植物细胞工程(适用于尖子班,普通理科班)

专题2细胞工程细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，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的一门综合科学技术。什么叫细胞工程？按操作对象分类植物细胞工程动物细胞工程2.1植物细胞工程§2.1.1植物细胞工程的基本技术植物组织培养技术为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？已分化的细胞，还具有发育成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫做细胞的全能性。生物体的每一个细胞都包含有该生物所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。植物细胞的全能性植物组织培养的理论基础：1.概念２.原理３.全能性大小的比较受精卵生殖细胞体细胞;植物细胞动物细胞回忆、思考1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？离体的器官、组织或细胞由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。脱分化再分化愈伤组织根和芽完整植株发育2、什么是脱分化？3、什么叫愈伤组织？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，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。4、什么叫再分化？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。一、植物组织培养技术1、植物组织培养的过程阅读P34的实验，回答问题：1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.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？3、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？4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？6、请同学们概括出植物组织培养技术的流程图。1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.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？3、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？细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件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。想一想其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，只是稍微困难些。4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？（P43)6、请同学们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。在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。植物激素。一般，当生长素含量高于细胞分裂素时，有利于根的形成。当生长素含量低于细胞分裂素时，有利于芽的形成。离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体脱分化再分化植物激素：细胞分裂素、生长素植物组织培养过程胚状体分化植物组织培养的条件：细胞离体，营养，激素，适宜的温度,pH和无菌条件根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培养的概念。2、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，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。植物组织培养的培养基定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质无机营养成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有机营养成分①含N物质：包括维生素和氨基酸②碳源：2%—5%的蔗糖③琼脂：起支持作用④相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0再强调几个概念：愈伤组织：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，形成一种高度液泡化，由无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称去分化。脱分化的实质和结果分别是什么？实质是恢复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。植物细胞的再分化：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。1.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，下列哪一项条件是不需要的（）A.消毒灭菌B.适宜的温度C.充足的光照D.适宜的养料和激素C反馈练习2.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（）A.具有完整细胞核的细胞B.离体状态C.导入外源基因D.一定的营养物质和激素C3、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：A、脱分化B、去分化C、再分化D、脱分化或去分化4、下列不能作为植物组织培养的材料是A、秋海棠的叶B、马铃薯的块茎C、成熟的花粉D、木质部中的导管细胞D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到这一点的。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。二、植物体细胞杂交技术这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？植物体细胞杂交的概念将不同种植物的体细胞，在一定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。（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到这一点的）1．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？2．有没有一种温和的去壁方法呢？3．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？4．如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？5．如何将杂种细胞培育成杂种植株？请同学们阅读P36，思考以下几个问题：植物体细胞杂交酶解法去细胞壁纤维素酶、果胶酶(1)(1)番茄细胞马铃薯细胞植物细胞A植物细胞B去细胞壁原生质体A原生质体B原生质层原生质体融合正在融合的原生质体杂种细胞再生出细胞壁植物细胞融合植物组织培养杂种植物物理方法化学方法：人工诱导方法脱分化再分化(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交过程示意图酶解法去壁原生质体融合再生细胞壁杂种细胞脱分化再分化(6)移栽正在融合的原生质体植物组织培养植物细胞融合再生出细胞壁植物体细胞杂交技术过程图杂种植株融合的原生质体AB再生出细胞壁脱分化愈伤组织再分化1、过程植物细胞的融合植物组织培养植物细胞A原生质体B原生质体A杂种细胞AB去壁去壁人工诱导方法？促进融合的方法？融合完成的标志植物细胞B二、植物体细胞杂交技术细胞融合的基础：细胞膜的流动性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体细胞杂交植物细胞的全能性小结细胞膜的流动性去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）２、优势和未解决的问题优势（与有性杂交方法比较）：打破了不同种生物间的生殖隔离障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。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。3、植物体细胞杂交的意义使来自两个亲本细胞的基因有可能都被表达，打破了远缘生物不能杂交的障碍，提供了创造新物种的可能。根为马铃薯而果为西红柿，尚末成功1.为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？主要原因是：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，马铃薯—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，所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。P38思考与探究1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种——“Potamato”。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、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。比较植物组织培养植物体细胞杂交技术所属范畴原理步骤意义联系无性繁殖细胞全能性离体；脱分化成愈伤组织；再分化胚状体；完整植株保持优良性状、繁殖速度快、大规模生产、提高经济效益植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术克服不同种生物远源杂交的障碍①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养细胞的膜流动性细胞全能性染色体变异、基因重组2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物──眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。1、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：A、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体B、将杂种细胞培育成植株C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性D、尚未培育出属间杂种植物反馈练习2、不能人工诱导原生质体融合的方法是A、振动B、电刺激C、PEG试剂D、重压3.植物细胞表现出全能性的必要条件是A.给予适宜的营养和外界条件B.导入其他植物细胞的基因C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内4、植物体细胞融合完成的标志是A．产生新的细胞壁B．细胞膜发生融合C．细胞质发生融合D．细胞核发生融合5、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指A．不同植物的精子和卵细胞的融合B．不同植物的原生质体的融合C．完整的两个体细胞的融合D．植物花粉细胞的两两融合AB思考题科学家们为“神舟”四号上的一批“新人”——烟草细胞举办了特殊的“婚礼”。将两个“新人”放入融合室中，当充满液体的融合室中加入直流电时，两个原本相互游离的细胞一下子就贴到一起“窃窃私语”。紧接着，在瞬间高压脉冲的作用下，细胞膜被击出小孔，透过这微小的空间，两股细胞质展开了“心灵的沟通”。渐渐地，细胞核也扭捏着“亲热”起来，20分钟后，它们俩已是你中有我，我中有你。一个新的生命就这样诞生了。问：（1）两个“新人”指的是什么？（2）在“细胞婚礼”举行之前，必须对“新人”进行特殊的处理，方法是？思考题科学家们为“神舟”四号上的一批“新人”——烟草细胞举办了特殊的“婚礼”。将两个“新人”放入融合室中，当充满液体的融合室中加入直流电时，两个原本相互游离的细胞一下子就贴到一起“窃窃私语”。紧接着，在瞬间高压脉冲的作用下，细胞膜被击出小孔，透过这微小的空间，两股细胞质展开了“心灵的沟通”。渐渐地，细胞核也扭捏着“亲热”起来，20分钟后，它们俩已是你中有我，我中有你。一个新的生命就这样诞生了。问：（3）用什么方法使两个“新人”亲热起来了？（4）是否细胞核先融合？（5）“新的生命”指的是什么？思考题下图为植物体细胞杂交过程示意图。请据图回答：植物细胞A植物细胞B①①②②③④⑤杂种细胞杂种植物（1）在利用杂种细胞培育成为杂种植物的过程中，运用的技术手段是____________,其中步骤④是_______，步骤⑤是_______植物组织培养脱分化再分化6、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1）步骤①是__________________________________________最常用的方法是_________.2）步骤②一般常用的化学试剂是______________目的是___________________.3）在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是___________，其中步骤④相当于_____，步骤⑤相当于_____去掉细胞壁分离出有活力的原生质体酶解法聚乙二醇（PEG）诱导原生质体融合植物组织培养脱分化再分化6、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使____________能够在新的植物体上有所表现，其根本原因:5）从理论上讲，杂种植株的育性_____。若运用传统有性杂交方法能否实现？_____。并说明理由：因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于：.两个亲本的遗传性状杂种植株获得了双亲的遗传物质可育不能因为不同种生物之间存在生殖隔离克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围