2-1植物细胞工程自制课件(3课时).ppt

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1、专题专题2 2 细胞工程细胞工程 你你还记得基因工程的概念吗？还记得基因工程的概念吗？基因工程是指按照人们的愿望基因工程是指按照人们的愿望,进行严进行严格的设计格的设计,并通过体外并通过体外DNADNA重组技术和转基因重组技术和转基因等技术等技术,赋予生物以赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性,从而创造从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，是在品，是在DNADNA分子水平分子水平进行设计和施工的一进行设计和施工的一门综合科学技术。门综合科学技术。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？细细胞胞工工程程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

2、究的目的研究的目的细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物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按照人们的意愿来改变细胞内的来改变细胞内的遗传物质或获得遗传物质或获得细胞产品细胞产品概念概念分类分类植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程理论基础理论基础细胞的细胞的全能性全能性2-12-1植物细胞工程植物细胞工程2 2-1 1-1 1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术1 1、植物组织培养、植物组织培养技术技术2 2、植物体细胞杂、植物体细胞杂交技术交技术科学家利用科学家利用菊花花瓣培养的菊花菊花花瓣培养的菊花离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官

3、、组织或细胞愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体植物组织培养过程植物组织培养过程脱分化脱分化再分化再分化发育发育 这样经过脱分化和再分化，离这样经过脱分化和再分化，离体的植物细胞、组织或器官就形体的植物细胞、组织或器官就形成了一个新的植株。成了一个新的植株。你认为植物组织培养的理论基你认为植物组织培养的理论基础是什么？础是什么？细胞的全能性细胞的全能性1、概念、概念：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性，叫做细胞的全能性。个体的潜能的特性，叫做细胞的全能性。2、原因、原因3、全能性的比较、全能性的比较：从理论上讲，每个细胞都包含该物种的从理论

4、上讲，每个细胞都包含该物种的全部遗传物质（全部基因），所以每个活全部遗传物质（全部基因），所以每个活细胞都应具有全能性细胞都应具有全能性 。1）受精卵）受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞2）植物细胞）植物细胞动物细胞动物细胞3)具有持续分裂能力的细胞具有持续分裂能力的细胞不分裂的细胞不分裂的细胞4)分化程度低的细胞分化程度低的细胞分化程度高的细胞分化程度高的细胞 思考思考讨论：讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，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？而是分化成为不同的组织、器官？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选择性表达择性表达的结果。在个体发育

5、的不同的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。样，从而形成了不同的组织和器官。5、例题辨析：、例题辨析：下列有关细胞全能性的含义，正确的是：下列有关细胞全能性的含义，正确的是：A、每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能每个生物体内的所有细胞都具有相同的功能 B、生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全生物体内的任何一个细胞可以完成该个体的全部功能部功能 C、生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体生物体的每一个活细胞都具有发育成完整个体的潜能的潜能 D

6、、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生物体的每个细胞都经过产生、分裂、分化、生长、衰老、死亡的全过程生长、衰老、死亡的全过程 为什么植物的花瓣在植物体内没有能发育成完整为什么植物的花瓣在植物体内没有能发育成完整的植株呢？的植株呢？细胞失去了全能性细胞失去了全能性细胞中的基因部分丢失细胞中的基因部分丢失细胞中的基因进行选择性表达细胞中的基因进行选择性表达细胞中的基因变异不同细胞中的基因变异不同 怎样才能由一块组织通过培怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株养得到一株完整植株,应该如应该如何操作何操作?植物组织培养植物组织培养关键词关键词：外植体、脱分化、再分化、愈伤组织外植体、脱分化、

7、再分化、愈伤组织细胞离体、一定的营养物质、细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件激素和其他外界条件必要条件必要条件：植物组织培养的植物组织培养的培养基培养基v定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质基质v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v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%5%2%5%的蔗糖的蔗糖 琼脂：起支持作用琼脂：起支持作用 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素vPHP

8、H值：值：5.05.06.06.0一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术1 1、植物组织培养的过程、植物组织培养的过程1.1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？毒，灭菌，并且要求无菌操作？3.3.为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？培养成小植株吗？4.4.为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5.5.请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技请同学们

9、根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。术的流程图，并与同学交流。1.1.植物细胞表现出全能性的条件有哪植物细胞表现出全能性的条件有哪些？些？想一想想一想 2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？消毒，灭菌，并且要求无菌操作？细胞离体、一定的营养物质、激素细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件和其他外界条件避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。有些杂菌会危害培养物的生长。3.3.为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部为什么切取胡萝卜根的形成层，其他

10、部分也能培养成小植株吗？分也能培养成小植株吗？4.4.为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？养？胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。些。在有光时，往往容易形成维管组织，而不易在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。形成愈伤组织。切取切取形成层形成层无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成培养室培养室移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化5.5.植物组织培养植物组织培养技术的流程图技术的流程图试

11、管苗大规模培养 根据上述过程，请同学们讨论根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培养的概念。归纳出组织培养的概念。2 2、概念：、概念：植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌和人无菌和人工控制条件工控制条件下，将下，将离体离体的植物器官、的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生导其产生愈伤组织、丛芽愈伤组织、丛芽，最终形，最终形成成完整的植株完整的植株。过程过程离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体外植体外植体脱分化脱分化植物激素：植物激素：

12、细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素再分化再分化植物组织培养植物组织培养条件植物组织培养条件：含有全部营养成分的含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的气、无菌环境、适合的PHPH、适时光照等。适时光照等。3、若用、若用“”表示植物组织培养的过程。请回答：表示植物组织培养的过程。请回答：（1）表示表示，能被培养成为能被培养成为的根本原因是的根本原因是（2）表示表示，其细胞特点，其细胞特点是是薄壁细胞。薄壁细胞。脱分化脱分化再分化再分化离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性排列疏松、无定形、高度液泡化具分

13、生能力的排列疏松、无定形、高度液泡化具分生能力的愈伤组织愈伤组织4、有关全能性的表述中，不正确的是（、有关全能性的表述中，不正确的是（）受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此全能性最高整个体，因此全能性最高生物体内细胞由于分化全能性不能表达生物体内细胞由于分化全能性不能表达卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能性很高性很高植物细胞离体培养在一定条件下能表现出植物细胞离体培养在一定条件下能表现出全能性全能性C 番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在

14、土壤中。人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？生殖隔离生殖隔离于是，这些科学家试图于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一进行杂交，来实现这一美妙的设想。美妙的设想。这幅番茄这幅番茄马铃薯图利马铃薯图利用传统有性杂交方法能用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？实现吗？为什么？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1 1、过程、过程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原生质体原生质体B原生质体原生质体

15、A杂种杂种细胞细胞AB去去壁壁去去壁壁人人工工诱诱导导方法？方法？促进融合促进融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的标志标志植物细胞植物细胞B二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图过程示意图过程示意图植物植物A A细胞细胞植物植物B B细胞细胞去壁去壁原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B原生质体融合原生质体融合融合体融合体再再生生壁壁杂种细胞杂种细胞细胞分裂细胞分裂愈伤愈伤组织组织杂种植株杂种植株去壁的去壁的常用方法：常用方法：酶酶解法（纤维素酶、果胶酶等）解法（纤维素酶、果胶酶等）原生质体融合

16、方法原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG）植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图制备原生质体制备原生质体：酶解法去掉细胞壁：酶解法去掉细胞壁诱导融会诱导融会新的原生质体新的原生质体生出细胞壁生出细胞壁杂种细胞杂种细胞组织培养组织培养杂种植株杂种植株意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种2 2、概念、概念 将将不同种的植物体细胞，在一定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。细胞培

17、育成新的植物体的技术。3 3、成果和未解决的问题、成果和未解决的问题 成果：克服不同生物远缘杂交的障碍成果：克服不同生物远缘杂交的障碍，出，出 现自然界没有的新品种。现自然界没有的新品种。未解决的问题：未能让杂种植物按照人们未解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良。的需要表现出亲代的优良。白菜白菜白菜白菜甘蓝甘蓝甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝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三 植物细胞工程的实际应用 1 1、植物繁殖的新途径、植物繁殖的新途径1

18、 1）微型繁殖）微型繁殖2 2）作物脱毒）作物脱毒3 3）神奇的人工种子）神奇的人工种子2 2、作物新品种的培育、作物新品种的培育1 1）单倍体育种）单倍体育种2 2）突变体的利用）突变体的利用3 3、细胞产物的工厂化生产、细胞产物的工厂化生产(一一)、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径 1.1.微型微型繁殖繁殖 (1)(1)微型微型繁殖技术：快速繁殖优良品繁殖技术：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。种的植物组织培养技术。因此，也叫做因此，也叫做快速繁殖技术快速繁殖技术。(2)(2)特点特点:保持保持优良品种的遗传特性优良品种的遗传特性;高效高效快速地实现种苗的大量繁殖快速地实现种苗的大量繁殖

19、.2.2.作物脱毒作物脱毒(1)(1)材料材料：无病毒的茎尖；：无病毒的茎尖；(2)(2)脱毒脱毒苗：切取茎尖进行组织培养获得。苗：切取茎尖进行组织培养获得。生姜是药食两用的经生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产生长缓慢，一般减产30%30%50%50%。设计无毒设计无毒生姜生姜幼苗的培育方案。幼苗的培育方案。

20、作物脱毒的原因作物脱毒的原因:长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差，而植物的毒，导致产量降低，品质变差，而植物的分生区一般不会感染病毒，用分生区的细分生区一般不会感染病毒，用分生区的细胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗胞进行组织培养，就能得到大量的脱毒苗。n n作物脱毒材料作物脱毒材料:n n作物脱毒方法作物脱毒方法:n n结果结果:分生区（如茎尖）的细胞分生区（如茎尖）的细胞进行组织培养进行组织培养脱毒苗脱毒苗3.3.神奇的人工种子神奇的人工种子 （1 1）优点）优点:后后代无形状分离代无形状分离 不不受气候受气候,季节和地

21、域限制季节和地域限制 （2 2）技术；）技术；植植物组织培养物组织培养.（3 3）结构：）结构：人人工薄膜胚状体工薄膜胚状体或或不定芽不定芽或或顶顶芽或芽或腋芽腋芽.人造种皮人造种皮胚状体或不定芽胚状体或不定芽或顶芽或腋芽或顶芽或腋芽.人工胚乳或子叶人工胚乳或子叶人工种子的结构人工种子的结构为了促进胚状体为了促进胚状体的生长发育，可的生长发育，可以向其中加入哪以向其中加入哪些物质？些物质？3、人工种子概念：概念：产生途径：产生途径：为什么要造人工种子？（天然种为什么要造人工种子？（天然种子的缺陷有哪些？）子的缺陷有哪些？）探究：探究：通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶通过植物组织培养得到

22、的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。在适宜的条件下可以发芽成苗。种子。在适宜的条件下可以发芽成苗。（1）由已脱分化的外植体直接产生；）由已脱分化的外植体直接产生；（2）由愈伤组织产生；）由愈伤组织产生；探究：人工种子具有哪些优点？人工种子具有哪些优点？（1）不受季节的限制。）不受季节的限制。（2）可以很方便的储藏和运输。）可以很方便的储藏和运输。（3）不会造成遗传性状的改变。）不会造成遗传性状的改变。复习复习:1、传统方法、传统方法原理原理:基因的自由组合定律，优良基因的自由基因的自由组合定律，优良基因的自由组合。组合。杂交

23、育种杂交育种(二二)、作物新品种的培育作物新品种的培育n n结果结果:n n通过基因重组，把两亲本的优良性状组合通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中在同一后代中 n n缺点缺点:要不断进行要不断进行(多年多年)纯化和选择，才得到纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种一种符合理想要求的新品种 一、单倍体育种复习1、单倍体的概念:2、单倍体的例子:由配子发育成的个体由配子发育成的个体蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单倍体的单倍体.多数植物都可通过花药或花粉来获得多数植物都可通过花药或花粉来获得单倍体单倍体蜜蜂（蜜蜂（2N=32）减数分裂减数分裂卵细

24、胞卵细胞(N=16)发育发育雄蜂雄蜂(N=16)卵细胞可以直接发育成为一个新个体卵细胞可以直接发育成为一个新个体花药离体培养 过程过程:单倍体育种的原理单倍体育种的原理:单倍体经过秋水仙素等处理使其染色体加倍以后单倍体经过秋水仙素等处理使其染色体加倍以后产生的二倍体，其基因是高度纯合的，单倍体育产生的二倍体，其基因是高度纯合的，单倍体育种就是利用单倍体的这种特性。种就是利用单倍体的这种特性。单倍体育种只需两年即可得到纯合新品种单倍体育种只需两年即可得到纯合新品种优点优点:单倍体育种可以直接得到纯合体，所以这单倍体育种可以直接得到纯合体，所以这样大大地缩短了育种年限。样大大地缩短了育种年限。(二

25、二)、作物新品种的培育作物新品种的培育1.单倍体育种单倍体育种 (1)方法方法:花药的离体培养花药的离体培养 (2)优点优点:后代稳定遗传后代稳定遗传,都是都是纯合体纯合体;明显缩短育种年限明显缩短育种年限.2.2.突变体的利用突变体的利用（1 1）突变体的产生）突变体的产生 在在植物组织培养的过程中，由于培养的细胞一植物组织培养的过程中，由于培养的细胞一直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和直处于不断的分生状态，因此容易受到培养条件和外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突外界压力（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。变。产产生的突变属于什么？生的突变属于什么？为为什么不断分生的

26、细胞容易突变？什么不断分生的细胞容易突变？（2 2）利用：筛选对人们有利突变体）利用：筛选对人们有利突变体,进进而培育新品种而培育新品种(三三)、细胞产物的工厂化生产细胞产物的工厂化生产1.产物的种类：产物的种类：蛋白质，脂肪，糖类，药物，香蛋白质，脂肪，糖类，药物，香料，生物碱等。料，生物碱等。2.技术：植物的组织培养。技术：植物的组织培养。紫草素是一种名贵的香料，用植紫草素是一种名贵的香料，用植物组织培养的方法可以大量生产紫草物组织培养的方法可以大量生产紫草素，你认为紫草素是从什么中提取出素，你认为紫草素是从什么中提取出来的？来的？探究：1、回忆植物组织培养技术的、回忆植物组织培养技术的基

27、本原理和过程？基本原理和过程？2、思考利用这项技术能做哪、思考利用这项技术能做哪些工作？些工作？（一）（一）思考与探究思考与探究1.通过查阅资料，请你再列举出植物组织培通过查阅资料，请你再列举出植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用。养技术在我们生活中的另外一些应用。提示：提示：a.拯救濒危植物；拯救濒危植物；b.提供食品制作的原料；提供食品制作的原料；c.利用愈伤组织进行转基因操作。利用愈伤组织进行转基因操作。2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。设计出制备技术的主要流程图。提示：诱导植物愈伤组织提示：诱导植物愈伤组织体细胞胚的诱导体细胞胚的诱导体细胞胚的成熟体细胞胚的成熟体细胞胚的机械化包裹体细胞胚的机械化包裹贮藏或种植贮藏或种植3.请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。提示：花药 花粉细胞培养 愈伤 组织 分化出小植物 单倍 体植株 正常植株接种接种脱分化脱分化再分化再分化移栽移栽染色体加倍染色体加倍