2.1.1《植物细胞工程的基本技术》课件(新人教版-选修3)

专题２《细胞工程》细胞工程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。细胞工程应用的原理和方法操作的水平研究的目的细胞生物学和分子生物学细胞整体水平或细胞器水平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概念分类植物细胞工程动物细胞工程前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术,后者是分子水平上的生物技术克隆多莉羊技术是水平上的技术，培育抗虫棉是水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞分子思考:利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花如何把某种植物的一块组织或者一个细胞通过培养得到一株完整植株?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(细胞全能性)细胞分化受精卵骨细胞上皮细胞肌肉细胞神经细胞上皮组织肌肉组织神经组织结缔组织有丝分裂细胞分化细胞分化的概念在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，称为细胞分化。①细胞增殖产生的后代细胞分化是建立在细胞增殖的基础之上②持久的不可逆的变化分化后的细胞一直保持分化后的状态直至死亡③稳定性差异差异：形态、结构、生理功能上的差异稳定性：遗传物质不发生变化细胞分化的实质受精卵血红蛋白基因表达肌动蛋白基因关闭血红蛋白基因关闭肌动蛋白基因表达基因选择性表达细胞分化的意义(1)是生物个体发育的基础(2)使细胞趋向专门化，提高了各种生理功能的效率全职工人专职工人已经分化的细胞，是否具有分裂、分化的能力？细胞的全能性已经高度分化的细胞，能不能再分化成其他细胞？胡萝卜的韧皮部一个细胞分裂形成的细胞团*1958年斯图尔德[美]实验含有植物激素、无机盐、糖类等培养液实验表明，给予一定条件，高度分化的植物细胞仍具有发育成完整植株的能力。细胞的全能性1.概念: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。2.原因：生物的体细胞含有本物种个体发育所需的全套遗传信息。3.体现全能性能力大小的比较：①受精卵＞生殖细胞＞体细胞②植物细胞＞动物细胞③增殖细胞＞不增殖细胞细胞的分化程度越高，则细胞的分裂能力越低，细胞的全能性越难体现。4.应用：植物组织培养技术、动物细胞核移植技术（克隆）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。植物的组织培养(1)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？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有害的物质，导致培养物迅速死亡。(2)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，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）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。(3)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。植物材料（消毒）脱分化无菌接种、诱导愈伤组织再分化诱导试管苗移栽到大田,培养成正常植株强调几个概念：（1）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。（2）植物细胞的脱分化：是让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。（3）脱分化的实质和结果分别是什么？实质:恢复细胞的全能性过程结果:形成愈伤组织（4）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根或芽等器官的过程。植物组织培养的培养基•无机营养成分：无机盐离子（大量元素、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•PH值：5.0－6.0外植体愈伤组织根、芽植物体脱分化再分化一、植物组织培养的过程（离体的,已分化组织或细胞）（未分化）（分化）幼芽或幼根？条件？优点？特点？繁殖速度快不受季节限制工厂化生产幼苗无毒保持优良性状①适宜温度、光照、pH和无菌环境。②无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素等）无定形状态薄壁细胞高度液泡化排列疏松、无规则无叶绿体,不进行光合作用分化程度低去分化较易理论基础：细胞的全能性问题：1、植物细胞在什么情况下可以实现全能性？植物细胞全能性实现的条件：①离体培养②一定的营养物质③一定的植物激素（生长素、细胞分裂素）④适宜的温度、pH、光照等问题：2、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？不能，生物体内的活细胞尽管具有全能性，但受基因选择性表达的调控，一般都要进行定向的、不可逆转的细胞分化，不能表现出全能性。3、决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？植物激素的种类、比例、使用顺序问题：生长素/细胞分裂素的比值作用效果比值高时促进根分化、抑制芽形成比值低时促进芽分化、抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成使用顺序实验结果先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化同时使用分化频率提高番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯块茎生长在土壤中。人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？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，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？理想图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——“马铃薯番茄”。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。白菜甘蓝白菜－甘蓝“白菜－甘蓝”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。•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？请思考：利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合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去壁去壁纤维素酶果胶酶原生质体植物细胞原生质体融合离心、振动、电刺激、聚乙二醇再生细胞壁杂种细胞去分化愈伤组织杂种植株激素筛选等量激素再分化植物体细胞杂交过程示意图2、概念将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。3、意义在克服不同种生物远缘杂交的障碍上，取得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交的亲本组合。4.未能解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状。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。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。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①脱分化②再分化保持优良性状繁殖速度快、大规模生产提高经济效益杂交技术应用了组织培养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组织培养膜流动性细胞全能性染色体变异、基因重组1、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2、植物细胞融合完成的标志的是（）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AD生姜是药食两用的经济作物，具有栽培容易、产量高、价格高等特点，近年在各地发展很快。但是生姜在生产上长期采用无性繁殖，容易感染多种病毒病，使生姜品质变差，叶子皱缩，生长缓慢，一般减产30%～50%。设计无毒生姜幼苗的培育方案。请你设计案例一如何培育出上结大豆、下结花生的新品种？请你们讨论后设计案例二一、植物繁殖的新途径1.微型繁殖(1)微型繁殖技术:(2)特点:保持优良品种的遗传特性;高效快速地实现种苗的大量繁殖.快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.2.作物脱毒(1)材料:无病毒的茎尖(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得3.人工种子(1)特点:(2)技术:(3)结构:后代无性状分离不受气候,季节和地域限制植物组织培养.人工种皮、胚乳、胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.二、作物新品种的培育1.单倍体育种(1)方法:(2)优点：花药的离体培养秋水仙素诱导后代都是纯合体，稳定遗传；明显缩短育种年限2.突变体的利用(1)产生:植物组织培养(2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种三、细胞产物的工厂化生产1.种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.2.技术:植物的组织培养.培育到什么阶段提取？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