2.1植物细胞工程2.ppt

1、专题2 细胞工程,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,原理和方法： 研究的水平： 研究的目的： 分类：,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的遗传物质或获得细胞产品,植物细胞工程和动物细胞工程,2.1植物细胞工程,2.1.1植物组织培养技术及其应用,理论基础,植物细胞工程,植物组织培养 植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,通常采用的技术手段,一、细胞的全能性,1、概念：,1)受精卵,生殖细胞,具有分生能力的体细胞,2、全能性的比较,2

2、)植物细胞全能性一般比动物细胞强,指具有某种生物的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。 即每个生物细胞都具有全能性的特点。,成熟的体细胞,4、表现全能性的条件,处于离体状态的植物细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件作用下，就可能表现出全能性。,-组织培养的理论基础,基因选择性表达结果,3、细胞不表现全能性的原因：,获取离体组织,二、植物组织培养技术,1、实验-胡萝卜的组织培养,脱分化,再分化,愈伤组织,试管苗,(外植体),接种至 培养基上,接种到分化培养基上,无菌,植物组织培养的相关概念,已分化的细胞，经过诱导后失去特有的结构和功能而转变成未分化的细胞的过程。,愈伤

3、组织继续培养，重新分化出根和芽，形成试管苗的过程。,是指在植物组织培养中，一些分化的细胞，经过激素的诱导，脱分化后形成的具有分生能力的薄壁细胞。,(3)脱分化：,(2)愈伤组织：,(4)再分化：,植物组织培养中作为离体培养材料的器官或组织。,(1)外植体:,培养基中要有一定浓度的无机物、有机物和植物激素(生长素和细胞分裂素)，适宜的pH； 培养过程应提供无菌环境,避光，适宜温度。,所需条件？,是一种高度液泡化、无定形状态的薄壁细胞， 细胞排列疏松, 无规则, 具有分生能力,细胞特点？,(已分化的细胞),(未分化的细胞),(已分化的细胞),植物组织培养的流程简图:,在有光时，往往容易形成维管组织

4、，而不易形成愈伤组织。,思考：在植物组织培养中为什么选用含形成层细胞做为外植体？,因为这些细胞全能性较强，容易脱分化形成愈伤组织。,杂菌不但会和培养物争夺营养，还会生成大量有害的物质，导致培养物死亡。,思考：在组织培养过程中为什么要强调无菌操作？,思考：决定细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？,植物激素当细胞分裂素与生长素共同使用时，能促进愈伤组织的形成。当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利于芽的发生；当细胞分裂素与生长素浓度比低时，有利于根的发生。,P42,2、植物组织培养概念：,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

5、件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。,2.1.1植物组织培养技术及其应用,一、细胞的全能性,1、概念,2、全能性的比较,3、表现全能性的条件,二、植物组织培养技术,1、实验-胡萝卜的组织培养,2、植物组织培养概念,C,1、下列有关全能性的表述中，不正确的是( ).理论上，生物体的每个细胞都含有该生物的全套基因，具有全能性.植物细胞虽然具有全能性，但并不是所有的细胞都能表达全能性.植物细胞只有生长点细胞具有全能性，而其他部位细胞没有全能性.植物细胞的全能性较高，而动物细胞的全能性较低,2、组织培养过程中，愈伤组织能形成幼苗的过程属于A.分化 B.脱分化 C.再分化 D.分裂,C,3

6、、在植物组织培养过程中，愈伤组织的形成和形态发生是十分关键的一步。而这除需要必备的营养和一些刺激因素外，还需要有起诱导作用的物质，它们是( )A.铜、锌等微量元素 B.细胞分裂素和生长素C.蔗糖和葡萄糖 D.维生素和氨基酸,B,4、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,C,反馈练习,1.下列属于组织培养的是：（ ） A.花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条 C.根尖分生区发育成成熟区 D.未受精的卵发育

7、成动物,A,2.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 D.适宜的养料和激素,C,3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（ ） A.具有完整细胞核的细胞 B.离体状态 C.导入外源基因 D.一定的营养物质和激素,C,三、植物体细胞杂交技术,不可能,因为不同种生物之间存在着生殖隔离。,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？,杂种植株,融合的原生质体AB,再生壁,脱分化,愈伤组织,再分化,1、植物体细胞杂交的过程,植物细胞的融合,植物组织培养,植物细胞A,植物细胞B,原生质体B,原

8、生质体A,杂种细胞AB,去掉细胞壁,去掉细胞壁,人 工 诱 导,融合完成的标志,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？ 3两个原生质体能发生融合与细胞膜的什么特性有关？ 4在细胞杂交过程中，除了形成AB型融合细胞外，还能形成什么类型融合细胞？ 5.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？,请阅读课本P36-37思考下面几个问题：,植物细胞 A(马铃薯),植物细胞 B（番茄）,原生质体 A,原生质体 B,再生出细胞壁,方法？,促融方法？,类型？,遗传物质？,去除细胞壁,原生质体融合的过程,杂种植株(马铃薯番茄),细胞分裂

9、,愈伤组织,杂种细胞,1、过程,三、植物体细胞杂交技术,含有两种细胞全部的遗传物质.,筛选和组织培养,植物细胞A和植物细胞B杂交时，产生了AB和AA、BB型3种类型的融合细胞,物理法（离心、振动、电激等）、化学法（聚乙二醇）,用纤维素酶、果胶酶分解细胞壁（酶解法）,1、植物体细胞杂交的过程,制备原生质体,诱导原生质体的融合,三、植物体细胞杂交技术,筛选和组织培养,植物细胞A和植物细胞B杂交时，产生了AB和AA、BB型3种类型的融合细胞,物理法（离心、振动、电激等）、化学法（聚乙二醇）,用纤维素酶、果胶酶分解细胞壁（酶解法）,1、植物体细胞杂交的过程,制备原生质体,诱导原生质体的融合,三、植物体

10、细胞杂交技术,植物体细胞杂交技术包括两大过程：植物细胞融合、植物组织培养,2、植物体细胞杂交技术的概念,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、植物体细胞杂交技术的原理,细胞膜的流动性、细胞的全能性,4、细胞融合成功的标志：,杂种细胞产生新的细胞壁,5、植物体细胞杂交技术完成的标志：,获得杂种植株,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,6、意义,克服不同生物远缘杂交的障碍，培育出自然界没有的新品种。,7、成果,成功培育出白菜甘蓝等新品种，并在生产上有较高应用价值。,P38 思考与探究,因为生物基因的表达不是孤立的，而是相互调控、相互影响的。在杂交植株的细胞中

11、，两个物种的遗传物质的表达受到相互干扰，不能有序表达。,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？,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。,2.1.1 植物细胞工程的基本技术,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,1、若番茄体细胞中染色体组成为AA，马铃薯体细胞中染色体组成为BB，则杂种细胞中染色体组成是怎样的？2.将若干番茄和马铃薯的原生质体混合，

12、用聚乙二醇处理后，转移到培养基上培养，使原生质体再生出细胞壁。这时在培养基上的细胞类型有（ ） 番茄细胞 马铃薯细胞 番茄马铃薯细胞 番茄番茄细胞 马铃薯马铃薯细胞 A. B. C. D.,（AABB）,D,3.如图植物体细胞杂交过程示意图。 1）步骤是 ，最常用的方法是 处理。 2）步骤常用化学试剂是 ，其作用是 。 3）在杂种细胞培育成杂种植株过程中，运用的技术手段是 ，步骤是 ，步骤是 。 4）若亲本A和亲本B都是二倍体，则杂种植株为 倍体。,除去细胞壁,聚乙二醇,纤维素酶和果胶酶,诱导原生质体融合,植物组织培养,脱分化,再分化,四,选择：,1、植物体细胞杂交的过程实质是（ ） A、细胞

13、质融合的过程 B、细胞核融合的过程 C、细胞膜融合的过程 D、细胞原生质体融合的过程,D,2、在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器（ ） A、叶绿体、高尔基体 B、线粒体、高尔基体 C、叶绿体、线粒体 D、线粒体、内质网,B,3、下列有关植物体细胞杂交的叙述，正确的是 用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体 诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞 植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物 植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍 A、 B、 C、 D、,D,4、基因型为AaBb的水稻（24条染色体）的花药通过无菌操作，

14、接入试管后，在一定条件下培养形成试管苗。 愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团愈伤组织形成中，必须从培养基中获得 和小分子有机物等营养物质。 要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有和_两类激素。,水、无机盐,细胞分裂素,生长素,组织培养技术不能直接用于（ ） A、快速繁殖 B、培育无病毒植株 C、植物产品的工厂化生产 D、培养抗病菌植株 用组织培养技术繁殖植物体时，不可能发生的是（ ） A、基因重组 B、基因突变 C、染色体变异 D、染色体分离,D,A,无性生殖,有性生殖,2.1.2 植物细胞工程的实际应用,一、植物繁殖的新途径,1、植物的微型繁殖技术,概念: 是指用于快速繁殖优良植

15、物品种的植物组织培养技术。,特点：保持优良品种的遗传特性；高效快速地实现种苗繁殖; 不受自然生长季节的限制。,2、作物脱毒,材料: 方法: 结果: 实例：,分生区细胞(如茎尖),茎尖组织培养技术,获得脱毒苗,在马铃薯、草莓、甘蔗、菠萝和香蕉等经济作物上已经获得成功。,3、神奇的人工种子,你认为人工种皮中(人工胚乳)的有效成分是什么呢？,人工种子中包括适量的无机盐、有机碳源及农药、抗生素、有益菌、植物生长调节剂等。,人工种子是指以植物组织培养技术得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。人工薄膜能保持胚状体的活力，有利于贮藏运输和萌发。,(2)组成：,胚状体、作为保护

16、性外壳的人工种皮和提供发育所需营养的人工胚乳三部分组成,(1)概念：,下图为一人工种子。下列与人工种子培育过程的有关叙述中不正确的是 （ ） A人工种子一般是用离体的植物细胞通过组织培养技术获得 B胚状体是由愈伤组织分化而成，离体细胞只有形成愈伤组织才能表现出全能性 C同一批次人工种子可以保证具有相同的基因型 D胚状体是由未分化的，具有分裂能力细胞构成,二、作物新品种的培育,1)单倍体育种 2)突变体的利用,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)方法:植物的组织培养。 3)成果：人参皂甙的工业化生产,1）单倍体育种：,方法:,花药离体培养,过程：,

17、优点:,后代稳定遗传,都是纯合体;,明显缩短育种年限。,世界第一个作物新品种-单育1号烟草,2)突变体的利用,在植物组织培养过程当中，培养细胞一直处于不断分裂状态，容易受到培养条件和外界压力的影响而发生突变。,抗花叶病毒的甘蔗、 抗盐碱的野生甘草、 抗除草剂的白三叶草等,原理：,实例：,筛选对人们有利的突变体,进而培育新品种,方法:,植物组织培养,利用:,问题：工厂化生产人参皂甙的基本过程是什么？ 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。,第三步，将发酵罐

18、中培养的细胞进行破碎，从中提取人参皂甙。,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。,P42 思考与探究,1.通过查阅资料，请你再列举出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。,2.请查阅植物人工种子制备技术的详细过程，设计出制备技术的主要流程图。,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,3.请查阅相关文献，设计出一种植物花药组织培养和染色体加倍的实验流程。,1、下图是人工种子的结构简图，对其叙述不正确的是A.人工种子的胚乳中

19、含有胚状体发育所需要的营养物质，还可以添加农药和植物激素B.人工种子可以工业化生产，播种人工种子可节省大量粮食 C.人工种子克服了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题D.人工种子的胚状体还未分 化出胚芽、胚轴、胚根等结构,D,2、植物的组织培养技术在农业生产中具有广阔的应用前景，请分析： （1）组织培养技术不能直接用于（ ）A、快速繁殖 B、培育无病毒植株C、生产人工种子 D、培养抗病菌植株 （2）用组织培养技术繁殖植物体时，不可能发生的是 A、基因重组 B、基因突变C、染色体变异 D、染色体分离,D,A,3、下面所列过程是植物组织培养的简略过程。脱分化再分化 请据此回答： （1）

20、表示 ，它能被培养成的根本原因是 。 （2）表示 ，它的细胞特点是 ，。 （3）若想制造人工种子，应选择（写编号） 。 （4）若是花药，则是 ，这项技术可用在 上。 （5）若是胡萝卜根尖细胞，则培养成的的叶片的颜色是 ，这说明根尖细胞 。,含有表达叶绿体的基因,离体的植物器官、组织、细胞,植物细胞具有全能性,愈伤组织,细胞排列疏松，,高度液泡化无定形状态，具有分生能力的薄壁细胞。,单倍体植株,单倍体育种,绿色,（1）胚状体来源于离体的植物体细胞，其形成过程中要经过的生理变化大体上是 和 ，在这一过程中被培养的细胞始终受 的调节。 （2）从保证人工种子正常的生命力及生态系统物质循环上来看，其外部

21、薄膜应具有 的特点。在人工种子萌发的过程中胚状体细胞吸收营养液中的物质用于 等。 （3）在人工种子中被包入的菌肥通常是 。,4、制造人工种子的原理是在组织培养得到的“胚状体”的最外面用一层有机膜包裹，并在薄膜以内放入一些营养物质，这层膜和这些营养物质分别具有种皮和胚乳的功能（如右图所示）。在制造过程中还可以加入某些农药、肥料、固氮菌等。据此回答下列问题：,脱分化,再分化,植物激素,半透性、能被微生物降解,生长、发育,固氮菌,1、植物的微型繁殖技术是指 （ ）A植物体细胞杂交技术 B嫁接C营养繁殖 D植物组织培养,课堂演练,2、科学工作者把胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入培养基中培养，

22、获得了许多完整的植株，这些植株的特点是 A彼此性状相似 B变异频率较高C单倍体 D都是纯合子,3用植物组织培养技术，可以培养或生产A食品添加剂 B无病毒植物 C. 人工种子 D前三项都是,4下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是 （ ）A花药离体培养得到单倍体植株B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株 C人工种子的培育 D“番茄马铃薯”杂种植株的培育过程,5、人参皂苷干粉可以通过下列何种技术获得A杂交育种 B植物细胞培养 C多倍体育种 D单倍体育种 6、对人工种子正确的解释是 A通过科学手段人工合成的种子 B利用植物组织培养技术获得的种子 C种皮能自我生成的种子 D人工种子发芽率低,7、A种植

23、物的细胞和B种植物细胞的结构如右图所示（仅 显示细胞核），将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过 组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是（ ） A二倍体；基因型是DdYyRr B三倍体；基因型是DdYyRr C四倍体；基因型是DdYyRr D四倍体；基因型是DDddYY yyRRrr,1、要促进细胞分裂、生长，培养基中应有 _和_ 2、此过程依据的原理是_ A、B阶段主要进行的分裂方式是_ B 阶段除了细胞分裂外，还进行细胞_等 2、此过程要无菌操作，主要是指对_ _进行灭菌、消毒。B过程需要光照，原因是_,韧皮部细胞,A,B,营养物质,激素,植物细胞的全能性,有丝分裂,分化,培养基,器械,细胞中叶绿素的合成需要光照条件,1、试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞有叶绿素，这是基因_的结果,选择性表达,