选三：细胞工程 2.1植物细胞(wo)

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1、复习提问,蛋白质工程的概念。 蛋白质工程的基本途径 蛋白质工程中成功的例子 蛋白质工程的操作水平,1.下列不属于蛋白质工程成果的是（ ） A.改造酶的结构，提高酶的热稳定性 B.生产出鼠人嵌合抗体 C.生产具有体积小、耗电少、效率高的电子元件 D.将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素,D,专题二 细胞工程,学习目标,1.明确细胞工程的概念 2.细胞工程的分类、植物细胞工程的主要内容 3.植物组织培养技术的基本操作、原理、条件 4.植物体细胞杂交技术的基本操作、原理,细胞工程的概念,指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改

2、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。,前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术, 后者是分子水平上的生物技术。,克隆多莉羊技术是 水平上的技术， 培育抗虫棉是 水平上的技术。 蛋白质工程是 水平上的技术。,细胞工程与基因工程相比：,细胞,分子,思考:,分子,细胞工程的分类,所采用技术的理论基础,植物细胞工程,通常采用的技术,植物组织培养,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,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。,生物体的每一个细胞都包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具有全能性。,基因

3、选择性表达的结果,一、植物细胞工程的理论基础-植物细胞全能性,4、全能性表达的条件（植物组织培养的条件）： 1).离体细胞、组织或器官（为什么要离体？P34） 2).适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等 3).培养基（一定的营养物质，激素）,5、全能性的高低：,受精卵 生殖细胞（精、卵） 体细胞,体细胞：植物细胞 动物细胞,分化程度低的细胞 分化程度高的细胞, 分裂能力强的细胞 分裂能力弱的细胞,有关细胞全能性的叙述，不正确的是（ ） A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，因此其全能性最高 B.生物体内细胞由于进行分化，全能性不能表达 C.卵细胞与受精卵一样，细胞未

4、分化，全能性很高 D.在一定条件下，植物细胞离体培养能表现出全能性,即时应用,C,【小判断】 (1)细胞工程是通过分子水平上的操作,按照遗传物质或获得细胞产品的一门人们的意愿来改变细胞内的综合性科学技术。 ( ) 【分析】细胞工程是在细胞水平或细胞器水平上改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门技术。,(2)并不是每个细胞都具有全能性。 ( ) 【分析】细胞具有全能性的原因是细胞核中含有该生物生长发育繁殖所需的全部遗传信息,如果细胞中没有细胞核就不具有全能性,如哺乳动物成熟的红细胞。,(3)随着细胞的生长,细胞的全能性越来越强。 ( ) 【分析】随着细胞的生长,细胞分裂能力变弱,分化程度变高,

5、全能性越来越弱。,(4)从操作水平上看,基因工程和细胞工程是同一水平。 ( ) 【分析】基因工程是在分子水平上的操作,细胞工程是在细胞水平上的操作。,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,在无菌和人工控制的条件下,将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工控制的培养基上，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。,（无性生殖或有性生殖（花药离体培养）,下列属于植物组织培养的是（ ） 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.未受精的卵发育成植株,即时应用,A,3.植物组织培养的过程,胡萝卜,外植体,单

6、个细胞,愈伤组织,脱分化,胚状体,再分化,试管植物,条件： 离体一定的营养物质和激素（生长素、细胞分裂素） 适宜的条件（无菌、适宜的温度、pH、光照等）,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,植物激素调节： （1）、在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势； （2）、使用顺序影响实验结果： （3）、激素用量的比例影响实验结果： 生长素用量比细胞分裂素用量，比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利

7、于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。,人工种子,结构： 人工薄膜+胚状体（不定芽、顶芽、腋芽） 优点： 不受气候、季节、地域的限制 保留优良性状 时间短，占地少 技术： 植物组织培养 原理： 植物细胞全能性,1.植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗性差，对培养条件的要求较高。 2.植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而各种杂菌同样也可以在上面迅速生长。造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。 3.培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和

8、培养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中会生成大量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡，实验前功尽弃。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。,了解：在植物组织培养的过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？,【常见问题-思考】 1.细胞全能性的基础: (1)理论上每种植物的活细胞都具有全能性,其原因是什么? 提示:正常的植物细胞具有该生物生长发育和繁殖所需的全套的遗传物质。 (2)花粉是减数分裂产生的,染色体数比正常体细胞减少了一半,则花粉是否还具有全能性?为什么? 提示:具有。因为体细胞中染色体是成对的,花粉中

9、染色体数目减半,但含有完整的染色体组,具有控制生物体性状的全部基因。,(3) 所有的活细胞都具有全能性吗?试举例说明。 提示:不是。例如,哺乳动物成熟的红细胞无细胞核,不具有全能性。,2.细胞全能性的大小: (1)不同体细胞表达全能性的难易程度相同吗?哪种体细胞的全能性更容易体现? 提示:不相同。分化程度低的细胞全能性更容易体现。 (2)受精卵和体细胞相比,哪种细胞的全能性更容易体现?为什么? 提示:受精卵的全能性更容易体现。因为受精卵可以在自然情况下直接发育成新个体。,【常见问题-思考】,3.细胞全能性的判断: 探究下列实例是否体现出细胞的全能性。 (1)植物的花药经培养获得植株。 判断:_

10、。(“是”或“否”) 理由:_ _。 (2)利用某植物细胞培育出愈伤组织获得大量细胞产物。 判断:_。(“是”或“否”) 理由:_。,是,花药离体培养得到了单倍体植株,体现了花药细胞的全能性,发育成完整生物个体才体现细胞的全能性,发育成某种组织或器官,如形成愈伤组织未体现细胞全能性,否,(3)种子发育成了完整的植株。 判断:_。(“是”或“否”) 理由:_。,否,种子的胚已经完成了早期的发育,相当于新植物体的幼体,发育成完整植株的过程相当于植物的长大,二、植物体细胞杂交,1 概念：,不同种植物的体细胞融合成一个杂种细胞，杂种细胞发育成新的植物体的方法,2 理论基础:：,细胞膜的流动性和植物细胞

11、的全能性,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）,植物体细胞杂交过程示意图,4 意义：,克服了远源杂交不亲和性的障碍,扩展了用于杂交 的亲本范围,5 未解决的问题：还不能让杂种植物按照人们的要求表现出亲代性状,杂种植株,融合的原生质体AB,再生出细

12、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）,植物体细胞杂交过程:概括为2个阶段,1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。,背景资料,1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种“Potamato”。但还未得到地上结番茄地下结马铃薯。,目前，已得到栽培烟草

13、与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。,问题,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：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。,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,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

14、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,常见育种方式比较,杂交育种,诱变育种,单倍体育种,多倍体育种,细胞工程育种,基因工程育种,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

15、理、过程。,本节课内容小结,【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】 D,笔记,B,笔记,不同,3.思考：植株丙与植株丁的体细胞中染色体组的数目相同还是不同？,笔记：植株甲（2N=X）和植株乙（4N=Y）杂交后代丁染色体数目为3N=(X+Y)/2，而甲乙体细胞杂交的后代染色体数目为X+Y,C,4下列有关植物体细胞杂交技术的叙述，错误的是( ) A需要在无菌环境条件下，且培养基中需要加入植物激素 B需要纤维素酶和果胶酶处理以获得原生质体 C植物体细胞杂交技术的原理是基因重组 D利用植物体细胞杂交可以获得多倍体植株,植物体细胞杂交技术的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性,笔记,4植物学家将胡萝卜的韧皮部细胞分离出来，将单个细胞放入特定培养基中培养，获得了许多完整的植株，这些植株的特点是( ) A彼此性状极为相似 B都是单倍体植株