植物细胞工程的基本技术

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,通过水平或水平上的操作，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。细胞细胞器应用的原理和方法研究的水平研究的目的细胞生物学和分子生物学细胞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：按操作对象分植物细胞工程动物细胞工程理论基础植物细胞工程植物组织培养（最基本）植物体细胞杂交植物细胞的全能性基本技术大多数植物都是由受精卵（有性生殖）发育而来的，那么由植物的体细胞如叶子、花瓣，甚至一粒花粉能发育成一棵完整的植株吗？为什么？应该如何操作？一、细胞的全能性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,即每个细胞都具有全能性。A、植物细胞动物细胞B、受精卵生殖细胞体细胞;C、幼嫩组织细胞＞成熟组织细胞1、概念：2、细胞全能性大小:规律：发育时间越早，细胞全能性越高，分裂能力越强，分化程度越低。4、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官的原因：3、细胞具有全能性的原因:生物体的每一个细胞都含有该物种个体生长发育所需要的全套基因。.细胞中的基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株,应该如何操作?科学家利用菊花花瓣培养的菊花1.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。二、植物组织培养技术——（无性繁殖）2.原理：植物体细胞具有全能性3、过程：离体的植物组织、器官或细胞（外植体，消毒）脱分化无菌接种、诱导（一定的营养、植物激素、避光）愈伤组织再分化试管苗移栽大田脱分化再分化胚状体或丛芽（具生根芽能力）二、植物组织培养技术——（无性繁殖）（含有不同激素的分化培养基，需光）（1）愈伤组织：排列疏松、高度液泡化而无定形状的薄壁细胞。无叶绿体，蔗糖供能，代谢类型为异养需氧型，进行有丝分裂。（2）植物细胞的脱分化：（3）植物细胞的再分化：就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程，又称去分化。实质是提高细胞的全能性过程，结果是形成愈伤组织脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化形成胚状体或丛芽的过程。（避光）（需光，自养需氧型）（4）决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？植物激素的种类和比例。生长素用量细胞分裂素用量①适中：诱导愈伤组织②高：利于根的分化、抑制芽的形成（胚状体）③低：利于芽的分化、抑制根的形成（丛芽）比较内容脱分化再分化过程外植体愈伤组织愈伤组织幼苗形成体特点排列疏松、高度液泡化的簿壁细胞有根、芽需要条件a.离体、无菌操作；b.适宜的营养；c.生长素/细胞分裂素比例适中d.避光a.离体、无菌操作；b.适宜的营养c.生长素/细胞分裂素比例或主或低诱导生根或生芽d.光照（5）两个阶段：脱分化和再分化4、植物细胞表现出全能性的条件：离体（前提）一定的营养物质（蔗糖、水和无机机盐等）、植物激素（细胞分裂素、生长素）。适宜的温度、pH、无菌、光照的控制等外界条件试管苗大规模培养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？无菌技术是植物组织培养能否获得成功的关键。原因是防止杂菌污染，杂菌繁殖快，会和培养物争夺营养和空间，并产生代谢废物毒害培养物。(P35)2、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分（如茎、叶、花）也能培养成小植株吗？因为这部分容易诱导形成愈伤组织；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。外植体的选取：生长旺盛的幼嫩组织（全能性高、分裂能力强、分化程度低），易诱导脱分化和再分化。外植体愈伤组织胚状体或丛芽试管苗脱分化再分化植物组织培养的过程（离体的,已分化组织或细胞）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...①适宜温度、pH、避光、无菌环境。②适宜的营养和植物激素高度液泡化、排列疏松、无规则的薄壁细胞。无叶绿体。分化程度低去分化较易植物激素：生长素、细胞分裂素小结：理论基础：细胞的全能性知识拓展当细胞分裂素和生长素共同使用时，能刺激愈伤组织的形成，而通过调节二者的浓度比，就可以调控植物细胞培养过程中芽和根的形成，称为“激素杠杆”。具体内容详见P42拓展视野生长素细胞分裂素根芽三、植物体细胞杂交技术：重点理解不能存在生殖隔离尝试用这两种植物的体细胞进行杂交这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？蕃茄马铃薯三、植物体细胞杂交技术：番茄------马铃薯植株三、植物体细胞杂交技术（无性繁殖）1.过程：如图所示（1）去壁方法：（2）诱导原生质体融合的方法：（4）原生质体融合完成的标志：（3）原生质体融合的基础：纤维素酶和果胶酶（酶解法）物理法：离心、振动、电刺激化学法：PEG细胞膜具有一定的流动性产生新的细胞壁AB脱分化再分化植物组织培养AB三、植物体细胞杂交技术（无性繁殖）脱分化再分化植物组织培养1.过程：如图所示(5)在诱导剂的作用下形成的杂种细胞有3种（AA型、BB型、AB型），可用选择培养基筛选出AB型杂种细胞。（6）植物体细胞杂交技术完成的标志：获得杂种植物(7)杂种植物的特征：具备两种植物的遗传性状。原因是杂种植物中含有两种植物的遗传物质。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。4、意义：5、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性状，如蕃茄——马铃薯。（1）克服远缘杂交不亲和的障碍（2）扩大基因重组的范围3、原理：细胞膜具有一定的流动性和细胞的全能性三、植物体细胞杂交技术——无性繁殖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：细胞中基因选择性表达的结果。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，所以马铃薯—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，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。课本38页思考与讨论嫁接获得的番茄－马铃薯下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：脱分化再分化①——→②——→③——→④（1）①表示，它能被培养成为④的根本原因是。（2）②表示，它与①相比分化程度，全能性。（3）若①是花药，则④是，继续对其使用处理可获得正常植株，该过程称为。（4）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片的颜色是，这说明根尖细胞。（5）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，培养将进行到（填编号）。离体的植物器官、组织或细胞植物细胞的全能性愈伤组织低高单倍体植株秋水仙素纯合单倍体育种绿色含有与叶绿体形成相关的基因②