质体：脱去细胞壁的植物细胞。动物细胞也可认为是原生质体。原生质层（细胞膜,液泡膜以及两层膜之间的细胞质）原生质：细胞内的生命物质。5.融合完成的标志是什么？6.如何从杂种细胞得到杂种植株？融合后除杂种细胞外还有哪些融合细胞？细胞只有一个细胞核、长出新的细胞壁马马、番-番所以还要经过筛选才能得到杂种植株白白菜菜甘甘蓝蓝白菜甘蓝白菜甘蓝“白菜甘蓝白菜甘蓝”同普通白菜相比，具有生长期同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。短、耐热性强和易于贮藏等优点。三、植物体细胞杂交技术：三、植物体细胞杂交技术：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科学如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？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。三、植物体细胞杂交技术：三、植物体细胞杂交技术：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B3.3.下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是（下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是（）A.A.叶肉细胞脱分化后可形成无定形状态的薄壁细胞叶肉细胞脱分化后可形成无定形状态的薄壁细胞 B B、叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织C.C.融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞膜融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞膜 D D、叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性D D1）步骤）步骤是是_ _ 最常用的方法是最常用的方法是_。2）步骤）步骤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_。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 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_，其中步骤，其中步骤相相 当于当于_，步骤，步骤相当于相当于_.去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有 酶解法酶解法 聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEG）诱导原生质体融合诱导原生质体融合脱分化脱分化再分化再分化植物组织培养植物组织培养活力的原生质体活力的原生质体2.2.下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：步骤步骤是去掉是去掉 ，使植物细胞成为，使植物细胞成为 ，最，最常用的方法是常用的方法是 。步骤步骤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 。在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是技术手段是 ，其中步骤，其中步骤相当于相当于 ，步骤步骤相当于相当于 。细胞壁细胞壁 原生质体原生质体 酶解法酶解法 聚乙二醇聚乙二醇 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 脱分化脱分化 再分化再分化 植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，使两株植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，使两株植物的性状能够在新的植物体上有所表现，其根本原因植物的性状能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是是 。从理论上讲，杂种植株的育性为从理论上讲，杂种植株的育性为 。若运用传。若运用传统有性杂交方法能否实现？统有性杂交方法能否实现？因此，这因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于 。利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中，利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？杂种细胞具有两个亲本的遗传物质杂种细胞具有两个亲本的遗传物质 可育可育 不能不能 克服远缘杂交不亲和的障碍克服远缘杂交不亲和的障碍 不遵循，植物体细胞杂交属于无性生殖。不遵循，植物体细胞杂交属于无性生殖。（三）神奇的人工种子（三）神奇的人工种子人工种子组成人工种子组成胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮人工种皮(透气透水易降解透气透水易降解+胚乳（营养物质、固氮菌、抗生素等）胚乳（营养物质、固氮菌、抗生素等）人工种子：人工种子：巩固新知巩固新知1.1.通过植物组织培养（通过植物组织培养（）A.A.获得的植株都不会出现变异获得的植株都不会出现变异B.B.可以证明高度分化的细胞也具有全能可以证明高度分化的细胞也具有全能 性性C.C.可以克服远源杂交不清和的障碍可以克服远源杂交不清和的障碍D.D.可以大量繁育无子番茄可以大量繁育无子番茄2.2.下列有关植物体细胞杂交的叙述不正确的是（下列有关植物体细胞杂交的叙述不正确的是（）A.A.用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体B.B.诱导两种植物细胞的原生质体融合，进而形成杂种诱导两种植物细胞的原生质体融合，进而形成杂种细胞细胞C.C.植物细胞杂交的最终目的是得到细胞的代谢产物植物细胞杂交的最终目的是得到细胞的代谢产物D.D.植物体细胞杂交技术可用电击法诱导细胞融合植物体细胞杂交技术可用电击法诱导细胞融合BC4.如下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请根据图回答下列问题：要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括营养物质包括 和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和和 两类植物激素。两类植物激素。此过程依据的原理是此过程依据的原理是 。A A和和B B阶段主要进行的分裂阶段主要进行的分裂方式是方式是 ，B B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞阶段除了细胞分裂外，还进行细胞 等。等。此过程要无菌操作，主要是指对此过程要无菌操作，主要是指对 进行灭菌消毒。进行灭菌消毒。B B阶段需要光照，原因是阶段需要光照，原因是 。试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因绿素，这是基因 的结果。的结果。2.2.无机物无机物 生长素生长素 细胞的全能性细胞的全能性 有丝分裂有丝分裂 分化分化培养基培养基 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件 选择性表达选择性表达几个关键词：几个关键词：细胞离体、一定的营养物质、激素（细胞分裂素和生长素）和其他外细胞离体、一定的营养物质、激素（细胞分裂素和生长素）和其他外界条件界条件必要条件：必要条件：外植体外植体:脱分化脱分化:再分化再分化:愈伤组织愈伤组织:胚状体胚状体:从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官已经已经分化的细胞分化的细胞，在一定的条件下，重新，在一定的条件下，重新回复回复到原始的到原始的未分化状态未分化状态脱分化的细胞脱分化的细胞，在一定的条件下，又，在一定的条件下，又重新分化重新分化成各种特异性的组织细胞的过成各种特异性的组织细胞的过程程在人工培养基上由在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列（细胞排列疏松、无规则）。疏松、无规则）。具有生根发芽能力的胚状结构具有生根发芽能力的胚状结构细胞分化细胞分化:在发育过程中，在发育过程中，具有全能性的细胞具有全能性的细胞（如受精卵细胞）（如受精卵细胞）逐步逐步转变成转变成形态、结构、功能各异的形态、结构、功能各异的组织细胞组织细胞的过程的过程细胞工程细胞工程 1 1概念概念: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分子生物细胞生物学和分子生物学学细胞整体水平或细细胞整体水平或细胞器水平胞器水平按照人们的意愿来改变细胞内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遗传物质或获得细胞产品2 2分类分类:植物细胞工程和动物细胞工程植物细胞工程和动物细胞工程在细胞水平或细胞器水平上进行操作在细胞水平或细胞器水平上进行操作在分子水平上进行操作在分子水平上进行操作细胞工程细胞工程操作操作-基因工程操作基因工程操作-外植体外植体愈伤组织愈伤组织芽芽根根再生植株再生植株脱分化脱分化再分化再分化高生长素高生长素(1,2-D)高高(生长素生长素/细胞分裂素细胞分裂素)低低(生长素生长素/细胞分裂素细胞分裂素)原原生生质质体体番番茄茄细细胞胞原原生生质质体体融融合合再再生生出出细细胞胞壁壁杂杂种种细细胞胞脱脱分分化化愈愈伤伤组组织织杂杂种种植植株株再再分分化化三、植物体细胞杂交技术：三、植物体细胞杂交技术：1 1 1 1、过程：、过程：、过程：、过程：马马铃铃薯薯细细胞胞标志：成功标志：成功融合融合人工人工诱导诱导去去壁壁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的融合植物细胞的融合植物细胞的融合植物细胞的融合杂种细胞杂种细胞杂种植株杂种植株甲种细胞甲种细胞乙种细胞乙种细胞原生质体原生质体愈伤组织愈伤组织去壁去壁融合融合长壁长壁脱分化脱分化再分化再分化植物组织培养和动物细胞培养的比较植物组织培养和动物细胞培养的比较项目原理培养基酶结果培养目的植 物 动 物细胞全能性细胞增殖固体蔗糖植物激素液体葡萄糖动物血清培养成植株培养成细胞株细胞系快速繁殖培养无病毒植株获得细胞产品、细胞纤维素酶或果胶酶胰蛋白酶主要用于制备单克隆抗体获得杂种植株用用 途途物理、化学方法（同左）灭活的病毒物理（离心、振荡、电刺激）化学（聚乙二醇）诱导方法诱导方法细胞分散后诱导细胞融合去细胞壁后诱导原生质体融合细胞融合的方法细胞融合的方法膜的流动性膜的流动性、细胞全能性细胞融合的原理细胞融合的原理动物细胞融合动物细胞融合植物体细胞杂交植物体细胞杂交比较项目比较项目比较项目