2.1植物细胞工程课件usr

专题2细胞工程1996年7月5日,世界上第一只体细胞克隆动物-----克隆羊多利诞生于英国,标志着一种新的生物技术---动物体细胞克隆技术面世,也揭开细胞工程更深层次发展的序幕!应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过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？细胞水平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细胞工程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一、细胞的全能性：1、概念：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫细胞的全能性。2、原因受精卵2.1.1植物细胞工程的基本技术有丝分裂全部基因个体生物体的每一个细胞都具有生物的全部遗传物质3、全能性的程度：4、体内细胞未表现全能性的原因：基因选择性表达的结果（1）受精卵的全能性最高植物细胞＞动物细胞（3）（4）分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞受精卵生殖细胞体细胞＞＞（2）5、全能性表达的条件内因：离体细胞、组织或器官外因：1）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等2）培养基（一定的营养物质，激素）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?二、植物组织培养2、理论基础：植物细胞的全能性1、植物组织培养的概念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。切取接种植物组织培养的培养基•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激素：生长素，细胞分裂素⑤PH值：5.0－6.0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•有机营养成分愈伤组织的形成•愈伤组织：在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞（细胞排列疏松、无规则）。愈伤组织的形成植物组织培养（试管苗的形成）培养室试管苗大规模培养移栽经过炼苗的小苗，可以和一般植物一样进行大规模栽培植物组织培养•外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官•1）外植体灭菌消毒（根尖、茎、芽、嫩叶、花粉等）•2）用消毒过的器械将外植体置于培养皿上•3）切取所需的外植体•4）将外植体接种于培养容器的培养基上整个试验在超净工作台上进行，保持无菌！外植体经过一段时间在培养基上生长后，会形成愈伤组织植物组织培养的过程胡萝卜外植体单个细胞愈伤组织脱分化胚状体再分化试管植物离体的植物器官、组织或细胞脱分化（又叫去分化）愈伤组织（排列疏松，高度液泡化的薄壁细胞）再分化胚状体、根或芽等器官植物体（试管苗）⑴离体⑵一定的营养物质和激素(生长素、细胞分裂素)⑶适宜的条件（无菌、适宜的温度、pH、光照等）条件：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利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合三、植物体细胞杂交技术1、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。主要：原生质体融合结果2、原理：细胞膜的流动性和细胞全能性三、植物体细胞杂交技术（重点理解）：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？有没有一种温和的去壁方法呢？去细胞壁酶解法三、植物体细胞杂交技术（1）、去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）（2）、原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电激等化学法：聚乙二醇（PEG）三、植物体细胞杂交技术3、过程：×二、植物体细胞杂交3、过程：植物细胞A植物细胞B植物细胞A植物细胞B去壁(酶解法:纤维素酶和果胶酶)去壁原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分原生质体A原生质体B原生质体B诱导融合原生质体A诱导融合：物理法（离心、振动、电激）化学法（PEG,聚乙二醇）融合的原生质体融合的原生质体物化法再生壁杂种细胞脱分化愈伤组织脱分化再生壁再分化杂种植株再分化（无性生殖）(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交过程示意图4意义：⑴克服了远源杂交不亲和性的障碍⑵扩展了用于杂交的亲本范围原生质体番茄细胞原生质体融合再生出细胞壁杂种细胞脱分化愈伤组织杂种植株再分化三、植物体细胞杂交技术马铃薯细胞标志：成功融合人工诱导去壁植物组织培养植物细胞的融合白菜甘蓝白菜－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。三、植物体细胞杂交技术：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？原因：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。5、未解决问题：1、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A2、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B巩固练习3、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酶解法聚乙二醇（PEG）诱导原生质体融合脱分化再分化植物组织培养活力的原生质体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去壁去壁人工诱导方法？促进融合的方法？融合完成的标志植物细胞B回顾、植物体细胞杂交基本过程酶解法（纤维素酶、果胶酶等）物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）即时应用1、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是()A．利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株B．利用花药离体培养得到单倍体植株C．利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株D．利用细胞工程培养“番茄—马铃薯”杂种植株A问题•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。异想天开1、细胞全能性的概念、全能性大小的比较2、植物组织培养的概念、原理、过程。3、植物组织培养实验所需的条件：离体、无菌、培养基、环境条件。4、植物体细胞杂交的概念、原理、过程。本节课内容小结1．(2011·连云港模拟)植物组织培养的过程可以归纳为：①――→脱分化②――→再分化③―→④。对此叙述有错误的是()A．②→③的再分化过程中，当细胞分裂素与生长素的浓度比低时，有利于根的生成B．植物组织培养所依据的原理是细胞的全能性C．③→④过程指植物的营养生长和生殖生长阶段D．②包裹上人造种皮可获得人工种子【解析】只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而②是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制造人工种子。【答案】D2．(2011·苏北四市调研)下图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成白菜—甘蓝杂种植株的示意图。请据此回答：(1)图中①过程用到的酶是________，作用的结果是获得________。(2)在②过程中，常用的化学诱导剂是________，若在容器中放置若干a、b，诱导完成且假设所有细胞发生了融合(只考虑细胞两两融合)，然后经③过程，形成的d细胞的类型有________种，从中选出________进行培养。(3)图中④过程是________，④⑤过程合称________技术。【答案】(1)纤维素酶和果胶酶(具有活力)原生质体(2)聚乙二醇(PEG)3杂种细胞(3)脱分化植物组织培养(2011·泰州模拟)我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。下图是细胞培养形成兰花植株示意图，请据图分析回答：(1)过程③和④分别表示__________和__________。(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入________________。同时，在培养过程中，除必需的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证________。(3)从育种的角度看，植物组织培养与有性生殖相比，优势主要有(列举2条)：____________________________。(4)植物组织培养的过程中，可以对__________进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品种。(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒经组织培养形成植株，这种育种方法称为____________，其优点是________________。【答案】(1)脱分化再分化(2)植物激素(或植物激素类似物)无菌(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株(4)愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种【答案】(1)脱分化再分化(2)植物激素(或植物激素类似物)无菌(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株(4)愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种(1)微型繁殖，实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养，因此该过程只涉及有丝分裂，不涉及减数分裂。(2)微型繁殖具有选材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理等优点，有利于进行工厂化培养。(3)作物脱毒，人工种子中的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽的获得采用的技术还是微型繁殖。(2011·扬州模拟)如图为植物体细胞杂交流程图，请回答下列问题：(1)制备原生质体时，常用的酶是____________________。(2)诱导原生质体融合常用的化学诱导剂是____________。(3)杂种细胞再生出细胞壁，此过程与细胞内________(细胞器)有密切关系。在对杂种细胞进行植物组织培养时，通常还需要加入的两种植物激素是________________。通过该技术得到的杂种植株在形态上表现为________，其根本原因是__________________。(4)通常情况下，马铃薯和番茄杂交是不成功的，原因是____________。该项研究解决了育种过程____________的问题。(5)通过细胞工程获得的杂种植株是否可育，为什么？________________________________________________。6)若马铃薯是四倍体，番茄是二倍体，则杂种植株是____________倍体。【答案(1)纤维素酶、果胶酶(2)PEG(聚乙二醇)(3)高尔基体细胞分裂素和生长素同时具有两个亲本的特性具有双亲细胞的全部遗传物质(4)存在生殖隔离远缘杂交不亲和(5)可育，因为马铃薯和番茄这两种植物各自都是可育的，杂种植株也可正常进行减数分裂，产生配子并能受精形成种子(6)六植物原生质体融合所用的促融剂为聚乙二醇，不能用灭活的病毒。