植物细胞工程基本技术.ppt

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1、基因工程的别名基因工程的别名操作环境操作环境原理原理操作水平操作水平基本过程基本过程结果结果生物体外生物体外基因重组基因重组DNA分子水平分子水平剪切剪切拼接拼接导入导入检测表达检测表达创造创造出更符合人们需要的出更符合人们需要的新的生新的生物类型和生物产品物类型和生物产品DNA重组技术或基因拼接技术重组技术或基因拼接技术专题2 细胞工程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一、教学目标一、教学目标 1、简述植物组织培养和植物体细胞的杂交技术、简述植物组织培养和植物体细胞的杂交技术 2、尝试进行植物组织培养。、尝试进行植物组织培养。二、教学重点和

2、教学难点二、教学重点和教学难点 1、教学重点、教学重点 （1）植物组织培养的原理和过程）植物组织培养的原理和过程.（2）植物体细胞杂交的原理。）植物体细胞杂交的原理。2、教学难点、教学难点 植物组织培养的实验。植物组织培养的实验。19961996年年7 7月月5 5日日,世界上第一只体细胞克隆世界上第一只体细胞克隆动物动物-克隆羊克隆羊多利多利诞生于英国诞生于英国,标志着标志着一种新的生物技术一种新的生物技术-动物体细胞克隆技术面动物体细胞克隆技术面世世,也揭开细胞工程更深层次发展的序幕也揭开细胞工程更深层次发展的序幕!植物组织培养接种间植物组织培养接种间植物组织培养车间植物组织培养车间植物组

3、织培养车间植物组织培养车间产业化育苗产业化育苗产业化育苗产业化育苗原理与方法原理与方法操作水平操作水平工程目的工程目的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细胞整体水平或细胞器水平细胞整体水平或细胞器水平细胞生物学和分子生物学细胞生物学和分子生物学按照人们的意愿来改变细胞内的遗传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物质或获得细胞产品探究活动一：细胞工程的概念科学家利用菊花的一个花瓣培养的菊花科学家利用菊花的一个花瓣培养的菊花1 1、为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？的植株呢？植物细胞的全能性。植物细胞的全能性。

4、2、什么是细胞的全能性？（必修、什么是细胞的全能性？（必修1已学）已学）已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。体的潜能。探究活动二：细胞的全能性1 1、为什么植物的一个花瓣就可以培育出完为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？整的植株呢？植物细胞的全能性。植物细胞的全能性。2、什么是细胞的全能性？、什么是细胞的全能性？具有某种生物全部遗传信息的任何一个细具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点点。（选修（

5、选修3的定义）的定义）探究活动二：细胞的全能性已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。体的潜能。（必修（必修1的定义）的定义）植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞 （只有细（只有细胞核具有全能性）胞核具有全能性）受精卵受精卵 生殖细胞（配子、精生殖细胞（配子、精子、卵细胞）子、卵细胞）体细胞体细胞 幼嫩的细胞幼嫩的细胞 衰老的细胞衰老的细胞体细胞：分化程度低的体细胞：分化程度低的 分化分化程度高的程度高的 细胞分裂能力强的细胞分裂能力强的 细胞分裂细胞分裂能力弱的能力弱的3 3、细胞全能性细胞全能性大小的比较大小的比较 探究活动二：细胞的全能性在特定的时

6、间和空间条件下，基因选择性在特定的时间和空间条件下，基因选择性的表达的结果。的表达的结果。生物体细胞含有本物种发育成完整个体的生物体细胞含有本物种发育成完整个体的全套遗传信息。全套遗传信息。5 5、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？而是分化成不同的组织器官？4 4、已分化的细胞为什么具有发育成完整个、已分化的细胞为什么具有发育成完整个体的潜能？（既细胞全能性的原因？）体的潜能？（既细胞全能性的原因？）探究活动二：细胞的全能性1.1.在生物体内，细胞没有表现出全能性，而在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器

7、官，是因为（是分化为不同的组织、器官，是因为（）A A、细胞的基因丧失了全能性、细胞的基因丧失了全能性 B B、基因在特定时间和空间条件下选择性表达、基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果的结果 C C、不同的细胞内基因不完全相同、不同的细胞内基因不完全相同 D D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化生了变化 B 怎样才能由一个花瓣通过培养得到怎样才能由一个花瓣通过培养得到一株完整植株一株完整植株,应该如何操作应该如何操作?探究活动三：植物组织培养请阅读课本请阅读课本P34-35P34-35实验过程，讨论并完成下实验过程，讨论并完成下面几个问

8、题：面几个问题：(1 1)概括出植物组织培养技术的流程简图。概括出植物组织培养技术的流程简图。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(2 2)在组织培养实验中，为什么要强调所用器在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？械的灭菌和实验人员的无菌操作？防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。有害的物质，导致培养物迅速死亡。(3 3)在本实验中

9、，切取胡萝卜块根时强调要在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。胡萝卜的其他部分（导形成愈伤组织。胡萝卜的其他部分（如茎、如茎、叶、花叶、花），是否也能培养成小植株？），是否也能培养成小植株？能。可以培养再生形成小植株，只是诱导愈能。可以培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。伤组织比较困难。探究活动三：植物组织培养（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？在有光时，往往容易形成维管在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。组织，而不易形成愈伤组织

10、。（5 5）植物组织培养（实现全能性植物组织培养（实现全能性必要必要条件）：条件）：离体状态离体状态 有合适的营养物质、激素（生长素和细胞分有合适的营养物质、激素（生长素和细胞分裂素裂素P42P42页）页）外界条件（无菌操作、温度、外界条件（无菌操作、温度、pHpH、光照等）、光照等）探究活动三：植物组织培养（6 6）几个重要概念：什么叫脱分化？什么叫愈伤）几个重要概念：什么叫脱分化？什么叫愈伤组织？什么叫再分化？组织？什么叫再分化？让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞（愈特有的结构和功能而转变成未分化细胞（愈伤组织）的过程

11、，又称去分化。伤组织）的过程，又称去分化。离体的植物器官、组织或细胞，在培养一离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液形成一种高度液泡化、无定形态的薄壁细胞组成的排列疏松无泡化、无定形态的薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。规则的组织。脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。分化根或芽等器官的过程。探究活动三：植物组织培养 （7 7）根据上述过程，请同学们讨论归纳）根据上述过程，请同学们讨论归纳出植物组织培养的概念。出植物组织培养的概念。植物组织培养就是在无菌和人工控制条植物组

12、织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，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，培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。最终形成完整的植株。探究活动三：植物组织培养1.1.在离体的植物器官、组织或细胞脱在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（哪一项条件是不需要的（）A.A.消毒灭菌消毒灭菌B.B.适宜的温度适宜的温度C.C.充足的光照充足的光照D.D.适宜的养料和激素适宜的养料和激

13、素C2 2、下列属于植物组织培养的是（、下列属于植物组织培养的是（）A.A.花药离体培养成单倍体植株花药离体培养成单倍体植株B.B.芽发育成枝条芽发育成枝条C.C.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区D.D.利用桑枝条扦插大田并发育成完利用桑枝条扦插大田并发育成完整植株整植株A 番茄与马铃薯同是茄科植物，但不是同一番茄与马铃薯同是茄科植物，但不是同一属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我属的植物。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土们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。壤中。人们曾经有这样一个幻想：让一株植株人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分

14、结番茄，地下部分长土豆。这个幻地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？想可能实现吗？请同学们讨论如何实现请同学们讨论如何实现?探究活动四：植物体细胞杂交（1 1）这幅番茄）这幅番茄马铃薯图利用传统有性杂交马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？方法能实现吗？为什么？不能不能 因为不同种生物之间存在着生殖隔因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。到这一点的。(2)(2)同学们，想想有没有其他方法来实现这一美同学们，想想有没有其他方法来实现这一美妙的设想？妙的设想？植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术（

15、3 3）你认为两个来自不同植物的体细胞完成融）你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？合，遇到的第一个障碍是什么？（4 4）有没有一种温和的去细胞壁方法呢？）有没有一种温和的去细胞壁方法呢？去细胞壁去细胞壁酶解法（纤维素酶和果胶酶）酶解法（纤维素酶和果胶酶）探究活动四：植物体细胞杂交（5 5）为什么两个原生质体能发生融合，这与细）为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？胞膜的什么特性有关？细胞膜的流动性细胞膜的流动性（6 6）如何处理才能让两个来源不同的原生）如何处理才能让两个来源不同的原生质体发生了融合？质体发生了融合？（7 7）如何将杂种细胞培育成杂

16、种植株？）如何将杂种细胞培育成杂种植株？植物组织培养植物组织培养物理法：离心、振动、物理法：离心、振动、电激电激等等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG）探究活动四：植物体细胞杂交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原生质体原生质体B原生质体原生质体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（8）根据上述过程，请同学们画一画植物

17、）根据上述过程，请同学们画一画植物体细胞杂交的过程图。体细胞杂交的过程图。探究活动四：植物体细胞杂交（9）根据上述过程，请同学们讨论归纳出）根据上述过程，请同学们讨论归纳出植物体细胞杂交的概念。植物体细胞杂交的概念。将不同种的植物体细胞，在一定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。培育成新的植物体的技术。（1010）植物体细胞杂交的意义？（与传统有性）植物体细胞杂交的意义？（与传统有性杂交相比）杂交相比）克服了克服了不同种生物不同种生物远缘杂交不亲和的障碍。远缘杂交不亲和的障碍。为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯

18、”超级杂种植株超级杂种植株没有没有如如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？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。（11）未解决问题：）未解决问题：探究活动四：植物体细胞杂交白菜白

19、菜白菜白菜“白菜甘蓝白菜甘蓝”同普通白菜相比，具有生长期短、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。耐热性强和易于贮藏等优点。紫甘蓝紫甘蓝思考：白菜、甘蓝是二倍体，那么获得的思考：白菜、甘蓝是二倍体，那么获得的白菜白菜甘蓝是几倍体？甘蓝是几倍体？异源四倍体异源四倍体白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝1 1、不能人工诱导原生质体融合的方法、不能人工诱导原生质体融合的方法是（是（）A A、振动振动 B B、电刺激、电刺激C C、PEGPEG试剂试剂 D D、重压、重压2 2、植物细胞融合完成的标志的是（、植物细胞融合完成的标志的是（）A A、产生新的细胞壁、产生新的细胞壁 B B、细

20、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A AD D所采用技术的理论基础（原理）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外植体外植体愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体脱分化脱分化再分化再分化（离体的（离体的,已分化组织已分化组织或细胞）或细胞）（未分化）（未分化）（分化）（分化）幼芽或幼根？幼芽或幼根？条件？条件？优点？优点？特点？特点？繁殖速度快繁殖速度快不受季节限制不受季节限制工厂化生产工厂化生产幼苗无毒幼苗无毒保持优良性状保持优

21、良性状适宜温度、光照、适宜温度、光照、pH和无菌环境。和无菌环境。无机物、有机物无机物、有机物和植物激素（和植物激素（生长生长素，细胞分裂素等素，细胞分裂素等）无定形状态无定形状态薄壁细胞薄壁细胞高度液泡化高度液泡化排列疏松、无规则排列疏松、无规则无叶绿体无叶绿体,不进行光合不进行光合作用作用分化程度低分化程度低去分化较易去分化较易植物组织培养植物组织培养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马铃薯细胞标志：成功融合人工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

22、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植物体细胞杂交植物体细胞杂交1 1、用、用不同种植物的两个体细胞融合成一不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程个杂种细胞的过程。该过程是指（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B2.植物细胞表现出全能性的必要条植物细胞表现出全能性的必要条件是件是（）A.给予适宜的营养和外界条件给予适宜的营养和外界条件B.导入其他植物细胞的基因导入

23、其他植物细胞的基因C.脱离母体后，给予适宜的营养、脱离母体后，给予适宜的营养、激素和外界条件激素和外界条件D.将成熟筛管的细胞核移植到去核将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内的卵细胞内C3、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1）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_。去掉细胞壁去掉细胞壁去掉细胞壁去掉细胞壁 酶解法酶解法酶解法酶解法 聚乙二醇（聚乙二醇（聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEGPEGPEG）诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质体融合脱分化脱分化脱分化脱分化再分化再分化再分化再分化植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养