植物细胞工程.ppt
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1、专题2 细胞工程专题专题2 2 细胞工程细胞工程 细胞工程是指应用细胞细胞工程是指应用细胞细胞工程是指应用细胞细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的生物学和分子生物学的生物学和分子生物学的生物学和分子生物学的原理和方法原理和方法原理和方法原理和方法,通过,通过,通过,通过 或或或或细胞器水平细胞器水平细胞器水平细胞器水平上的操作,上的操作,上的操作,上的操作,按照人们的意愿来按照人们的意愿来按照人们的意愿来按照人们的意愿来改变改变改变改变细胞内的细胞内的细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质遗传物质遗传物质或或或或获得细胞获得细胞获得细胞获得细胞产品产品产品产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技
2、术。的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。按操作按操作对象分对象分植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程研究的水平研究的水平研究的水平研究的水平研究的研究的研究的研究的目的目的目的目的细胞水平细胞水平细胞水平细胞水平一、概念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按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质变细胞内的遗传物质或获得细胞产品或获得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
3、的细胞的全能性全能性前者前者是是细胞细胞水平或水平或细胞细胞器水平上生物技器水平上生物技术术,后者后者是是分子分子水平上的生物技术。水平上的生物技术。克隆多莉羊技术是克隆多莉羊技术是 水平上的技术,水平上的技术,培育抗虫棉是培育抗虫棉是 水平上的技术。水平上的技术。细胞工程与基因工程相比:细胞工程与基因工程相比:细细胞胞分分分分子子子子思考思考:2.1 2.1 植物细胞工程植物细胞工程植物细胞工程技术常用的技术手段:植物细胞工程技术常用的技术手段: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工程理论基础:植物细胞工程理论基础:植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞全能性和细胞
4、膜的流动性植物细胞全能性和细胞膜的流动性植物组织培养植物组织培养1、原理原理:细胞的全能性细胞的全能性2.1植物细胞工程植物细胞工程植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术植物组织培养植物组织培养利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花探究:探究:1 1、为什么植物的一个花瓣就可以培、为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢?育出完整的植株呢?植物细胞具有全能性。植物细胞具有全能性。2 2、什么是细胞的全能性?、什么是细胞的全能性?二植物细胞工程的基本技术二植物细胞工程的基本技术一)细胞的全能性细胞的全能性 1 1、概念:、概念:生物体的细胞具有使后代细胞形成生物体
5、的细胞具有使后代细胞形成生物体的细胞具有使后代细胞形成生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能。完整个体的潜能。完整个体的潜能。完整个体的潜能。2 2、原因:受精卵、原因:受精卵有丝分裂体细胞含全套遗传基因3 3、全能性的程度、全能性的程度、全能性的程度、全能性的程度(1 1)受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞(2)植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞(3)4、形成不同组织、器官原因:基因选择性表达5 5、条件:、条件:(1 1)离体状态,)离体状态,)离体状态,)离体状态,(2 2)完全营养物质、)完全营养物质、)完全营养物质、)完全营养物质、激素
6、激素激素激素 探究:探究:2 2、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性,而是分、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?化成不同的组织器官?3 3、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能?、为何已分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能?1、表现全能性的条件有哪些?表现全能性的条件有哪些?离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。离体、提供营养物质、激素及其它适宜条件。在特定的时间和空间条件下,基因选择性的表达在特定的时间和空间条件下,基因选择性的表达的结果。的结果。生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质,生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质,都有发育成完整个体
7、的全套基因。都有发育成完整个体的全套基因。三植物组织培养技术三植物组织培养技术(重点重点 理解理解 )uu1 1 1 1、概念:、概念:、概念:、概念:在在在在无菌无菌无菌无菌和人工控制条件下,将和人工控制条件下,将和人工控制条件下,将和人工控制条件下,将离体离体离体离体的的的的植物器官、组织、细胞植物器官、组织、细胞植物器官、组织、细胞植物器官、组织、细胞,培养,培养,培养,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条件条件条件,诱导其产生愈伤组织、,诱导其产生愈伤组织、,诱导其产生
8、愈伤组织、,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。丛芽,最终形成完整的植株。丛芽,最终形成完整的植株。丛芽,最终形成完整的植株。uu2 2 2 2、原理:、原理:、原理:、原理:植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞的全能性u3 3 3 3、过程:、过程:、过程:、过程:外植体外植体外植体外植体 愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织 根、芽根、芽根、芽根、芽 植物体植物体植物体植物体再分化脱分化也叫:外植体如:茎尖、根尖 适宜的温度、PH值、养料、激素、充足氧气条件避光避光需光需光需光需光无细胞分裂、分化能力 特点:具分裂、分化能力,既具全能性(主要)特点:具分裂、分化能
9、力,既具全能性(主要)无定形状态、高度液泡化、排列疏松、无规则、无定形状态、高度液泡化、排列疏松、无规则、无叶绿体无叶绿体,不进行光合作用不进行光合作用 植物组织培养的基本过程植物组织培养的基本过程外植体外植体 愈伤组织愈伤组织 胚状体胚状体已分化出根、芽已分化出根、芽分化程度降低,分分化程度降低,分裂能力增强裂能力增强重新分化出组织器重新分化出组织器官的过程(官的过程(细胞分细胞分裂素、生长素裂素、生长素)细胞分化程度与细胞分裂能力呈负相关细胞分化程度与细胞分裂能力呈负相关脱分化脱分化遮光遮光再分化再分化光照光照12345再分化再分化(愈伤组织愈伤组织)植植物物组组织织培培养养6脱分化脱分化
10、应该掌握的几个概念:应该掌握的几个概念:1 1愈伤组织:愈伤组织:离体的植物器离体的植物器官、组织或细胞,在培养一段官、组织或细胞,在培养一段时间以后,通过细胞分裂,形时间以后,通过细胞分裂,形成一种成一种a a高度液泡化、高度液泡化、b b无定形无定形状态状态薄壁细胞薄壁细胞组成的组成的c c排列疏排列疏松无规则的组织松无规则的组织。植物细胞的植物细胞的脱分化脱分化:由高度分化的植物器官、:由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程,又称组织或细胞产生愈伤组织的过程,又称去去分化分化。脱分化的实质和结果分别是什么?脱分化的实质和结果分别是什么?实质实质是恢复细胞的全能性过程。是恢复细
11、胞的全能性过程。结果结果是形成愈伤组织。是形成愈伤组织。植物细胞的植物细胞的再分化再分化:脱分化产生的愈伤组织在:脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化成根或芽等器官的过程。培养过程中重新分化成根或芽等器官的过程。获取获取外植体外植体无菌接种无菌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扩大培养扩大培养移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化请根据上面的实验过程,概括出植请根据上面的实验过程,概括出植物组织培养技术的流程简图。物组织培养技术的流程简图。植物材料植物材料植物材料植物材料(消毒)(消毒)(消毒)(消毒)脱分化脱分化脱分化脱分化 无菌接种、诱导无菌接种、诱导无菌接种、
12、诱导无菌接种、诱导 愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织 再分再分再分再分化化化化 诱导诱导诱导诱导 试管苗试管苗试管苗试管苗 移栽到大田移栽到大田移栽到大田移栽到大田 培养成正常植株培养成正常植株培养成正常植株培养成正常植株(1)(1)在组织培养实验中,为什么要强调在组织培养实验中,为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作所用器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,防止杂菌污染,因为杂菌生长快,会和培养物争夺营养。杂菌生长过程会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质,导致培养物迅中会产生有害的物质,导致培养物迅速死亡。速死亡。合作学习合作学习(2)(2)在本
13、实验中,切取胡萝卜块根时强调要切在本实验中,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导形取含有形成层部分,原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下,胡萝卜的其他部分成愈伤组织。请思考一下,胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花),是否也能培养成小植株,(如茎、叶、花),是否也能培养成小植株,你能用实验的方法进行验证吗?你能用实验的方法进行验证吗?胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)也能培养再生形成小植株,只是诱导也能培养再生形成小植株,只是诱导愈伤组织比较困难。愈伤组织比较困难。1 1 下列植物细胞全能性最高的是(下列植物细胞全能性最高的是()A.A
14、.形成层细胞形成层细胞 B.B.韧皮部细胞韧皮部细胞 C.C.木质部细胞木质部细胞 D.D.叶肉细胞叶肉细胞2 2 下列细胞全能性最高的是(下列细胞全能性最高的是()A A植物的卵细胞植物的卵细胞B B植物的精子细胞植物的精子细胞C C被子植物的受精卵被子植物的受精卵D D被子植物的的叶肉细胞被子植物的的叶肉细胞AC3 3.在生物体内,细胞没有表现出全能性,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、器官,是因为而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、基因在特定时间和空间条件下选择性表
15、达的结果表达的结果 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、在个体发育的不同时期,细胞内的基因发生了变化因发生了变化 B依据学过的知识和实验过程思考回答:依据学过的知识和实验过程思考回答:2 2、决定植物脱分化、再分化的关键因素是、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么?什么?植物激素的种类和比植物激素的种类和比例例1 1、离体的器官、组织或细胞,如果不进行、离体的器官、组织或细胞,如果不进行脱分化处理能否培养成完整的植物体?脱分化处理能否培养成完整的植物体?不能,因为细胞已经分化,失去了分裂能力。不能,因为细胞已经分化,失去了
16、分裂能力。不进行脱分化处理就不能形成愈伤组织不进行脱分化处理就不能形成愈伤组织生长素:细胞分裂素的比例生长素:细胞分裂素的比例大于大于1-促进根形成促进根形成小于小于1-促进芽的形成促进芽的形成等于等于1-愈伤组织不分化愈伤组织不分化 3 3、为什么诱导愈伤组织的过程中应避、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养?光培养?在有光时,往往容易形成维管组织,而在有光时,往往容易形成维管组织,而不易形成愈伤组织。(但再分化时需要不易形成愈伤组织。(但再分化时需要光,光能使细胞内形成叶绿体、叶绿素,光,光能使细胞内形成叶绿体、叶绿素,进行光合作用)进行光合作用)小结:小结:u植物组织培养的过程植物组织培
17、养的过程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,已已分化组织或分化组织或细胞)细胞)(未分化)(未分化)(分化)(分化)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,不进行光不进行光合作用合作
18、用u植物组织培养的概念:植物组织培养的概念:植物组织培养就是在植物组织培养就是在无菌和人工控制无菌和人工控制条条件下,将件下,将离体的植物器官、组织、细胞离体的植物器官、组织、细胞,培养在培养在人工配制的培养基人工配制的培养基上,给予上,给予适宜的适宜的培养条件培养条件,诱导其产生,诱导其产生愈伤组织、丛芽愈伤组织、丛芽,最终形成最终形成完整的植株完整的植株。二、植物体细胞杂交技术:二、植物体细胞杂交技术:因为不同种生物之间存在因为不同种生物之间存在着着生殖隔离生殖隔离,所以用传统,所以用传统的有性杂交方法是不可能的有性杂交方法是不可能做到这一点的。做到这一点的。于是,这些科学家试图用这两种植
19、物的体于是,这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交,来实现这一美妙的设想。细胞进行杂交,来实现这一美妙的设想。这幅番茄这幅番茄这幅番茄这幅番茄马铃薯图利用传马铃薯图利用传马铃薯图利用传马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗?为统有性杂交方法能实现吗?为统有性杂交方法能实现吗?为统有性杂交方法能实现吗?为什么?什么?什么?什么?“Potamato”1 1、定义:、定义:将两个来自不同植物的体细胞融合成将两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞,且把杂种细胞培育成一个杂种细胞,且把杂种细胞培育成新的植物体的过程。新的植物体的过程。2 2、优势、优势:(与有性杂交与有性杂交方法比较方法比较)克服
20、了远缘杂交不亲和的障碍克服了远缘杂交不亲和的障碍,拓展了,拓展了可用于杂交的亲本组合范围可用于杂交的亲本组合范围。植物体细胞杂交植物体细胞杂交1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合,遇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?到的第一个障碍是什么?2 2有没有一种温和的去壁方法呢?有没有一种温和的去壁方法呢?3 3为什么两个原生质体能发生融合,这与细胞膜的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?什么特性有关?4 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?请思考:请思考: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
21、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植物体细胞杂交技术(重点植物体细胞杂交技术(重点 理解):理解):1 1 1 1、过程:、过程:、过程:、过程:马铃薯细胞标志:成功融合人工诱导去壁去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酶解法(纤维素酶、酶解法(纤维素酶、酶解法(纤维素酶、酶解法(纤维素酶、果胶酶等)果胶酶等)果胶酶等)果胶酶等)物理法:离心、振动、物理法:离心、振动、物理法:离心、振动、物理法:离心、振动、电刺激等电刺激等电刺激等电刺激等 化学法:聚乙二醇(化学法:聚
22、乙二醇(化学法:聚乙二醇(化学法:聚乙二醇(PEGPEG)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)酶解法(纤维素酶、果胶酶等)酶解法(纤维素酶、果胶酶等)原生质体融合方原生质体融合方法法:物理法:离心、振动、电刺激物理法:离心、振动、电刺激物理法:离心、振动、电刺激物理法:离心、振动、电刺激等等等等 化学法:聚乙二醇(化学法:聚乙二醇(化学法:聚乙二醇(化学法:聚乙二醇(PEGPEGPEGPEG)植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图去壁去壁筛筛选选 将不同种的将不同种的将不同种的将不同种的植物体细胞植物体细胞植物体细胞植物体细胞,在一
23、定条件下融合成杂种,在一定条件下融合成杂种,在一定条件下融合成杂种,在一定条件下融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成细胞,并把杂种细胞培育成细胞,并把杂种细胞培育成细胞,并把杂种细胞培育成新的植物体新的植物体新的植物体新的植物体的技术。的技术。的技术。的技术。4 4、优势:、优势:(与有性杂交方法比较与有性杂交方法比较与有性杂交方法比较与有性杂交方法比较)克服植物远缘杂交不亲和性克服植物远缘杂交不亲和性克服植物远缘杂交不亲和性克服植物远缘杂交不亲和性3 3、原理:、原理:细胞膜的流动性细胞膜的流动性和和细胞全能性细胞全能性 主要:原生质体融合结果2 2、概念:、概念:四、植物体细胞杂交技术(重点
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