高中生物植物细胞工程

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1、,专题2 细胞工程,细胞工程的概念,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内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。,植物细胞工程的基本技术和理论基础,植物细胞工程的理论基础是：植物细胞的全能性,1、定义：,生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。,2、原理：,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应该具有全能性。,3、差异：,（1） 受精卵的全能性最高,4、潜在全能性的原因：,基因表达的选择性,（2） 受精卵分化后的细

2、胞中，体细胞的 全能性比生殖细胞的低。,一、细胞的全能性,植物组织培养的概念,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。,植物组织培养的过程,离体的植物器官、组织或细胞,脱分化（又叫去分化,由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。),愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞）,再分化,根或芽等器官,植物体,脱分化产生的愈伤组织继续进行培养又可以重新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。,相关问题,1、在植物组

3、培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？ 2、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？ 3、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？,【实验 胡萝卜的组织培养】,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？,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，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，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。 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

4、和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等。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。,在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植株，你能用实验的方法进行验证吗？,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。可以让学生参考利用胡萝卜根进行组织培养的实验，尝试设计出利用胡萝卜的茎、叶、花进行组织培养的实验流程。,1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的

5、消毒，灭菌，并且要求无菌操作？3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？,细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件,避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。,想一想,胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。,4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。,在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。,切取 形成层,无菌接种,诱导愈伤组织 的形成,试管苗的形成,培养室,移栽,脱分化,再分化,植物体细胞杂交的概念,将不同种植物的体细胞，在

6、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。 （不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的）,相关问题,（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？ （2）有没有一种温和的去细胞壁的方法？ （3）为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？ （4）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步该对此细胞做何种处理？ （5）如何将杂种细胞培育成杂种植株？,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

7、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,二、植物体细胞杂交过程,纤维素酶、果胶酶等,物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇等试剂,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。,问题,自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，说明

8、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,植物细胞工程的实际应用,繁殖植物的新途径 微型育种 作物脱毒 人工种子 育种新方法 单倍体育种 诱导突变体 细胞产物的工厂化生产,（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）,一 植物繁殖的新途径,1.概念:,快速繁殖优良品种的植物组织培养技术,2.优点:,3.成就:,1）保持优良品种的遗传特性 2）高效快速地实现种苗的大量繁殖,（一）微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）,一 植物繁殖的新途径,讨论,P38,利用了植物“微型”繁殖技术的： 1）保持优良品种的遗传特性

9、2）高效快速地实现种苗的大量繁殖在短时间中获得大量的优质种苗,一 植物繁殖的新途径,（二）作物脱毒,1.作物脱毒的原因:2.作物脱毒的材料: 3.作物脱毒的方法: 4.作物脱毒的结果:,长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病 毒，导致产量降低，品质变差,分生区（如茎尖）的细胞,进行组织培养,获得脱毒苗,5.成就:,（三）神奇的人工种子,一 植物繁殖的新途径,1.天然种子的局限,1）培育周期长2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性3）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地实现制种,（三）神奇的人工种子,一 植物繁殖的新途径,2.人工种子,胚状体,（三）神奇的人工种子,

10、一 植物繁殖的新途径,通过植物组织培养得到的胚状体、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。,（1）人工种子概念（2）人工种子组成,胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮,（三）神奇的人工种子,一 植物繁殖的新途径,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,思考,设计人工种子制备技术的主要流程图,（三）神奇的人工种子,一 植物繁殖的新途径,讨论,P40,培植周期短 后代无性状分离 不受气候,季节和地域限制 可以很方便地贮藏和运输,加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、 抗生素、有益菌、植物生长调节剂等,1）优点：,2）人工种皮的有效成

11、分,（一）单倍体育种,二 作物新品种的培育,体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体,1.单倍体定义：2.单倍体形成：3.单倍体植株的特点：,由配子不经过受精作用而直接发育成的个 体。例：蜜蜂中的雄蜂,长得弱小，而且高度不育,（一）单倍体育种,二 作物新品种的培育,4.回顾单倍体育种的一般过程并设计出一种通过 植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。,花粉细胞培养,脱分化,愈伤 组织,分化出 小植物,再分化,移栽,单倍体育种的原理:,染色体（数目）变异,技术：组织培养获得单倍体；秋水素处理单倍体的幼苗，使染色体加倍,单倍体育种的优点：,后代都是纯合子，明显缩短育种年限,（二）突变体的利用,二 作

12、物新品种的培育,植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处 于不断的分生状态，易受到培养条件和外界 压力的影响而产生突变,1.产生：,筛选对人们有利突变体,进而培育新品种,2.利用：,蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等,1.细胞产物种类：,三 细胞产物的工厂化生产,植物的组织培养,2.技术：,3.成就：,细胞产物的工厂化生产,红豆杉与紫杉醇,人参皂甘的生产,例1：03江苏 用高度分化的植物细胞、组织 和器官进行组织培养可以形成愈伤组织， 下列叙述错误的是 A.该愈伤组织是细胞经过脱分化和分裂形成的 B.该愈伤组织的细胞没有全能性 C.该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成 D.该愈伤组织可以形

13、成具有生根发芽能力的胚状结构,典例精析,例2：右图为植物体细胞杂交过程 示意图。据图回答：,1）步骤是_ _ 最常用的方法是_. 2）步骤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_ ，其中步骤相 当于_，步骤相当于_,去掉细胞壁分离出有 活力的原生质体,酶解法,聚乙二醇（PEG）,诱导原生质体融合,植物组织培养,脱分化,再分化,例2：右图为植物体细胞杂交过程 示意图。据图回答：,4）植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株。使_能够在新的植物体上有所表现，其根本原因:5）从理论上讲，杂种植株的育性 _。若运用传统有性杂交方法能否实现

14、？_。并说明理由：因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于：.,两个亲本的遗传性状,杂种植株获得了双亲的遗传物质,可育,不能,因为不同种生物之间存在生殖隔离,克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了 可用于杂交的亲本组合范围,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 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，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,课堂演练,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

15、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、马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖，种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产，为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是（ ）A选择优良品种进行杂交 B进行远缘植物体细胞杂交C利有芽尖进行组织培养 D人工诱导基因突变 6.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,7.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，问：,（1）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规 则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基 中获得_ 等营养物质。 （2）要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有_ _和_两类激素。,