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植物细胞工程的基本技术PPT课件.pptx
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1、1 1996年年7月月5日日,世界上第一只体世界上第一只体细胞克隆胞克隆动物物-克隆羊克隆羊多利多利诞生于英国。生于英国。这样的生物技的生物技术属于何种生物工程?属于何种生物工程?细胞工程胞工程2 细胞工程是指胞工程是指应用用细胞生物学和分子生胞生物学和分子生物学的原理和方法,通物学的原理和方法,通过细胞水平胞水平或或细胞胞器水平器水平上的操作,按照人上的操作,按照人们的意愿来的意愿来改改变细胞内的胞内的遗传物物质或或获得得细胞胞产品品的一的一门综合科学技合科学技术。什么叫什么叫细胞工程?包括哪两胞工程?包括哪两大大领域?域?3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
2、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或细胞整体水平或细胞器水平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理论基基础细胞的胞的全能性全能性42.1植物植物细胞工程胞工程2.1.1植物植物细胞工程的基本技胞工程的基本技术植物植物组织培养培养5所采用技术的理论基础植物细胞工程通常采用的技术手 段植物植物组织培养培养 植物体植物体细胞胞杂交交植物植物细胞的全能性胞的全能性6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
3、花7探究:探究:1、为什么运用植物什么运用植物组织培养技培养技术能把植物离能把植物离体器官、体器官、组织或或细胞培养成完整植物体?胞培养成完整植物体?植物植物细胞具有全能性胞具有全能性。2、什么是、什么是细胞的全能性?胞的全能性?81、定、定义:生物体的生物体的细胞具有胞具有发育成完整个体的潜育成完整个体的潜能的特性。能的特性。2、原理:、原理:生物体的每一个生物体的每一个细胞都包含有胞都包含有该物种所特物种所特有的全套有的全套遗传物物质,都有,都有发育成育成为完整个完整个体所必需的全部基因,从理体所必需的全部基因,从理论上上讲,生物,生物体的每一个体的每一个活活细胞胞都都应该具有全能性。具有
4、全能性。3、差异:、差异:(1)受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高(2)植物植物细胞全能性胞全能性 动物物细胞全能性胞全能性(3)一、植物一、植物细胞的全能性胞的全能性受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞 9探究:探究:2、生物体内的、生物体内的细胞胞为什么没有表什么没有表现出全能性,而是分出全能性,而是分化成不同的化成不同的组织器官?器官?1、表、表现全能性的条件有哪些?全能性的条件有哪些?离体、一定的离体、一定的营养物养物质、激素及温度、激素及温度、光照、光照、pH等适宜外界条件。等适宜外界条件。在特定的在特定的时间和空和空间条件下,基因条件下,基因选择性的表达的性的表达的结果。果。
5、生物体的每一个生物体的每一个细胞都含本物种的全套胞都含本物种的全套遗传物物质,都有,都有发育成完整个体的全套基因。育成完整个体的全套基因。3、为何已分化的何已分化的细胞仍具有胞仍具有发育成育成完整个体的潜能?完整个体的潜能?10【提提示示】(1)植植物物细胞胞全全能能性性的的条条件件,除除了了离离体体外外,还需需要要种种类齐全全、比比例例合合适适的的营养养物物质和和一一定定植植物物激激素素,另另外外操操作作中中还要要注注意意无无菌菌、控控制制适适宜宜温温度和光等。度和光等。(2)这不是全能性的反映,植物体上不是全能性的反映,植物体上长出新芽,出新芽,这是是细胞分化的胞分化的结果果(基因基因选择
6、性表达的性表达的结果果)。4.在生物体内,在生物体内,细胞没有表胞没有表现出全能性,出全能性,而是分化而是分化为不同的不同的组织、器官,是因、器官,是因为()A、细胞的基因胞的基因丧失了全能性失了全能性 B、基因在特定、基因在特定时间和空和空间条件下条件下选择性表达的性表达的结果果 C、不同的、不同的细胞内基因不完全相同胞内基因不完全相同 D、在个体、在个体发育的不同育的不同时期,期,细胞内的胞内的基因基因发生了生了变化化 B14 要把一要把一块组织通通过培养得到培养得到一株完整植株一株完整植株,应该如何操作如何操作呢呢?请同学同学们阅读P34实验完成完成P35讨论题。151958年,美国科学
7、家斯年,美国科学家斯图尔德(德(F.C.Steward)将)将胡胡萝卜卜韧皮部的一些皮部的一些细胞胞进行培养行培养获得了完整的胡得了完整的胡萝卜新植株。卜新植株。植物植物组织培养技培养技术1617切取18接种19培养室2021愈伤组织的形成2223试管苗24移栽25切取切取形成形成层无菌无菌接种接种诱导愈愈伤组织的形成的形成试管苗的形成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26(4)请根据上面的根据上面的实验过程,概括出植物程,概括出植物组织培养技培养技术的流程的流程简图。27(1)在在组织培养培养实验中,中,为什么要什么要强调所所用器械的用器械的灭菌和菌和实验人人员的无菌操作
8、?的无菌操作?防止防止杂菌菌污染,因染,因为杂菌生菌生长快,快,会和培养物争会和培养物争夺营养。养。杂菌生菌生长过程中程中会会产生有害的物生有害的物质,导致培养物迅速死致培养物迅速死亡。亡。28(2)在本在本实验中,切取胡中,切取胡萝卜卜块根根时强调要切取含有要切取含有形成形成层部分,原因是部分,原因是这部分容易部分容易诱导形成愈形成愈伤组织。请思考一下,胡思考一下,胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花),卜的其他部分(如茎、叶、花),是否也能培养成小植株,你能用是否也能培养成小植株,你能用实验的方法的方法进行行验证吗?胡胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)也能培养再卜的其他部分(如茎、叶、花)也能培养
9、再生形成小植株,只是生形成小植株,只是诱导愈愈伤组织比比较困困难。29 植物植物组织培养就是在无菌和人工控制条培养就是在无菌和人工控制条件下,将离体的植物器官、件下,将离体的植物器官、组织、细胞,胞,培养在人工配制的培养基上,培养在人工配制的培养基上,给予适宜予适宜的培养条件,的培养条件,诱导其其产生愈生愈伤组织、丛芽,最芽,最终形成完整的植株。形成完整的植株。二、植物二、植物组织培养培养1、概念、概念30植物植物组织培养的培养基培养的培养基无机无机营养成分:无机养成分:无机盐离子离子有机有机营养成分:养成分:含含N物物质:包括:包括维生素和氨基酸生素和氨基酸碳源:碳源:2%5%的蔗糖溶液,的
10、蔗糖溶液,调节渗透渗透压琼脂:起支持作用脂:起支持作用激素:生激素:生长素,素,细胞分裂素和赤霉素胞分裂素和赤霉素PH值:5.06.0一、植物组织培养31离体的植物器官、离体的植物器官、组织或或细胞胞愈愈伤组织根、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:细胞分裂素、生胞分裂素、生长素素再分化再分化2、过程程植物植物组织培养条件培养条件:含有全部含有全部营养成分的培养养成分的培养基、一定的温度、空气、无基、一定的温度、空气、无菌菌环境、适合的境、适合的PH、适、适时光照等。光照等。遮光遮光光照光照细胞分化胞分化程度与程度与细胞分裂能胞分裂能力呈力呈负相相关。关。32强调几
11、个概念:几个概念:离体的植物器官、离体的植物器官、组织或或细胞,胞,在培养一段在培养一段时间以后,通以后,通过细胞胞分裂,形成一种高度液泡化、无分裂,形成一种高度液泡化、无定形状定形状态薄壁薄壁细胞胞组成的排列疏成的排列疏松无松无规则的的组织。一、愈一、愈伤组织:33愈愈伤组织34由高度分化的植物器官、由高度分化的植物器官、组织或或细胞胞产生愈生愈伤组织的的过程,又称去分化。程,又称去分化。(2)脱分化的)脱分化的实质和和结果分果分别是是什么?什么?实质是恢复是恢复细胞的全能性胞的全能性过程。程。结果是形成愈果是形成愈伤组织。脱分化脱分化产生的愈生的愈伤组织在培养在培养过程中程中重新分化根或芽
12、等器官的重新分化根或芽等器官的过程。程。二、(二、(1)植物)植物细胞的胞的脱分化脱分化:三、植物三、植物细胞的胞的再分化再分化:35愈愈伤组织胚状体根、芽同时发生先根后芽先芽后根人工种子完整植株36(三)神奇的人工种子(三)神奇的人工种子人工种子人工种子组成成胚状体(或不定芽、顶芽和腋芽)+人工种皮(透气透水易降解+胚乳(营养物质、固氮菌、抗生素等)人工种子:人工种子:37解决的解决的问题:a一一些些植植物物繁繁殖殖周周期期长,数数年年后后才才能能结出出种子。种子。b有有些些作作物物优良良杂种种的的后后代代因因发生生性性状状分分离而离而丧失其失其优良特性。良特性。c常常规种种子子的的生生产受
13、受季季节、气气候候和和地地域域的的限制,并且占用大量的土地。限制,并且占用大量的土地。1、为什么什么诱导愈愈伤组织的的过程中程中应避避光培养?光培养?在有光在有光时,往往容易形成,往往容易形成维管管组织,而不易形成愈而不易形成愈伤组织。2、决定植物脱分化、再分化的关、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么?因素是什么?植物激素植物激素 当当细胞分裂素胞分裂素和和生生长素素共同使用共同使用时,能刺激愈能刺激愈伤组织的形成,而通的形成,而通过调节二者的二者的浓度比,就可以度比,就可以调控植物控植物细胞培养胞培养过程中芽和根的形成,称程中芽和根的形成,称为“激素杠杆激素杠杆”。(见P42)40栏目栏
14、目导引导引新知初探思新知初探思维启动维启动要点突破讲要点突破讲练互动练互动知能演练轻知能演练轻巧夺冠巧夺冠专题专题2 细胞工程细胞工程要点二植物的要点二植物的组织培养培养1.植物植物组织培养中脱分化与再分化培养中脱分化与再分化过程的比程的比较名称名称过程过程形成体特点形成体特点条件条件脱分脱分化化离体器官、离体器官、组织、细胞组织、细胞成为愈伤组成为愈伤组织织排列疏松、排列疏松、高度液泡化高度液泡化的薄壁细胞的薄壁细胞团团离体;离体;提供提供营养物质营养物质(有机物、有机物、无机物无机物);提供提供激素激素(生长素、细生长素、细胞分裂素等胞分裂素等);提供其他适宜条提供其他适宜条件件(温度、无
15、菌等温度、无菌等)再分再分化化愈伤组织成愈伤组织成为幼苗或胚为幼苗或胚状体结构状体结构有根、芽或有根、芽或有生根发芽有生根发芽的能力的能力栏目栏目导引导引新知初探思新知初探思维启动维启动要点突破讲要点突破讲练互动练互动知能演练轻知能演练轻巧夺冠巧夺冠专题专题2 细胞工程细胞工程2.植物激素在植物植物激素在植物组织培养中的作用培养中的作用生长素生长素/细胞分裂细胞分裂素的比值素的比值作用效果作用效果比值高时比值高时促进根分化、抑制芽形成促进根分化、抑制芽形成比值低时比值低时促进芽分化、抑制根形成促进芽分化、抑制根形成比值适中比值适中促进愈伤组织形成促进愈伤组织形成栏目栏目导引导引新知初探思新知初
16、探思维启动维启动要点突破讲要点突破讲练互动练互动知能演练轻知能演练轻巧夺冠巧夺冠专题专题2 细胞工程细胞工程特特别提提醒醒(1)植植物物组织培培养养成成功功的的关关键是是避避免免微微生生物物的的污染染,所所有有实验用用具具都都必必须严格格灭菌,接种菌,接种过程要程要进行行严格的无菌操作。格的无菌操作。(2)脱分化培养愈脱分化培养愈伤组织时要避光要避光(如果此如果此时进行光照,容易分化行光照,容易分化产生生维管等管等组织,不利,不利于于产生大量的愈生大量的愈伤组织),但再分化,但再分化过程要有程要有光照,光照,这样有利于有利于诱导形成叶形成叶绿素。素。栏目栏目导引导引新知初探思新知初探思维启动维
17、启动要点突破讲要点突破讲练互动练互动知能演练轻知能演练轻巧夺冠巧夺冠专题专题2 细胞工程细胞工程【易易误警示警示】脱分化和再分化不能在同一培脱分化和再分化不能在同一培养基上完成,需配制三种生养基上完成,需配制三种生长素、素、细胞分裂素胞分裂素不同不同浓度的培养基,中度的培养基,中间经过两次两次转接接,才可才可顺利完成脱分化和再分化利完成脱分化和再分化过程。一般程。一般过程是:程是:在脱分化培养基上形成的愈在脱分化培养基上形成的愈伤组织,转接到生接到生芽培养基上,待芽培养基上,待长出出丛芽后,再芽后,再转接到生根培接到生根培养基上,促其生根。养基上,促其生根。因因为不同种生物之不同种生物之间存存
18、在着在着生殖隔离生殖隔离,所以用,所以用传统的有性的有性杂交方法是交方法是不可能做到不可能做到这一点的。一点的。于是,于是,这些科学家些科学家试图用用这两种植物的体两种植物的体细胞胞进行行杂交,来交,来实现这一美妙的一美妙的设想。想。三、植物体三、植物体细胞胞杂交技交技术这幅番茄幅番茄马铃薯薯图利利用用传统有性有性杂交方法能交方法能实现吗?为什么?什么?48 1972年卡年卡尔森等通森等通过两个烟草品种之两个烟草品种之间原原生生质体的融合,体的融合,获得了第一个体得了第一个体细胞胞杂种。种。1978年梅年梅尔彻斯斯(Melchers)等首次等首次获得得了番茄和了番茄和马铃薯的属薯的属间体体细胞
19、胞杂种种“Potamato”。目前,已得到栽培烟草与野生烟草、目前,已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等冠草等细胞胞杂种种及其后代,及其后代,获得了有价得了有价值的新品系或育的新品系或育种上有用的新材料。种上有用的新材料。491、概念:、概念:将两个来自不同植物的体将两个来自不同植物的体细胞融胞融合成一个合成一个杂种种细胞,且把胞,且把杂种种细胞培育成新的植物体的胞培育成新的植物体的过程。程。2、优势:(与有性与有性杂交交方法比方法比较)克服了克服了远缘杂交不交不亲和的障碍和的障碍,拓展了可用
20、于拓展了可用于杂交的交的亲本本组合合范范围。植物体植物体细胞胞杂交交50二、植物体二、植物体细胞胞杂交技交技术3、成果和未解决的问题成果:克服不同生物成果:克服不同生物远缘杂交的障碍,出交的障碍,出 现自然界没有的新品种自然界没有的新品种。未解决的未解决的问题:未能:未能让杂种植物按照人种植物按照人们的需要表的需要表现出出亲代的代的优良。良。51杂种种植植株株融合的融合的原生原生质体体AB再再生生出出细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤组织再再分分化化1、过程程植物植物细胞的融合胞的融合植物植物组织培养培养植物植物细胞胞A原生原生质体体B原生原生质体体A杂种种细胞胞AB去去 壁壁去去 壁壁人人工工诱导
21、方法?方法?促促进融合融合的方法?的方法?融合融合完成完成的的标志志植物植物细胞胞B二、植物体二、植物体细胞胞杂交技交技术细胞融合的基胞融合的基础:细胞膜的流胞膜的流动性性52去壁去壁去壁去壁纤维素素酶果胶果胶酶原原生生质体体植植物物细胞胞原原生生质体体融融合合离心、离心、振振动、电刺激、刺激、聚乙二聚乙二醇醇再再生生细胞胞壁壁杂种种细胞胞去去分分化化愈愈伤组织杂种种植植株株激素激素筛选等量等量激素激素再再分分化化植物体植物体细胞胞杂交交过程示意程示意图53马铃薯薯细胞胞 番茄番茄细胞胞杂种种细胞胞1.阻碍植物阻碍植物细胞胞亲和的和的结构是什么?构是什么?怎么去除?怎么去除?融融 合合长壁壁原
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