植物细胞工程1.pptx
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1、回眸历史回眸历史19071907年,美国哈里森,培养蛙胚神经细胞年,美国哈里森,培养蛙胚神经细胞并存活数周,开创了动物细胞培养的先河并存活数周,开创了动物细胞培养的先河19371937年,法国特里特等培养了胡萝卜年,法国特里特等培养了胡萝卜组织,并使细胞增殖。组织,并使细胞增殖。19721972年,美国卡尔逊等成功年,美国卡尔逊等成功培育第一个体细胞杂交植株培育第一个体细胞杂交植株19971997年,英国伊恩年,英国伊恩.维尔穆特维尔穆特克隆出绵羊克隆出绵羊“多利多利”二、细胞工程基本概念二、细胞工程基本概念1、细胞工程的操作对象、细胞工程的操作对象 以以细胞细胞为基本单位为基本单位2、条件、
2、条件 体外无菌体外无菌3、技术、技术培养、繁殖或利用细胞融合、核移植等培养、繁殖或利用细胞融合、核移植等技术技术4、目的、目的 改良改良生物品种生物品种 创造创造新品种(萝卜甘蓝)新品种(萝卜甘蓝)加速加速繁殖(胚胎分割移植)繁殖(胚胎分割移植)获得某些有用获得某些有用细胞代谢产物(人参皂苷)细胞代谢产物(人参皂苷)思考:判断下列是否属于细胞工程思考:判断下列是否属于细胞工程1、扦插和嫁接、扦插和嫁接2、将胰岛素基因导入大肠杆菌、将胰岛素基因导入大肠杆菌3、用基因定位技术诱变基因获得所需蛋白质、用基因定位技术诱变基因获得所需蛋白质4、细胞培养(植物、动物)、细胞培养(植物、动物)5、植物组织培
3、养、植物组织培养6、细胞融合(植物、动物)、细胞融合(植物、动物)7、细胞核移植、细胞核移植8、染色体工程(亚显微结构)、染色体工程(亚显微结构)细胞工程:细胞工程:植物、动物植物、动物微生物微生物细胞工程细胞工程植物细胞与组织培养植物细胞与组织培养细胞融合细胞融合细胞核移植细胞核移植染色体工程染色体工程动物细胞工程动物细胞工程植物细胞工程植物细胞工程微生物细胞工程微生物细胞工程按研究对象按研究对象按使用技术按使用技术通常采用的通常采用的技术手段技术手段 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所采用技术所采用技术 的理论基础的理论基础 植物细胞的全能性植物细胞的全能性1、定义:
4、、定义:生物体的细胞具有发育成生物体的细胞具有发育成生物体的细胞具有发育成生物体的细胞具有发育成 的的的的潜能的特性。潜能的特性。潜能的特性。潜能的特性。2、原理:、原理:生物体的每一个细胞都包含有该物种所特生物体的每一个细胞都包含有该物种所特生物体的每一个细胞都包含有该物种所特生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的有的有的有的 ,都有发育成为完整,都有发育成为完整,都有发育成为完整,都有发育成为完整个体所必需的个体所必需的个体所必需的个体所必需的 。3、细胞未表现全能性的原因:、细胞未表现全能性的原因:基因的选择性表达基因的选择性表达 一、细胞的全能性一、细胞的全能性完整个体完整个体全套遗
5、传物质全套遗传物质全套基因全套基因全能性的高低:全能性的高低:受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞分化程度低的细胞分化程度低的细胞分化程度低的细胞分化程度低的细胞植物细胞植物细胞动物细胞动物细胞依据依据_原理,在原理,在_条件下,分离条件下,分离植物的植物的_(_)并在培养基上培养,在适宜的条并在培养基上培养,在适宜的条件下,使其长成件下,使其长成_植株的过程。植株的过程。外植体外植体全能性全能性无菌无菌组织、器官、细胞、原生质体组织、器官、细胞、原生质体部分或完整部分或完整一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术一、植物组织培养技术2、取材:、取材:植株的茎尖、根尖、
6、叶片、花药或原植株的茎尖、根尖、叶片、花药或原生质体。生质体。(统称外植体)(统称外植体)原生质体:除去细胞壁的植物细胞。原生质体:除去细胞壁的植物细胞。1、原理:、原理:植物细胞具有全能性。植物细胞具有全能性。思考与讨论:思考与讨论:1.总结植物组织培养的一般过程总结植物组织培养的一般过程2.脱分化?脱分化的产物是什么?脱分化?脱分化的产物是什么?3.再分化?再分化?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、芽根、芽或胚状或胚状体体植植物物体体脱分化脱分化再分化再分化脱分化脱分化脱分化脱分化 由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈由高度分化的植物器官、组织或细胞
7、产生愈伤组织的过程,称为植物细胞的脱分化。伤组织的过程,称为植物细胞的脱分化。3.植物组织培养过程植物组织培养过程实质:恢复细胞全能性的过程实质:恢复细胞全能性的过程愈伤组织:愈伤组织:没有特定结构和功能(未分化),有旺盛分没有特定结构和功能(未分化),有旺盛分裂能力;裂能力;高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞;高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞;排列疏松、无规则。排列疏松、无规则。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4.植物组织培养常用培养基:植物组织培养常用培养基:MS培养基培养基水水无机营
8、养无机营养大量元素:大量元素:C、H、O等等微量元素:微量元素:Fe、Cu、Zn等等有机营养有机营养碳源:碳源:主要是主要是蔗糖蔗糖,调节渗透压,调节渗透压氮源:氮源:维生素、氨基酸维生素、氨基酸天然附加物:椰子乳、酵母菌提取物、玉米胚天然附加物:椰子乳、酵母菌提取物、玉米胚乳乳利于愈伤组织的诱导和再分化。利于愈伤组织的诱导和再分化。生长物质:生长物质:生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素影响脱分化和再分化的因素影响脱分化和再分化的因素:较低较低有利于生根有利于生根有利于芽的产生有利于芽的产生较高较高细胞分裂素细胞分裂素生长素生长素愈伤组织只生长不分化愈伤组织只生长不分化适中适中植物激素植物激素细
9、胞分裂素细胞分裂素生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素生长素生长素7.植物组织培养的优点:植物组织培养的优点:培养周期短、繁殖效率高、能保培养周期短、繁殖效率高、能保持亲本的优良性状。持亲本的优良性状。6、繁殖方式:、繁殖方式:无性繁殖无性繁殖植物组织培养的实验过程植物组织培养的实验过程(2)不进行脱分化处理,能否培养成完整的植)不进行脱分化处理,能否培养成完整的植物体?物体?(1)为什么整个过程要求消毒、灭菌及无菌操作为什么整个过程要求消毒、灭菌及无菌操作?(3).决决定定植植物物细细胞胞脱脱分分化化、再再分分化化的的关关键键因因素素是什么?是什么?思考:思考:植物激素。当细胞分裂素与生长素共同
10、使用时,能强植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时,能强烈促进愈伤组织的形成。当细胞分裂素与生长素浓度烈促进愈伤组织的形成。当细胞分裂素与生长素浓度比高时,有利于芽的发生;浓度比低时,有利于根的比高时,有利于芽的发生;浓度比低时,有利于根的发生。发生。避免杂菌在上面迅速生长消耗营养,且有些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。杂菌会危害培养物的生长。8、应用、应用 n人工种子人工种子人工种子的结构:人工种子的结构:人工种皮:人工种皮:常用海藻酸钠常用海藻酸钠起保护作用起保护作用 胚状体胚状体(不定芽、顶芽、腋芽)(不定芽、顶芽、腋芽)人工胚乳:人工胚乳:主要成分有无机
11、盐、碳水化合物主要成分有无机盐、碳水化合物 蛋白质蛋白质提供营养提供营养人工种子的优点:人工种子的优点:有利于保持亲本的优良性状,有利于保持亲本的优良性状,不受环境制约,不受环境制约,繁殖速度快。繁殖速度快。思考:思考:人工种子和自然种子有何本质别?人工种子和自然种子有何本质别?繁殖方式不同繁殖方式不同3.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其他植物细胞的基因C.脱离母体后,给予适宜的营养和脱离母体后,给予适宜的营养和外界条件外界条件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
12、植到去核的卵细胞内的卵细胞内4 4、下列不能作为植物组织培养、下列不能作为植物组织培养的材料是的材料是A A、秋海棠的叶、秋海棠的叶 B B、马铃薯的块茎、马铃薯的块茎C C、成熟的花粉、成熟的花粉 D D、木质部中的导管细胞、木质部中的导管细胞D1.1.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素C反馈练习反馈练习2.2.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完要将
13、胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株,不需要(整植株,不需要()A.A.具有完整细胞核的细胞具有完整细胞核的细胞B.B.离体状态离体状态C.C.导入外源基因导入外源基因D.D.一定的营养物质和激素一定的营养物质和激素C三、植物细胞培养三、植物细胞培养1.目的:目的:获得大量的细胞群体及细胞次级代获得大量的细胞群体及细胞次级代谢产物谢产物2.培养方法:培养方法:液体培养基在生物反应器内悬浮培养液体培养基在生物反应器内悬浮培养3.培养对象:培养对象:愈伤组织分散得到的悬浮细胞愈伤组织分散得到的悬浮细胞4.原理:原理:细胞增殖细胞增殖6.优点:优点:快速、高效,而且不受季节和外部环境等快速、高效,而且不受
14、季节和外部环境等条件限制。条件限制。5.实例:实例:紫杉醇、人参皂苷等紫杉醇、人参皂苷等因为不同种生物之间存因为不同种生物之间存在着生殖隔离,所以用在着生殖隔离,所以用传统的有性杂交方法是传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。不可能做到这一点的。二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术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?三三.植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术 植植物物体体细细胞胞杂杂交交就就是是将将,在在一一定定条条件件下下融融合合成成,并并且且把把杂杂种细胞培育成种细胞培育成的方法。的方法。概念:概念:不同种的
15、植物细胞不同种的植物细胞杂种细胞杂种细胞新植株新植株原理: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思考与讨论:思考与讨论:1.两个来自不同植物的体细胞完成融合,遇到的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?怎么突破障碍?第一个障碍是什么?怎么突破障碍?2.原生质体如何融合的呢?融合的理论基础是原生质体如何融合的呢?融合的理论基础是什么?什么?3.如如果果两两个个来来源源不不同同的的原原生生质质体体发发生生了了融融合合,下一部该做何处理?下一部该做何处理?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?制备原生质体制备原生质体原生质体融
16、合原生质体融合获得杂种细胞获得杂种细胞杂种细胞组织培养杂种细胞组织培养杂种植株杂种植株2.植物体细胞杂交过程示意图植物体细胞杂交过程示意图:植物体细胞杂交的过程植物体细胞杂交的过程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愈愈伤伤伤伤组组组组织织织织再再分分化化植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞A A A A原生质体原生质体B B原生质体原生质体原生质体原生质体A A A A杂种杂种细胞细胞AB去去去去 壁壁壁壁去去去去 壁壁壁壁人工诱导植物细胞植物细胞植物细胞植物细胞B B B B1、植物体细胞融合、植物体细胞融合 (细胞膜的流动性)(细胞膜的
17、流动性)2、植物的组织培养、植物的组织培养(细胞的全能性)(细胞的全能性)植物体细胞融合完成的标志是:融合的原生质体长出新植物体细胞融合完成的标志是:融合的原生质体长出新的细胞壁的细胞壁根、根、根、根、芽芽芽芽或或或或胚胚胚胚状状状状体、体、体、体、去壁的常用方法:去壁的常用方法:酶解法(纤维素酶、果胶酶等)酶解法(纤维素酶、果胶酶等)人工诱导人工诱导原生质体融合的方法原生质体融合的方法:物理法:物理法:离心、振动、电激等离心、振动、电激等 化学法:化学法:聚乙二醇(聚乙二醇(PEGPEG)做促融剂)做促融剂 (1)(1)(2)(3)(4)(5)融合后杂种细胞的特点:融合后杂种细胞的特点:1.
18、染色体数:两细胞的染色体数之和;染色体数:两细胞的染色体数之和;如二倍体的植物细胞与四倍体的植物细胞融如二倍体的植物细胞与四倍体的植物细胞融合后形成六倍体的杂种细胞。合后形成六倍体的杂种细胞。2.核质发生了融合,具有双亲的遗传物质。核质发生了融合,具有双亲的遗传物质。白白菜菜A甘甘蓝蓝B白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝体细胞杂交白菜甘蓝体细胞杂交 如图所示的植物体细胞的杂交过程中,除了形成如图所示的植物体细胞的杂交过程中,除了形成AB型型细胞外,还能形成其他哪些类型的融合细胞?哪些融合细细胞外,还能形成其他哪些类型的融合细胞?哪些融合细胞是植物体细胞杂交所需要的杂种细胞?为什么?胞是植物体细胞杂交所需
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