植物原生质体融合技术说课讲解.ppt
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1、植物原生质体融合技术 What 基本原理基本原理 去除植物细胞壁以获得大量的原生质体去除植物细胞壁以获得大量的原生质体 诱导原生质体融合形成杂种细胞诱导原生质体融合形成杂种细胞 筛选,培养,促进杂种细胞分裂,分化筛选,培养,促进杂种细胞分裂,分化 从细胞团,愈伤组织到最后成株从细胞团,愈伤组织到最后成株 Why 技术应用技术应用植物原生质体融合的意义:克服种、属以上植物有性杂交不亲和性障碍为携带外源遗传物质的大分子渗入细胞创造条件 How 技术方法技术方法第第1616章章 植物原生质体融合技术植物原生质体融合技术Plant Protoplast Fusion植物原生质体的制备植物原生质体的制备
2、植物原生质体的培养植物原生质体的培养植物原生质体的融合植物原生质体的融合一、植物原生质体的制备一、植物原生质体的制备原生质体的概念及培养的意义原生质体的概念及培养的意义原生质体材料来源原生质体材料来源原生质体的分离原生质体的分离原生质体的纯化原生质体的纯化1 1、原生质体的概念及培养的意义、原生质体的概念及培养的意义概念:概念:除去植物细胞壁的裸露细胞,称为原生质体意义:意义:(1)植物原生质体,具有再生完整植株的力。(2)为细胞融合研究提供了可能。有可能产生异源杂交新品种。(3)由于除去了细胞壁,降低了细胞的DNA酶活性,从而有助于外源DNA的进入。为再生成具有新性状的植物体提供有利条件。(
3、4)是开展遗传理论研究的材料。植物原生质体在理论研究和细植物原生质体在理论研究和细胞工程中的地位胞工程中的地位信息传递、能量转换信息传递、能量转换信息传递、能量转换信息传递、能量转换细胞壁合成机理细胞壁合成机理细胞壁合成机理细胞壁合成机理 膜的结构与功能膜的结构与功能膜的结构与功能膜的结构与功能核质关系核质关系核质关系核质关系杂交或自交不亲和的机理杂交或自交不亲和的机理杂交或自交不亲和的机理杂交或自交不亲和的机理 细胞间的相互作用细胞间的相互作用细胞间的相互作用细胞间的相互作用植物激素的作用机理植物激素的作用机理植物激素的作用机理植物激素的作用机理融合产生体细胞杂种融合产生体细胞杂种分离各种细
4、胞器分离各种细胞器引入各种细胞器引入各种细胞器导入外源基因导入外源基因诱发突变体诱发突变体纯化后的叶肉原生质体纯化后的叶肉原生质体2 2、原生质体材料来源、原生质体材料来源 植物叶片植物叶片取材容易取材容易比较容易用酶解法分离比较容易用酶解法分离 植物根尖组织植物根尖组织可由各种植物的种子萌发后取得可由各种植物的种子萌发后取得 植物花粉植物花粉产生单倍体原生质体产生单倍体原生质体 愈伤组织、悬浮培养的细胞愈伤组织、悬浮培养的细胞细胞壁容易解离细胞壁容易解离3 3、原生质体的分离、原生质体的分离A、原生质体的分离方法原生质体的分离方法 机械分离法机械分离法先将细胞放在高渗溶液中预处理,待细胞发生
5、轻微质壁分离,原体质体收缩成球形式,再用机械法磨碎细胞,从伤口处可以释放出完整的原生质体。优点:优点:该方法可避免酶制剂对原生质体的破坏作用。缺点:缺点:获得完整的原生质体的数量比较少。酶解分离法酶解分离法常用的细胞壁降解酶种类:纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、果酸酶等优点:优点:可以获得大量的原生质体,而且几乎所有的植物或它们的器官组织或细胞均可用酶解法获得原生质体。缺点缺点:酶制剂中均含有核酸酶、蛋白酶、过氧化物酶以及酚类物质。影响所获原生质体的活力。B、影响原生质体数量和活力的因素、影响原生质体数量和活力的因素1)不同种类植物或不同组织和细胞,其细胞壁的组成和结构细胞壁的组成和结构有差异有
6、差异2)渗透压稳定剂:渗透压稳定剂:如甘露醇、山梨醇、蔗糖、葡萄糖、盐类(KCl,MgSO4.7H2O)等3)质膜稳定剂:质膜稳定剂:如葡聚糖硫酸钾、氯化钙、磷酸二氢钾等增加对质膜的稳定性4)酶液的酶液的pH值:值:一般在5.4-6.05)温度因子温度因子6)植物材料的生理状态:植物材料的生理状态:如株龄、发育状态、栽培条件等对取材影响很大C、分离原生质体所用的酶液和稳定剂、分离原生质体所用的酶液和稳定剂 烟草叶肉细胞:烟草叶肉细胞:0.5%Macerozyme R-10果胶酶+2%Onozuka R-10纤维素酶,0.7M 甘露醇。烟草悬浮细胞:烟草悬浮细胞:2%Driselase纤维素酶+
7、2%Cellusase纤维素酶+0.5%Macerozyme果胶酶;海水。胡萝卜悬浮培养的细胞:胡萝卜悬浮培养的细胞:2%Onozuka纤维素酶+0.5%Driselase纤维素酶+0.5%Rhoxyme半纤维素酶1%Pectinase果胶酶;0.35M甘露醇+0.35M 山梨醇 甘蓝等的根细胞:甘蓝等的根细胞:4%Maicelase纤维素酶+2%Rhozyme半纤维素酶+0.3%Macerozyme果胶酶;0.7M 甘露醇。番茄无菌苗的子叶和叶肉细胞:番茄无菌苗的子叶和叶肉细胞:1.5%Cellulysin 纤维素酶+0.3%Macerozyme果胶酶;102.6g/L 蔗糖。水稻种子的愈伤
8、组织的悬浮培养细胞:水稻种子的愈伤组织的悬浮培养细胞:2%Onozuka Rs 纤维素酶+1%Driselase 纤维素酶+2%Macerozyme R-10果胶酶+1%Pectolyase果胶酶;0.3M 葡萄糖4 4、原生质体的纯化、原生质体的纯化去除破碎的原生质体、末去壁的细胞、细胞器及其他碎片等杂质A、过滤法、过滤法B、漂浮法、漂浮法C、离心法、离心法例例:烟草叶肉细胞原生质体的烟草叶肉细胞原生质体的分离分离1).1).材料的准备与消毒:材料的准备与消毒:2).2).酶解:酶解:3).3).纯化:纯化:4).4).原生质体的活力测定原生质体的活力测定1).1).材料的准备与消毒材料的准
9、备与消毒选取在温室中生长两个月左右的烟草植株选取在温室中生长两个月左右的烟草植株从生长健康的植株上摘取充分展开的嫩叶片从生长健康的植株上摘取充分展开的嫩叶片经自来水冲洗干净后经自来水冲洗干净后放入放入70%70%乙醇中进行表面消毒乙醇中进行表面消毒然后再放入然后再放入2%2%次氯酸钠溶液中处理次氯酸钠溶液中处理1010分钟分钟接着用无菌水洗涤接着用无菌水洗涤3 34 4次,以充分除去消毒剂次,以充分除去消毒剂2).2).酶解酶解用一把尖镊子,小心撕去叶片的下表皮,用一把尖镊子,小心撕去叶片的下表皮,将叶片切成将叶片切成2cm2cm长的小片,然后放入含长的小片,然后放入含酶溶液中处理。酶溶液中处
10、理。(注意:使撕去表皮的一面朝下,温度(注意:使撕去表皮的一面朝下,温度252528 28 下经下经3-43-4小时的酶解反应,其间小时的酶解反应,其间轻轻摇动培养皿若干次)轻轻摇动培养皿若干次)3).3).纯化纯化将酶解悬浮液通过将酶解悬浮液通过300-400300-400目网,以除去大目网,以除去大的未消化的碎片的未消化的碎片然后将含有原生质体的酶液收集在离心管中,然后将含有原生质体的酶液收集在离心管中,低速离心,使原生质体沉于管底,倾去上清低速离心,使原生质体沉于管底,倾去上清液液在离心管中加入适量洗涤液,再离心;重复在离心管中加入适量洗涤液,再离心;重复此步骤此步骤3 3次,使酶解液充
11、分除去;次,使酶解液充分除去;最后用原生质体培养液离心一次最后用原生质体培养液离心一次分离、洗涤、纯化原生质体分离、洗涤、纯化原生质体的试剂的试剂试剂试剂试剂试剂 分离分离分离分离 洗涤洗涤洗涤洗涤 纯化纯化纯化纯化KHKHKHKH2 2 2 2POPOPOPO4 4 4 4 27.2 mg 27.2 mg 27.2 mg 27.2 mg KNOKNOKNOKNO3 3 3 3 101 mg 101 mg 101 mg 101 mgCaClCaClCaClCaCl2 2 2 2.2H.2H.2H.2H2 2 2 2O 1480 mgO 1480 mgO 1480 mgO 1480 mgMgSO
12、MgSOMgSOMgSO4 4 4 4.7H.7H.7H.7H2 2 2 2O 240 mgO 240 mgO 240 mgO 240 mgKI 0.16 mgKI 0.16 mgKI 0.16 mgKI 0.16 mgCuSOCuSOCuSOCuSO4 4 4 4.5H.5H.5H.5H2 2 2 2O 0.025mgO 0.025mgO 0.025mgO 0.025mg甘露醇甘露醇甘露醇甘露醇 13%13%13%13%纤维素酶纤维素酶纤维素酶纤维素酶 4%4%4%4%果胶酶果胶酶果胶酶果胶酶 0.4%0.4%0.4%0.4%蔗糖蔗糖蔗糖蔗糖 -21%-21%-21%-21%pH 5.6 5
13、.6 5.6pH 5.6 5.6 5.6pH 5.6 5.6 5.6pH 5.6 5.6 5.6与与分分离离试试剂剂相相同同与与分分离离试试剂剂相相同同4).4).原生质体的活力测定原生质体的活力测定形态:形态:把形态上完整,富含细胞质,颜色新鲜的原生质体把形态上完整,富含细胞质,颜色新鲜的原生质体把形态上完整,富含细胞质,颜色新鲜的原生质体把形态上完整,富含细胞质,颜色新鲜的原生质体释放到降低渗透压浓度的洗涤液或培养基中,即可释放到降低渗透压浓度的洗涤液或培养基中,即可释放到降低渗透压浓度的洗涤液或培养基中,即可释放到降低渗透压浓度的洗涤液或培养基中,即可见到分离后缩小的原生质体会恢复原态,
14、成为正常见到分离后缩小的原生质体会恢复原态,成为正常见到分离后缩小的原生质体会恢复原态,成为正常见到分离后缩小的原生质体会恢复原态,成为正常膨大的一般是有活力的原生质体。膨大的一般是有活力的原生质体。膨大的一般是有活力的原生质体。膨大的一般是有活力的原生质体。染色法:染色法:用用用用0.1%0.1%0.1%0.1%酚藏花红液染色,活的原生质体能着红色酚藏花红液染色,活的原生质体能着红色酚藏花红液染色,活的原生质体能着红色酚藏花红液染色,活的原生质体能着红色用荧光素双醋酸酯(用荧光素双醋酸酯(用荧光素双醋酸酯(用荧光素双醋酸酯(FDAFDAFDAFDA)染色,在荧光显微镜下)染色,在荧光显微镜下
15、)染色,在荧光显微镜下)染色,在荧光显微镜下观察到带有荧光的是有活力的原生质体观察到带有荧光的是有活力的原生质体观察到带有荧光的是有活力的原生质体观察到带有荧光的是有活力的原生质体FDA法的原理法的原理vFDA本本身身不不具具有有极极性性,不不能能发发出出荧荧光光,可可以以自由出入细胞膜自由出入细胞膜。v在在活活细细胞胞中中,FDA被被酯酯酶酶裂裂解解,释释放放出出有有极极性的荧光素性的荧光素。v荧光素荧光素不能自由穿越不能自由穿越质膜,在活细胞中积累。质膜,在活细胞中积累。v荧光素在荧光素在死细胞中不能积累死细胞中不能积累。v在在UV照照射射下下,活活细细胞胞中中的的荧荧光光素素发发出出绿绿
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