植物细胞工程-植物细胞工程的基本技术PPT课件模版.ppt

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1、高烧头痛，喉咙发炎，课件我放你看，自己做好笔记！拿出必修一和选修三拿出必修一和选修三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，在和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平细胞整体水平或或细胞器水平细胞器水平上，按照人们的意愿来上，按照人们的意愿来改变细胞内改变细胞内的遗传物质的遗传物质或或获得获得细胞产品细胞产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。 ( (选修选修3 31页页)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科学家利用菊花的花瓣培养出的菊花。科学家利用菊花的花瓣培养出的

2、菊花。为什么植物一个的花瓣就可以培育成一株完整植株的呢？为什么植物一个的花瓣就可以培育成一株完整植株的呢？细胞的全能性及分化细胞的全能性及分化翻到选修三 33页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细胞的全能性及细胞的全能性及分化分化 在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异稳定性差异的过程，叫做的过程，叫做细胞分化。细胞分化。1、细胞分化的概念、细胞分化的概念2、细胞分化的特点、细胞分化的特点 1、持久性：、持久性： 分化了的细胞

3、将一直保持分化后的状态，直到死亡；分化了的细胞将一直保持分化后的状态，直到死亡； (细胞分化发生在生物体的细胞分化发生在生物体的整个生命进程中，但在胚胎时整个生命进程中，但在胚胎时期达到最大程度；期达到最大程度；) 2、普遍性：、普遍性： 细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，是生物细胞分化是生物界中普遍存在的生命现象，是生物个个体发育的基础体发育的基础。必修一必修一 117-118页页3 3、细胞分化的意义、细胞分化的意义1 1、对于多细胞的生物来说，没有细胞的分化就没有、对于多细胞的生物来说，没有细胞的分化就没有个体发育；个体发育；2 2、细胞分化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，、细胞分

4、化使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。有利于提高各种生理功能的效率。4 4、细胞分化后遗传物质是否发生了变化？、细胞分化后遗传物质是否发生了变化？ 遗传物质没有变化遗传物质没有变化，不同组织的细胞都是来源，不同组织的细胞都是来源于受精卵，经有丝分裂产生。于受精卵，经有丝分裂产生。细胞分化的细胞分化的实质实质是是基基因选择性表达因选择性表达的结果。的结果。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细胞的全能性及细胞的全能性及分化分化必修一必修一 118页页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

5、程的基本技术细胞的全能性细胞的全能性及分化及分化1 1、细胞的全能性概念：、细胞的全能性概念： 2 2、细胞的全能性原因：、细胞的全能性原因：细胞内具有发育成个体的细胞内具有发育成个体的全部遗传物质全部遗传物质。已经分化的细胞，仍然具有发育成已经分化的细胞，仍然具有发育成完整完整个体的个体的潜能潜能；必修一必修一 119页页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细胞的全能性细胞的全能性及分化及分化3 3、细胞的全能性大小：、细胞的全能性大小： 4 4、细胞的全能性表现：、细胞的全能性表现： 受精卵受精卵 卵细胞卵细胞 体细胞体细胞分化程度高的细胞分

6、化程度高的细胞 分化程度低的细胞分化程度低的细胞不表现全能性不表现全能性表现全能性表现全能性体内，基因的选择性表达体内，基因的选择性表达体外，诱导因素的存在体外，诱导因素的存在一团没有特定结构和功能并处于一团没有特定结构和功能并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞，排列旺盛分裂状态的薄壁细胞，排列疏松，无规则，高度液泡化疏松，无规则，高度液泡化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科学家利用菊花的花瓣培养出的菊花。科学家利用菊花的花瓣培养出的菊花。那么，植物的花瓣是怎样培育成一株完整植株的呢？那么，植物的花瓣是怎样培育成一株完整植株的呢？植物的花瓣属于植物

7、的花瓣属于_的组织，利用它来培育出新的的组织，利用它来培育出新的植株，首先要通过细胞的植株，首先要通过细胞的_过程，培养出过程，培养出_组组织，然后再从愈伤组织织，然后再从愈伤组织_形成小植株。形成小植株。 高度分化高度分化脱分化脱分化愈伤愈伤分化分化选修三选修三 33页页细胞脱分化细胞脱分化就是让已经就是让已经_的细胞，经过诱导后，失去的细胞，经过诱导后，失去其特有的其特有的_而转变成而转变成_细胞的过程。在植细胞的过程。在植物中，一些分化的细胞，经过物中，一些分化的细胞，经过_的诱导，可以的诱导，可以_为其有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物的愈伤组织。为其有分生能力的薄壁细胞，进而形成植物

8、的愈伤组织。愈伤组织在一定的培养条件下，又可以愈伤组织在一定的培养条件下，又可以_出幼根和出幼根和芽，形成完整的小植株芽，形成完整的小植株 。 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分化分化结构和功能结构和功能未分化未分化激素激素脱分化脱分化再分化再分化为什么植物的一为什么植物的一 瓣花辫就可以培育出完整的植株呢？瓣花辫就可以培育出完整的植株呢？ 在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整株的潜在理论上，生物的任何一个细胞都具有发育成完整株的潜力。但是，在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出力。但是，在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全

9、能性，而是分化成全能性，而是分化成_和器官。这是因为在特定和器官。这是因为在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有的时间和空间条件下，细胞中的基因会有_表表达出各种蛋自质，从而构成生物体的不同达出各种蛋自质，从而构成生物体的不同_。 各种组织各种组织选择性地选择性地组织和器官组织和器官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植物组织培养技术植物组织培养技术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植物组织培养技术植物组织培养技术试管苗大规模培养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

10、技术植物细胞工程的基本技术植物组织培养技术植物组织培养技术P35 讨论讨论1、2、32.1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植物组织培养技术植物组织培养技术P35讨论讨论1.在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？灭菌和实验人员的无菌操作？ 植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培速生

11、长，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争争夺营养夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质有害的物质，导致培养物迅速死亡。，导致培养物迅速死亡。 造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都等。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器

12、械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。杂菌。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植物组织培养技术植物组织培养技术P35讨论讨论1. 2.在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含含有形成层部分有形成层部分，原因是这部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织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），是否请思考一下，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证吗？也能培养成小植株，你能

13、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）也能也能培养再生形培养再生形成小植株，成小植株，只是只是诱导愈伤组织比较困难。可以参考利用胡诱导愈伤组织比较困难。可以参考利用胡萝卜根进行组织培养的实验，尝试设计出利用胡萝卜的茎、萝卜根进行组织培养的实验，尝试设计出利用胡萝卜的茎、叶、花进行组织培养的实验流程。叶、花进行组织培养的实验流程。讨论问题给同学发的习讨论问题给同学发的习题答案中有，自己看！题答案中有，自己看！植物材料植物材料消毒消毒接种到诱导培养基接种到诱导培养基诱导出诱导出愈伤组织愈伤组织直接诱导分化直接诱导分化愈伤组织接种到愈伤组织接种到

14、分化培养基上分化培养基上分化出分化出幼苗幼苗完整完整植株植株幼苗接种到幼苗接种到 生根培养基上生根培养基上移栽到大田移栽到大田愈伤组织转接到愈伤组织转接到 继代培养基上继代培养基上得到大量的得到大量的 愈伤组织愈伤组织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植物组织培养技术植物组织培养技术P35讨论讨论1. 3.请根据上面的请根据上面的实验过程，概括出植物组织实验过程，概括出植物组织培养技术的流程简图。培养技术的流程简图。植物组织培养植物组织培养就是在就是在_控制条件下，将控制条件下，将_的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的的植物器官、组织、细

15、胞，培养在人工配制的_上，上，给予给予_条件，条件，_其产生其产生_组织、组织、丛芽最终形成完整的植株。丛芽最终形成完整的植株。 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植物组织培养技术植物组织培养技术离体的植物离体的植物器官、组织器官、组织或细胞或细胞愈愈伤伤组组织织根根芽芽胚胚状状体体植植物物体体脱分化脱分化再分化再分化无菌和人工无菌和人工离体离体培养基培养基适宜的培养适宜的培养诱导诱导愈伤组织愈伤组织一定的营养物质、一定的营养物质、 一定的温度、一定的温度、 空气、空气、 无菌环境、无菌环境、 适合的适合的PHPH、 适时光照等。适时光照等。

16、植物激素：植物激素： 细胞分裂素、细胞分裂素、生长素生长素外植体外植体高度分化高度分化培养基上培养产培养基上培养产 生愈伤组织生愈伤组织需要两个条件需要两个条件创伤和外源激素创伤和外源激素本质还不清楚本质还不清楚 诱导阶段往往要暗培养有利于诱导阶段往往要暗培养有利于细胞的脱分化产生愈伤组织细胞的脱分化产生愈伤组织 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植物组织培养技术植物组织培养技术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问问:用传统的用传统的有性杂交有性杂交方法不可能得到二者的杂种后代为方法不可能得

17、到二者的杂种后代为什么什么?问问:科学家们采用科学家们采用什么方法什么方法？终于得到了？终于得到了番茄番茄-马铃薯马铃薯”杂种植株。杂种植株。 生殖隔离生殖隔离 20世纪世纪60年代，一些科学家年代，一些科学家提出这样一个设想：让番茄与马提出这样一个设想：让番茄与马铃薯杂交，培育出地上结番茄果铃薯杂交，培育出地上结番茄果实，地下结马铃薯块茎的植物。实，地下结马铃薯块茎的植物。 植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术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植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术思考思考:1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到）

18、要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？的第一个障碍是什么？2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？）有没有一种温和的去细胞壁的方法？3）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？胞，下一步该对此细胞做何种处理？4）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？讨论讨论-图解图解-总结总结-表达表达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植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术问问1：如何去除这层细胞壁？得到的结构物质是什么？如何去

19、除这层细胞壁？得到的结构物质是什么？问问2： 如何融合的方法是哪两类分别是什么？如何融合的方法是哪两类分别是什么？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植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术 流程图中为了简化流程图中为了简化, ,仅画了一个马铃薯的原生质体与一仅画了一个马铃薯的原生质体与一个番茄的原生质体之间的融合个番茄的原生质体之间的融合, ,可真正在实际操作过程中可真正在实际操作过程中, ,是把是把许多许多马铃薯的原生质体和许多番茄的原生质体马铃薯的原生质体和许多番茄的原生质体放在一放在一起起, ,让它们让它们自由融合自由融合, ,再从中再从中

20、筛选筛选出所需的杂种细胞。出所需的杂种细胞。 由于不同种的细胞其细胞膜的特点不一样，如不作任由于不同种的细胞其细胞膜的特点不一样，如不作任何处理，把它们放在一起，让它们自然融合是不可能的，何处理，把它们放在一起，让它们自然融合是不可能的，所以原生质体间的所以原生质体间的融合必须融合必须要要人工诱导人工诱导。 植物细胞外而有一层细胞壁，这层细胞阻碍着细胞间的植物细胞外而有一层细胞壁，这层细胞阻碍着细胞间的杂交。因此，在进行体细胞杂交之前，必须先利用杂交。因此，在进行体细胞杂交之前，必须先利用纤维素纤维素酶和果胶酶酶和果胶酶去除这层细胞壁，获得其有活力的去除这层细胞壁，获得其有活力的原生质体原生质

21、体。杂交过程中的另一个关键环节，是原生质体间的融合。进杂交过程中的另一个关键环节，是原生质体间的融合。进行行原生质体间的融合原生质体间的融合，必须要借助一定的技术手段进行人，必须要借助一定的技术手段进行人工诱导。人工诱导的方法基本可以分为两大类一物理法和工诱导。人工诱导的方法基本可以分为两大类一物理法和化学法。物理法包括化学法。物理法包括离心、振动、电激离心、振动、电激等；化学法一般是等；化学法一般是用用聚乙二醇聚乙二醇（PEG）作为诱导剂来诱导细胞融合。）作为诱导剂来诱导细胞融合。 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植物体细胞杂交技术植物体

22、细胞杂交技术植物体细胞杂交植物体细胞杂交 就是将就是将不同种的植物体细胞不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成，在一定条件下融合成杂杂种细胞种细胞，并把杂种细胞培育成，并把杂种细胞培育成新的植物体新的植物体的技术。的技术。 虽然科学家们历尽艰辛，终于实现了两个物种间的杂交，虽然科学家们历尽艰辛，终于实现了两个物种间的杂交，可惜这株同时具有两个物种遗传物质的超级植物，并没有可惜这株同时具有两个物种遗传物质的超级植物，并没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯。尽如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯。尽管如此，这项研究还是在管如此，这项研究还是在克服不同生物远缘杂交的障碍上克服

23、不同生物远缘杂交的障碍上，取得了巨大的突破取得了巨大的突破。在此基础上，科学家们利用植物体细。在此基础上，科学家们利用植物体细胞杂交技术，又相继培育出了烟草胞杂交技术，又相继培育出了烟草-海岛烟草、胡萝卜海岛烟草、胡萝卜-羊羊角芹、白菜角芹、白菜-甘蓝等种间或属间杂种，在甘蓝等种间或属间杂种，在生产上有较高的生产上有较高的的应用价值的应用价值。例如，。例如，“白菜白菜-甘蓝甘蓝”同普通白菜相比，且同普通白菜相比，且有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。 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植物体细胞杂交技术

24、植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术的意义植物体细胞杂交技术的意义?以及植物体细胞杂交已取得的进展和尚未解决的问题，以及植物体细胞杂交已取得的进展和尚未解决的问题，认同科学是一个不断发展的过程认同科学是一个不断发展的过程,激发探索生命科学奥秘的兴趣及勇于质疑的科激发探索生命科学奥秘的兴趣及勇于质疑的科学精神。学精神。 1原生质体的制备原生质体的制备2原生质的融合原生质的融合3杂种细胞筛选与培养杂种细胞筛选与培养3杂种植株再生与鉴定杂种植株再生与鉴定?方法方法膜膜-只能诱导膜的融合了只能诱导膜的融合了 核核-第一次有丝分裂时进行第一次有丝分裂时进行?过程过程融合完成融合完成的标志的标志植物细胞的

25、融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养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 A原生质体原生质体B B原生质体原生质体A A杂种杂种细胞细胞AB去去 壁壁去去 壁壁融合融合完成完成的的标志标志植物细胞植物细胞B B2.1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植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术P38思考与探究思考与探究P38P38思考与探究思考与探究1.1.为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植

26、株没有如科学家所想像的超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？那样，地上长番茄、地下结马铃薯？ 19781978年，梅尔彻斯（年，梅尔彻斯（MelchersMelchers）等人首次获得了马铃薯与番）等人首次获得了马铃薯与番茄的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶茄的属间体细胞杂种。他们将培育的二倍体马铃薯品系和番茄叶片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为片细胞进行融合，所产生的杂交株被称为“马铃薯番茄马铃薯番茄”。像大。像大多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中多数杂种一样，杂交株同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了一些植

27、株形成了“类似块茎的生殖根类似块茎的生殖根”，但是没有产生可结实的，但是没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止“马铃薯马铃薯番茄番茄”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不研究价值不可忽视可忽视。至于马铃薯。至于马铃薯-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，茄、地下结马铃薯，主要原因主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，是：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，所以马铃薯它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃

28、薯番茄杂交植株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样有受到相互干扰，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，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。了。提示：根据眼虫提示：根据眼虫的特点，动物细的特点，动物细胞和植物细胞之胞和植物细胞之间在理论上是可间在理论上是可以实现杂交的。以实现杂交的。具体的实验方案具体的实验方案可以设计如右：可以设计如右：P38思考与探究思考与探究2.自然

29、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，说明植物的细胞眼虫，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：动物细胞与植物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？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。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。定义定义: :含有一定营养成分含有一定营养成分, ,供组织培养植物生长的基质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%2%5%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植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交植物体细胞杂交