1、选修3 现代生物科技专题 植物克隆技术,植物的组织培养,一.原理:,植物细胞的全能性,1.概念:,必修1：指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能,选修3：植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性，因而都具有发育为完整植株的潜能,选修3：克隆的条件之一：具有包含物种完整基因组的细胞核的活细胞,2.几种细胞全能性的比较:,（2 ）那么用作克隆培养的活细胞的细胞核中，至少 需要几个完整的基因组？,B,（一个，如雄蜂、雄蚁、二倍体的花粉离体培养）,二.条件 :,1.离体：,为什么植物细胞在植物体内不能表现出全能性,而是分化成为不同的组织、器官？这体现了生物学中的一个什么学科思想？,（基因的选择
2、性表达，分化，特定时间和空间执行特定的功能，局部和整体）,2.营养：,蔗糖、矿质元素等,蔗糖的作用是什么？为何不用葡萄糖？,（提供能源，维持渗透压）,决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么?,3.生长调节物质：,生长素、细胞分裂素、 激动素（非天然的细胞分裂素）,（植物激素和营养物质的配比）,4.无菌：,消毒、杀菌和无菌操作：排除杂菌污染，避免 微生物与外植体竞争，更重要的是微生物会产 生毒素，导致外植体死亡,5. 光:,为什么诱导愈伤组织发生的过程中应避光培养？ 而在胚状体分化成植株过程中需要光？,对于植物组织培养来说，光照条件非常重要。但在由高度分化的组织形成愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养
3、，而在分化形成试管苗的再生的过程中一定要有光照。诱导形成愈伤组织阶段的暗培养有利于细胞的脱分化产生愈伤组织。由愈伤组织经细胞有丝分裂和分化形成试管苗的过程中需要光照，原因是叶中叶绿素的合成需要光照条件 ，实现由异养自养的转变。,三.程序:,1.脱分化：,2.愈伤组织特征：,4.人工种子：人工种皮,3.生长调节物质配比的调控：,（1）诱导芽的分化：,（2）诱导根的分化：,细胞分裂素和激动素,IAA和减除其它激素,已分化成熟的细胞失去了原有的形态和机能，又回复到没有分化的状态，即脱分化（去分化），继代培养后可分化一种或几种类型的细胞，实现了生命时钟的逆转。,无定形，壁薄，分化程度低，全能性高。,4
4、.表现出细胞的全能性的阶段是在脱分化阶段还是在再分化阶段？（再分化阶段）,5.有些植物在多次继代培养后，为什么会丧失细胞全能性 的表达能力，胚胎发生和器官形成能力下降，成为缺乏成胚性的细胞系？,原因：a.遗传物质发生不可逆转的改变（染色体畸变、细胞核变异或非整倍体产生)b.内在激素平衡被打破或对外源激素敏感性下降,四.在植物组织培养基础上的植物克隆,1.愈伤组织细胞的悬浮培养:,（1）如何将愈伤组织分散成单细胞？,（4）如何连续培养？,（5）如何利用悬浮培养诱发和筛选耐盐植株？个体水平如何进行？,（2）悬浮培养有何优点？,摇床,有利于细胞与营养物质和溶解氧充分接触,（3）胚性细胞有何特点？,细
5、胞质丰富、液泡小而细胞核大,更换培养基，维持适宜的PH、温度和溶解氧,加入不同浓度的NaCl溶液,2.原生质体培养:,（1）原生质体的制备,（2）细胞原生质体植物体,（3）应用：,植物体细胞杂交,转基因植株的培育,3.单倍体育种:,（1）程序：花粉离体培养、秋水仙素处理,（2）优点：明显缩短了育种年限,4.植物细胞工程: 培养植物细胞（包括原生质体），借助 基因工程方法，将外源遗传物质（DNA）导入受体细胞中，或通过细胞融合、显微注射等将不同来源的遗传物 质重新组合，再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行 培养，获得具有特定性状的新植株。,讨论：1.植物克隆的三个层次：,（1）细胞：愈伤组织细胞
6、悬浮培养成细胞系,（2）器官：愈伤组织直接发育出花器官；子房的培养、胚囊的培养,（3）个体：愈伤组织细胞悬浮培养的单细胞细胞团球形胚心形胚胚状体完整植株,2.以基因型为AaBb水稻的体细胞和花粉离体培养为例，说明为单倍体育种的生殖类型？,无性生殖的特点是子代保持亲代的性状，AaBb水稻的体细胞培养，子代的基因型和表现型与亲代一致，AaBb水稻的花粉的基因型有四种：AB、Ab、aB、ab，表现型也不同。,五、植物克隆成功的条件：,1、深入探讨特定植物细胞全能性的表达条件 2、尽量选择性状优良、细胞全能性表达充分的基因型,六.应用 :,1、快速繁殖（微型繁殖技术；珍稀、濒危物种）,2、培育无病毒（
7、脱毒）植株（病毒在植物体内分布不均匀，茎尖生长点一般不含病毒。茎尖分生组织培养结合病毒检测可脱除病毒 ）,3、生产细胞次生代谢产物（药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等,4、杂种细胞的培育,5、转基因植物的培育,6、突变体的筛选（抗赖氨酸类似物突变体）,7、抗性作物（抗盐碱、抗高温、抗干旱）的诱发和筛选,8、制备人工种子，解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题,人工种子是指通过植物组织培养技术获得具有胚芽、胚根、胚轴等结构的植物胚状体，并且用适当方法将胚状体包裹起来，用以代替天然种子进行繁殖的一种结构。,人工种子有许多优点: 首先，它解决了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等
8、问题。 第二，人工种子可以工业化生产，提高农业的自动化程度。 第三，人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外，还可以 添加各种附加成分，如固氮细菌、防病虫农药、除草剂和植物激素类似物等，有利于幼苗茁壮成长，提高作物产量。 第四，用人工种子播种可以节约粮食。,胚状体,资料1 科学家应用多倍体育种的方法， 培育出的三倍体无子西瓜，具有无子、 含糖高、口感好等特点。但因其不结种子， 每年必须用四倍体和 二倍体西瓜杂交培育 种子，不仅增加了生 产成本，也给无籽西 瓜的普及带来困难。,资料2 病毒引起的植物病害有500多种。 受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉， 如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜
9、、大蒜、 苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的 防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损 失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼 嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几 乎不含病毒。,资料3 兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。 兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的 常规繁殖中，遇到的 难题是：用分根法繁 殖速度缓慢，不利于 新品种的推广;用种子 繁殖又很困难，因为 兰花的种子十分微小， 胚很纤弱，种子几乎 没有储藏营养物质， 在发芽过程中很容易夭折。,获得细胞或细胞分泌产物,细胞的全能性,细胞株、细胞系,植物体,培养结果,快速繁殖、培育无病毒植株等,培养目的,葡萄糖、动物血清,蔗糖、植物
10、生长调节剂,培养基特有成分,液体培养基,固体培养基,培养基性质,细胞增殖,原理,动物细胞培养,植物组织培养,比较项目,植物细胞和动物细胞培养的比较,课堂练习:,1 .下列关于植物克隆的叙述，不正确的是（ ）A .利用植物组织培养技术可以实现细胞水平和个体水平的克隆，也可以实现器官水平的克隆。B .长期培养中，培养物器官形成能力下降的原因是基因突变C .调节营养物和生长调节剂的适当配比可影响愈伤组织的分化D .胚性细胞的特点是细胞质丰富、液泡小而细胞核大,B,2 .基因型为AaBb的水稻（含24条染色体）的花药通过无菌操作接入试管后，在一定条件下形成试管苗，下列说法中，不正确的是 ( )A .要
11、促进花粉细胞分裂、生长，培养基中应有一定浓度的生长素等植物激素B .试管苗的培育经过了脱分化和再分化，没有经过减数分裂，所以是无性生殖C .花药离体培养出试管苗的原理之一是植物细胞的全能性D .培育成的试管苗可能出现的基因型有AB、Ab、aB、ab，是单倍体,B,3.下列四个选项中，没有采用植物组织培养技术的一项是 ( )A花药离体培养得到单倍体植株B. 秋水仙素处理萌发的种子或幼苗得到多倍体 植株C基因工程培育的抗棉铃虫的棉花植株D大量生产紫草中治疗烫伤的成分紫草素4.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
12、 D适宜的养料和激素,B,C,5.植物体细胞杂交与动物细胞工程中所用技术与原理不相符的是 （ ） A纤维素酶、果胶酶处理和胰蛋白酶处理酶的专一性 B植物组织培养和动物细胞培养细胞的全能性 C原生质体融合和动物细胞融合生物膜的流动性 D紫草细胞培养和动物细胞的培养细胞增殖,B,6.某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染，为查找污染原因设计了4个实验，实验条件除图示外其他均相同。下列各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是 ( 多项 )（ ）,A污染主要不是培养基灭菌时间短造成的 B污染主要来源于组织培养所用的离体组织 C调节培养基pH不能解决污染问题 D调节培养温度不能解决污染问题,ABCD,
13、7.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（ ）A培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同,D,8.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的（ ）A有丝分裂 B分化 C减数分裂 D全能性,9.一杂合体植株（二倍体）的下列部分，经组织培养和秋水仙素处理后可获得纯合体的是（ ）A根 B茎
14、C叶 D花粉,C,D,10.动物细胞培养与植物组织培养重要区别在于( )A动物细胞培养可以传代培养，而植物细胞不能B动物细胞培养是单个细胞培养，而植物不是C动物细胞培养的培养基成分与植物细胞的培 养基成分不同D动物细胞培养可能发生遗传物质的改变，而植物细胞不会,C,11.为保持某观赏植物优良的遗传性状，某科技小组利用植物组织培养技术来进行繁殖。他们将该植物的花芽分别培养在含有不同比例的吲哚乙酸和细胞分裂素的培养基中，得到的花芽生长状况如下表：,BCD,细胞分裂素的浓度大于吲哚乙酸的浓度,恰当调控好培养基中细胞分裂素与吲哚乙酸的浓度和它们的比例,在此过程中能实现脱分化的花芽有 组。 从实验结果可
15、看出：吲哚乙酸和细胞分裂素是实验中的二种重要物质。 其中，新芽形成必须的条件是_ 而在培养形成完整新个体过程中的不同培养期，对它们的调控关键是。,12. 紫草素是紫草细胞的代谢产物，可作为生产治疗烫伤药物的原料。用组织培养技术可以在生物反应器中通过培养紫草细胞生产紫草素。下图记录了生物反应器中紫草细胞产量、紫草素产量随培养时间发生的变化。（1）在生产前，需先加入紫草细胞作为反应器中的“种子”。这些“种子”是应用组织培养技术，将紫草叶肉细胞经过_而获得的。这项技术的理论基础是_。 （2）从图中可以看出：反应器中紫草细胞的生长呈现_规律；影响紫草素产量的因素是_和_。 （3）在培养过程中，要不断通
16、入无菌空气并进行搅拌的目的_和_。,脱分化,细胞的全能性,S型增长,细胞数量,细胞所处的生长期,保证氧气供应充足,使细胞与培养液充分接触,13.某二倍体植物是杂合体，图为其花药中未成熟花粉在适宜的培养基上培养产生完整植株的过程。据图回答：（1）图中表示的是该花粉培养过程中的 过程，表示的是 过程 （2）图中从愈伤组织形成完整植株的途径有两条，具体通过那一条途径主要取决于培养基成分中激素的种类及其浓度配比，最后获得的来源于为成熟花粉的完整植株都称为 植株。必须对植株进行 ，才能使其结实产生后代。花药培养在育种上的意义是 ，从而开辟育种新途径,脱分化,再分化,单倍体,染色体加倍,缩短育种周期,思考
17、：1.动物细胞培养过程是否也存在脱分化过程？,动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。2007年11月下旬，美国和日本的两个研究小组几乎同时宣布成功将人体皮肤细胞改造成了几乎可以和胚胎干细胞相媲美的多功能干细胞一“iPS细胞”，人类iPS细胞可以形成神经元等人体多种组织细胞 。,2.扦插的枝条生根是否同样有脱分化、愈伤组织和再分化过程？,3.脱分化和再分化需要的营养物质、激素和光照条件有何异同？为什么？,
