人教版生物选修3-专题2-第1节-植物细胞工程-教学课件-(共47张PPT)

2.1植物细胞工程细胞工程应用的原理和方法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研究的目的研究的水平动物细胞工程为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株？利用什么原理呢？基本技术具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫做细胞的全能性。细胞为什么会具有全能性呢？生物体的每一个细胞都含有该物种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。在生物体内，细胞为什么没表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官呢？这是因为在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不相同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。全能性的高低：①受精卵生殖细胞（精、卵）体细胞②体细胞：植物细胞动物细胞③分化程度低的细胞分化程度高的细胞④幼嫩细胞衰老的细胞⑤分裂能力强的细胞分裂能力弱的细胞植物细胞什么条件下才能表现出全能性呢？当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其它外界条件的作用下（例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等），就可能表现出全能性，发育成完整的植株。一、植物组织培养技术脱分化再分化愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根芽植物体脱分化再分化就是让已经分化的细胞，经过激素诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。排列疏松而无规则，高度液泡化，无定形状态，具有分生能力的薄壁细胞。（2）植物组织培养的培养基：水、无机盐离子有机小分子营养成分：①氮源：包括维生素和氨基酸②碳源：2%—5%的蔗糖溶液，调节渗透压③琼脂：起支持作用④激素：生长素、细胞分裂素、赤霉素⑤pH值：5.0－6.0胡萝卜的组织培养实验（1）实验原理、目的、材料（3）方法步骤离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体A、脱分化B、再分化植物激素：细胞分裂素、生长素植物组织培养过程1、A过程进行有丝分裂2、B过程进行有丝分裂同时也进行分化3、A不需光照，而B需光照，叶绿素的合成需光照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。植物组织培养有器官培养、组织培养、胚培养、茎尖培养、花药培养、细胞培养等。植物组织培养所得的植株是新品种吗？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？二、植物体细胞杂交技术人工诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法两大类：物理法是利用离心、振动、电刺激等促使原生质体融合；化学法是用聚乙二醇(PEG)等试剂作为诱导剂诱导融合。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去壁去壁人工诱导融合完成的标志植物细胞B植物体细胞杂交过程示意图1.打破了物种之间的生殖隔离，实现远源杂交。2.扩大了遗传重组的范围。细胞杂交技术：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。（一）植物繁殖新途径：属于无性繁殖实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……1.微型繁殖：也称快速繁殖技术。快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。该技术与传统繁殖技术相比，有何特点？——愈伤组织可以传代培养，获得大量愈伤组织，所以繁殖快速；（繁殖速度快）——全过程中细胞进行有丝分裂，不涉及减数分裂和受精作用，可以保持亲本优良特性；（高保真-无性繁殖）——在室内生产，不受自然环境条件限制。①繁殖速度快；②“高保真”（因为是无性繁殖）；③不受自然生长季节的限制（因为在具有一定人工设施的室内生产）。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%。病毒容易沿植物体的维管组织传播，而分生组织区中缺乏维管系统，因此不含病毒。用做组织培养的植物材料可以是植物体任何类型的组织细胞。怎样利用植物组织培养技术解决？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微型繁殖试管苗大量贮藏和运输相当困难。天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变，且在生产上受季节等自然环境条件限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次。常规种子植物生产的不足不少植物需要生长数年才能结出种子优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性种子的生产受季节、气候和地域的限制制种需要占用大量土地微型繁殖试管苗大量贮藏和运输相当困难。能否找到天然种子的替代品？3.神奇的人工种子通过植物组织培养的方法获得的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等材料外面包被着人工薄膜，在适宜的条件下可以发芽成幼苗的种子。产生途径：(1）由已脱分化的外植体直接产生；（2）由愈伤组织产生；外植体愈伤组织长芽生根幼苗/胚状体去分化再分化激活潜在的全能性外植体→诱导植物愈伤组织→体细胞胚的诱导→体细胞胚的成熟→体细胞胚的机械化包裹→贮藏或种植技术：组织培养。特性：在适宜条件下可以萌发长成幼苗。优点•后代无性状分离，保持优良特性；•培植周期短；•不受季节、气候和地域的限制；•易于储藏和运输。单倍体育种突变体的利用传统方法：(杂交)杂交育种依据的原理是:基因的自由组合定律，优良的基因自由组合。结果:通过基因重组，把两亲本的优良性状组合在同一后代中缺点:要不断进行(多年)纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种单倍体的概念:仅含有本物种配子染色体数目的个体。单倍体的例子:蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的单倍体。多数植物都可通过花药或花粉来获得单倍体。1.单倍体育种(1)方法：I、采用花药离体培养的方法，使花粉粒发育为单倍体植株；II、采用人工诱导（常用秋水仙素处理），使单倍体植株体细胞染色体数目加倍，重新恢复到正常植株的染色体数目。花粉→单倍体植株→正常植株(2）花药离体培养过程：花药花粉细胞培养愈伤组织分化出小植物单倍体植株正常植株接种脱分化移栽染色体加倍(2）花药离体培养过程：优点：I、后代稳定遗传，都是纯合体；II、明显缩短育种年限。2.突变体的利用(1)产生:植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变。(2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种(3)成就：20世纪70年代以来，民办各国的科学家用这种方法已经筛选到抗病、抗盐、含高蛋白，以及高产的突变体，有的已用于生产。比较：单倍体育种：突变体的利用：植物体细胞杂交育种优点：育种原理：优点：育种原理：优点：育种原理：明显缩短育种年限染色体变异能够产生新性状基因突变克服远缘杂交不亲和障碍染色体变异三、细胞产物的工厂化生产1.细胞产物种类：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.工厂化生产人参皂甙的基本过程第一步，选择人参根作为外植体进行培养，产生愈伤组织，经过培养选择找到增殖速度快而且细胞内人参皂甙含量高的细胞株作为种质，其中一部分作为保存用，以备下一次生产用，一部分进行发酵生产。第二步，将第一步选择到的细胞株在发酵罐中的适合培养液中进行液体培养，增加细胞数量。第三步，将发酵罐中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。现在国内外的科学家们正在研究利用植物细胞培养技术来大量培育红豆杉细胞。ESCAgenetics公司宣布他们用细胞培养法所得紫杉醇的含量是树皮的2～5倍。国内外在分化细胞株系和培养条件方面做了不少工作，摸索了外植体、光照、培养基组成等因素对细胞培养及紫杉醇生成的影响。现在工艺条件已基本摸清，正研究反应的放大技术等，有望实现通过细胞培养进行工业化生产紫杉醇的目标。植物组织培养技术在我们生活中的另外一些应用：a.拯救濒危植物；b.提供食品制作的原料；c.利用愈伤组织进行转基因操作(基因工程），培育作物新类型。