植物细胞工程基本技术(修订版).ppt

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1、专题二专题二 细胞工程细胞工程 1995 1995年，美国世界观察研究所所年，美国世界观察研究所所长莱斯特布朗曾经提出长莱斯特布朗曾经提出“谁来养活中谁来养活中国国”的问题，他认为到的问题，他认为到20302030年中国由年中国由于人口增长、耕地减少、粮食产量难于人口增长、耕地减少、粮食产量难以提高等原因，粮食缺口达到数亿吨，以提高等原因，粮食缺口达到数亿吨，世界上没有一个国家能为中国提供这世界上没有一个国家能为中国提供这么多的出口粮食，从而造成国际市场么多的出口粮食，从而造成国际市场粮价飞涨，导致全世界挨饿。粮价飞涨，导致全世界挨饿。资料资料:地上长番茄地上长番茄地下长土豆地下长土豆番茄番茄

2、-马铃薯植株马铃薯植株19581958年，美国科学家斯图尔德（年，美国科学家斯图尔德（F.C.StewardF.C.Steward）将）将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的胡萝卜新植株。胡萝卜新植株。植物组织培养技术植物组织培养技术1.植物组织培养的原理是什么？植物组织培养的原理是什么？教材教材P33-34页页 回答下列问题回答下列问题3.什么是细胞的全能性什么是细胞的全能性?5.为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？不同的组织、器官？细胞的全能性4.4.全能性大小比较全能性大

3、小比较受精卵受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞 第二组第二组第一组第一组植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞基因在特定空间和时间条件下基因在特定空间和时间条件下选择性表达选择性表达的结果。的结果。具有某种生物具有某种生物_的任何一个细胞，都具有的任何一个细胞，都具有_的潜能。的潜能。全部遗传信息全部遗传信息发育成完整生物体发育成完整生物体6.6.植物组织培养的基本过程植物组织培养的基本过程植物体植物体离体的植物器离体的植物器官组织或细胞官组织或细胞愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化再分化再分化幼根和幼芽幼根和幼芽胚状体胚状体(外植体外植体)（1 1）什么是细胞脱分化？什么是细胞脱分化？（2 2）愈

4、伤组织有什么特点？）愈伤组织有什么特点？阅读培养过程回答下列问题阅读培养过程回答下列问题：组织培养的实例：组织培养的实例：胡萝卜的组织培养胡萝卜的组织培养3.3.阅读阅读MsMs培养基配方培养基配方，分析各成分的用途分析各成分的用途1.1.概括植物组织培养技术的流程简图概括植物组织培养技术的流程简图制备制备外植体外植体接种接种脱分化脱分化培养培养再分再分化培养化培养试管苗试管苗正常植株正常植株转接转接移栽移栽形成层容易诱导产生愈伤组织，其它部分也可以但诱导愈伤组织形成层容易诱导产生愈伤组织，其它部分也可以但诱导愈伤组织蕉困难。蕉困难。2.2.在本实验中，切取胡萝卜块时强调要切取含有在本实验中，

5、切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层形成层部分，原部分，原因是什么？胡萝卜的其他部分是否也能培育成小植株？因是什么？胡萝卜的其他部分是否也能培育成小植株？在实际操作中是否还应在其基础上添加其他物质？在实际操作中是否还应在其基础上添加其他物质？细胞分裂素细胞分裂素/生长素生长素基本相等时基本相等时：维持愈伤组织的生长维持愈伤组织的生长细胞分裂素细胞分裂素/生长素生长素维持在高水平时维持在高水平时：诱导芽的形成诱导芽的形成细胞分裂素细胞分裂素/生长素的生长素的比例低时比例低时：诱导根的形成诱导根的形成使用顺序使用顺序实验结果实验结果先使用生长素或使用细先使用生长素或使用细胞分裂素胞分裂素有利于细胞分

6、裂但不分有利于细胞分裂但不分化化先使用细胞分裂素，后先使用细胞分裂素，后使用生长素使用生长素细胞分裂也分化细胞分裂也分化同时使用同时使用分化频率加快分化频率加快资料资料1根据以上资料，你得出什么结论？根据以上资料，你得出什么结论？资料资料2植物激素对脱分化和再分化起到决定性的作用，培养基中植物植物激素对脱分化和再分化起到决定性的作用，培养基中植物激素的种类、浓度、比例和使用顺序都会影响实验结果。激素的种类、浓度、比例和使用顺序都会影响实验结果。4.4.次氯酸钠、无菌水、高压灭菌锅、超净工作台、消毒用棉球都次氯酸钠、无菌水、高压灭菌锅、超净工作台、消毒用棉球都意味组织培养过程全程灭菌，为什么要强

7、调所用器械的意味组织培养过程全程灭菌，为什么要强调所用器械的灭菌灭菌和和实验人员的实验人员的无菌操作无菌操作？杂菌和培养物争夺营养、以及杂菌生长过程中产生大量对培养物杂菌和培养物争夺营养、以及杂菌生长过程中产生大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡。有害的物质，导致培养物迅速死亡。你还能提出哪些问题？你还能提出哪些问题？试管苗大规模培养 在在 条件下，条件下，将将 ，培，培养在人工配制的培养基上，给予适宜养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生的培养条件，诱导其产生 、丛芽，最终形成、丛芽，最终形成 。概念概念植物组织培养植物组织培养无菌和人工控制无菌和人工控制离体的植物器官

8、、组织、细胞离体的植物器官、组织、细胞愈伤组织愈伤组织完整的植株完整的植株细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件必要条件：必要条件：注意：全程无菌操作注意：全程无菌操作马铃薯马铃薯细胞细胞 番茄细胞番茄细胞杂种细胞杂种细胞1.阻碍植物细胞亲和的结构是什么？阻碍植物细胞亲和的结构是什么？怎么去除？怎么去除？融融 合合长壁长壁原生原生质体质体纤维素酶纤维素酶和果胶酶和果胶酶2.去壁以后的结构叫什么？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用什么方法才能让细胞紧密接触并发生融合？生融合？4.融合的过程是怎样的？其过程中用融合的过程是

9、怎样的？其过程中用到了膜的什么特性？到了膜的什么特性？5.融合完成的标志是什么？融合完成的标志是什么？6.杂种细胞遗传物质有什么特点？杂种细胞遗传物质有什么特点？7.融合后除杂种细胞外还有哪些融合细胞？融合后除杂种细胞外还有哪些融合细胞？物理方法：离心、振动、电击物理方法：离心、振动、电击.化学方法：聚乙二醇（化学方法：聚乙二醇（PEGPEG）诱导）诱导细胞膜融合细胞膜融合细胞质融合细胞质融合细胞核融合细胞核融合流动性流动性单核、长出新的细胞壁单核、长出新的细胞壁具有两个物种的遗传物质具有两个物种的遗传物质具有两个物种的遗传物质具有两个物种的遗传物质马马马马马、番马、番马、番马、番-番番番番所

10、以还要经过所以还要经过所以还要经过所以还要经过筛选筛选筛选筛选才能得到杂种植株才能得到杂种植株才能得到杂种植株才能得到杂种植株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二、植物体细胞杂交二、植物体细胞杂交1 1、概念、概念 将将 ，在一定条件下，在一定条件下融合融合成成 ，并将其培养成，并将其培养成 。不同种的植物体细胞不同种的植物体细胞杂种细胞杂种细胞新的植物体新的植物体2 2、原理、原理（1）细胞膜的流动性）细胞膜的流动性（2）细胞的全能性）细胞的全能性可以克服远缘杂交不亲和的障碍，可以克

11、服远缘杂交不亲和的障碍，定向改变生物性状定向改变生物性状3 3、不足、不足技术复杂、操作繁琐、工作量大技术复杂、操作繁琐、工作量大不一定按人们需要表达优良性状不一定按人们需要表达优良性状4 4、优势、优势形似白菜形似白菜味近甘蓝味近甘蓝生长期短生长期短耐热性强耐热性强易于储存易于储存小结小结植植物物细细胞胞工工程程植物植物组织组织培养培养技术技术植物植物体细体细胞杂胞杂交技交技术术原理：原理：操作操作过程：过程：必要必要条件：条件：操作操作过程：过程：原理：原理：优点：优点：缺点：缺点：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

12、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

13、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BC3.3.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第一、二组：第一、二组：请设计用叶片快速请设计用叶片快速繁殖非洲紫罗兰的繁殖非洲紫罗兰的实验流程实验流程第三、四组

14、：第三、四组：请设计用花药快速请设计用花药快速繁殖非洲紫罗兰的繁殖非洲紫罗兰的实验流程实验流程分组讨论并设计实验流程分组讨论并设计实验流程异想天开异想天开要是把我老牛的细胞与植物细胞杂交，得要是把我老牛的细胞与植物细胞杂交，得到绿色的小奶牛，那岂不是只要晒晒太阳到绿色的小奶牛，那岂不是只要晒晒太阳就可以挤出牛奶啦！就可以挤出牛奶啦！请探讨：请探讨：动物细胞与植物细胞之动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请尝试果理论上可行，请尝试设计出具体实验方案设计出具体实验方案4.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

15、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

16、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）和其他外界条件生长素）和其他外界条件必要条件：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

17、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未分化状态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成各种特异性的组织细胞的过程性的组织细胞的过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外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞壁细胞（细胞排列疏松、无规则）。（细胞排列疏松、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

18、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细胞生物学和分子生物学子生物学细胞整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平按照人们的意愿来改变按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获细胞内的遗传物质或获得细胞产品得细胞产品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-