生物选修三2.1植物细胞工程幻灯片

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1、,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!,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。,什么叫细胞工程？,按操作对象分类,植物细胞工程,动物细胞工程,一、细胞工程概念,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，在细胞整体水平或细胞器水平上，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。,2.1植物细胞工程,

2、2.1.1植物细胞工程的基本技术,植物组织培养技术,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,二、细胞的全能性,1. 概念:,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,即每个细胞都具有全能性。,2. 全能性高低：,受精卵胚胎干细胞生殖细胞体细胞 植物细胞动物细胞,科学利用菊花花瓣培养的菊花,为什么植物的花瓣在植物体内没有能发育成完整的植株呢？ 细胞失去了全能性 细胞中的基因部分丢失 细胞中的基因进行选择性表达 细胞中的基因变异不同,为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？,二、细胞的全能性,1. 概念: 2. 全能性高低：

3、 3.体内细胞不表现出全能性，原因是：,基因选择性表达,4.实现条件：,离体培养，且提供适当营养、激素及其他条件,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?,三、植物组织培养技术,1、植物组织培养的过程,请根据书上实验过程，讨论并概括出植物组织培养技术的流程简图。,1.在植物组培过程中，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？ 4、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。,1.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无

4、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？,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。,3、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？ 4、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,三、植物组织培养技术,1、原理： 植物细胞的全能性,2、植物组织培养的过程,离体的植物器官、组织或细胞,脱分化

5、（又叫去分化）,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,胚状体 （或丛芽）,植物体,遮光,光照,3、植物组织培养的外界条件：,5、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。,4、培养基,（1）性质： （2）成分,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,能力训练：,1、下列不能作为植物组织培养的材料是：,D,自我评价,2、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（ ） A、愈伤组织的形成是离体植物细

6、胞分化的结果 B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果 C 、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果 D 、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果,D,3、下列属于组织培养的是（ ） A. 花药离体培养成单倍体植株 B. 芽发育成枝条 C. 根尖分生区发育成成熟区 D. 利用桑枝条扦插大田并发育成完整植株,自我评价,4、若用“ ” 表示植物组织培养的过程。请回答： （1） 表示 ， 能被培养成为的根本原因是 （2） 表示 ，其细胞特点 是 薄壁细胞。,脱分化,再分化,离体的植物组织器官、组织或细胞,植物细胞具有全能性,具有分生能力的,愈伤组织,自我评价,自然界有些具有重要经济价值的植物产生

7、种子的过程非常困难，能否利用植物组织的原理获得具有正常发育能力的“人工种子”？,自我评价,小结：,一、细胞工程概念 二、细胞的全能性 三、植物组织培养技术 1、原理 2、过程 3、外界条件 4、培养基 5、概念,白菜,甘蓝,白菜甘蓝,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。,四、植物体细胞杂交技术,看课本P36 图2-5 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

8、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？,植物体细胞杂交过程,杂合的原生质体,杂种细胞,愈伤组织,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,四、植物体细胞杂交技术,植物体细胞杂交过程,原生质体制备（酶解法去细胞壁） 原生质体融合（人工诱导） 杂种细胞的筛选和培养（形成愈伤组织） 杂种植株的再生与鉴定,物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇等试剂

9、,纤维素酶、果胶酶等,融合体,杂种细胞,去壁的常用方法：,原生质体融合方法：,植物体细胞杂交过程示意图,细胞融合的基础：,细胞膜的流动性,原生质体融合的基础是什么？ 若有A、B两种原生质体，融合的细胞有几种? 细胞融合的标志是什么？ 杂交完成的标志是什么？,四、植物体细胞杂交技术,1、原理： 2、过程： 3、目的： 4、意义：,细胞膜的流动性和细胞的全能性,植物细胞融合和植物组织培养,克服不同生物远缘杂交的障碍,获得杂种植株,植物体细胞杂交过程示意图,标志,1、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ）,A、振动 B、电刺激 C、PEG试剂 D、重压,2、植物细胞融合完成的标志的是（ ） A、产生

10、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,A,D,自我评价,3、人工获得一个杂交植株，需要下列哪项步骤（ ） A、分离原生质体诱导原生质体融合 组织培养 得到杂种植株 B、分离原生质体 原生质体融合 杂种植株 C、获取细胞 原生质融合 组织培养 得到杂种植株 D、获取细胞原生质直接融合组织培养,A,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,小结,植 物 细 胞 工 程,基 本 技 术,1、有关全能性的表述中，不正确的是（ ） 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完 整个体，因此全能性最高 生物体内细胞由于

11、分化全能性不能表达 卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能 性很高 植物细胞离体培养在一定条件下能表现出 全能性,C,练习,题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、适宜的营养物质 B、适宜的温度 C、消毒灭菌 D、适宜浓度的生长激素,题3：某株名贵花卉用种子繁殖会发生性状分离。为了防止 性状分离并快速繁殖，可以利用该植物的一部分器官 或组织进行离体培养，发育出完整的植株。进行离体 培养时不应采用该植株的（ ） A、茎尖 B、子房壁 C、叶片 D、花粉粒,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？

12、,课本P38 思考与探究,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,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。,异想天开,植物细胞工程的实际应用,

13、繁殖植物的新途径 微型繁殖 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,药物，香料，蛋白质等,概念：应用 ，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技术） 原理：植物细胞的( ) 优点：繁殖率高，可大批量生产 取材少 培养周期短 保持( ),微型繁殖,组织培养技术,全能性,优良性状,讨论：人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，这是利用了该项技术的哪些特点？,提示：植物“微型”繁殖技术具有高效性和可以保持种苗的优良遗传特性的优势。工厂化大规模育苗生产正是利用了植物“微型”繁殖技术的这两方面优势。利用植物“微型”繁殖技术我们可以在短时间中获得大量的优质种苗。,作物脱毒

14、,病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低，品质变差 ( )附近（茎尖、根尖）的病毒极少，甚至没有 采用( )技术来脱除病毒,分生区,茎尖组织培养,人工种子,种 子 的 结 构,常规种子植物生产的不足,不少植物需要生长数年才能结出种子 优良杂种的后代因发生性状分离而丧失其优良特性 种子的生产受季节、气候和地域的限制 制种需要占用大量土地,3、人工种子,结构： +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： 原理：,人工薄膜,组织培养,细胞全能性,人工种子,用人工种皮包被体细胞胚，可以制造人工种子 人工种皮：藻酸钠 解决有些植物结子困难

15、、发芽率低、繁殖困难等问题,课本P40,针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。 还可以加入生长调节剂,（二）作物新品种的培育,1、单倍体育种,选择 亲本,有性 杂交,F1代,花粉离 体培养,单倍体 植 株,诱 变 染色体加倍,可 育 纯合子,选择所 需类型,过程,优点 后代都是纯合子，能稳定遗传 明显缩短育种年限，加速育种进程,2、突变体的利用,利用组织培养时， 状态的细胞易受培养条件和外界压力（如射线，化学物质等）的影响而产生突变的原理，诱导并筛选出对人类有用的突变体。,分生,三、细胞产物的工厂化生产,红豆杉与紫杉醇,人参皂甙的生产,（ 三）细胞产物的工厂化生产,1、细胞产物的种类 蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等 2、技术 植物的组织培养,植物组织培养大量生产紫草素,现在已有胡萝卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡胶等几十种植物的人工种子试种成功，但由于成本较高，中国尚未应用于生产。,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