植物细胞工程使用

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1、专题专题2 2 细胞工程细胞工程 19961996年年7 7月月5 5日日, ,世界上第一只体细胞克隆世界上第一只体细胞克隆动物动物-克隆羊克隆羊多利多利诞生于英国诞生于英国, , 标志着一标志着一种新的生物技术种新的生物技术-动物体细胞克隆技术面世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也揭开细胞工程更深层次发展的序幕! ! 基因工程是指按照人们的愿望基因工程是指按照人们的愿望, ,进行进行严格的设计严格的设计, ,并通过体外并通过体外DNADNA重组技术和转重组技术和转基因等技术基因等技术, ,赋予生物以赋予生物以新的遗传特性新的遗传特性, ,从从而创造出更符合人们需

2、要的新的生物类型而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，是在和生物产品，是在DNADNA分子水平分子水平进行设计进行设计和施工的一门综合科学技术。和施工的一门综合科学技术。什么叫基因工程？什么叫基因工程？ 细胞工程是指应用细胞生物学和分子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，通过生物学的原理和方法，通过细胞水平细胞水平或或细细胞器水平胞器水平上的操作，按照人们的意愿来上的操作，按照人们的意愿来改改变变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞产品获得细胞产品的一的一门综合科学技术。门综合科学技术。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？按操作对按操作对象分类象分类植物细胞工程植

3、物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程细胞工程细胞工程 应用的原理和方法应用的原理和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学细胞整体水细胞整体水平或细胞器平或细胞器水平水平按照人们的意愿来按照人们的意愿来改变细胞内的遗传改变细胞内的遗传物质或获得细胞产物质或获得细胞产品品 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。如:克隆多莉羊技术是细胞水平上的技术，培育抗虫棉是分子水平上的技术。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 植物组织培养植物组织培养 植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物细胞的全能性植物细胞的全能性2

4、.1植物细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术实例：非洲紫罗兰的组织培养：实例：非洲紫罗兰的组织培养：胡胡萝萝卜卜的的组组织织培培养养回忆、思考回忆、思考1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？2、植物组织培养技术的理论基础是什么？离体的器官、组织或细胞离体的器官、组织或细胞脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织再分化再分化为为根和芽根和芽完整植株完整植株植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性3、什么叫做细胞全能性？动物细胞具有全能性吗？ 具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞, ,都具有都具有发育成完整生物体的潜能发育成完整生物体的潜能,

5、,即每个细胞都具有全能性。即每个细胞都具有全能性。4、生物体所有细胞全能性都一致吗？受精卵受精卵 生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞; ;植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞科学利用菊花花瓣培养的菊花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的植株呢？ 细胞失去了全能性细胞失去了全能性细胞中的基因部分丢失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进行选择性表达细胞中的基因变异不同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为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？ 怎样才能由一块组织

6、怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整通过培养得到一株完整植株植株, , 应该如何操作应该如何操作? ?1. 1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，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？灭菌，并且要求无菌操作？3 3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能、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？培养成小植株吗？离体条件、一定的营养物质、离体条件、一定的营养物质、激素和其他外界条件激素和其他外界条件避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，

7、且有些杂菌会危害培养物的生长。且有些杂菌会危害培养物的生长。想一想想一想 胡萝卜根胡萝卜根形成层形成层容易诱导成愈伤组容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。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？、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、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。术的流程图，并与同学交流。在有光时，往往容易形成维管在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。组织，而不易形成愈伤组织。切取切取形成层形成层无菌无菌接种接

8、种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成培养室培养室移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化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，这个过程叫做再分化。等器官，这个过程叫做再分化。外植体：外植体：愈伤组织：愈伤组织：脱分化（去分化）：脱分化（去分化）：再分化：再分化：用于离体培养的植物器官、组织或细胞用于离体培养的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段离体的植物器官、组织或细胞，在培养了一段时间以后，会通过细胞分裂，形成一团细胞而时间以后，会通过细胞分裂，形成一团细胞而形成的组织

9、叫愈伤组织。形成的组织叫愈伤组织。愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。由高度分化的植物器官、组织或细胞由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。的脱分化。关键概念：关键概念：因为不同种生物之间存因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。不可能做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实

10、现这一美妙的设想。细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术这幅番茄这幅番茄马铃薯图利马铃薯图利用传统有性杂交方法能用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？实现吗？为什么？n n1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完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？成融合，遇到的第一个障碍是什么？n n2 2有没有一种温和的去壁方法呢？有没有一种温和的去壁方法呢？n n3 3为什么两个原生质体能发生融合，这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？与细胞膜的什么特性有关？n n4 4如果两个来源不同的原生质体发生了如果两个来源不同的

11、原生质体发生了融合，下一步该做何处理？融合，下一步该做何处理？n n5 5如何将杂种细胞培育成杂种植株？如何将杂种细胞培育成杂种植株？请思考：请思考：植物体细胞杂交过程图二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术杂杂种种植植株株融合的融合的原生质原生质体体ABAB再再生生出出细细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤伤组组织织再再分分化化1 1、过程、过程植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养植物细胞植物细胞A A原生质体原生质体B B原生质体原生质体A A杂种杂种细胞细胞ABAB去去 壁壁去去 壁壁人人工工诱诱导导方法？方法？促进融合促进融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的标志标志植

12、物细胞植物细胞B B细胞壁：细胞壁： 1 1， 阻碍植物体细胞的杂交阻碍植物体细胞的杂交 2 2， 除壁酶：纤维素酶、果胶酶除壁酶：纤维素酶、果胶酶诱导融合方法：诱导融合方法： 1 1，物理法：离心、振动、电刺激等，物理法：离心、振动、电刺激等 2 2，化学法：聚乙二醇，化学法：聚乙二醇二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术2、概念 将不同种的植物体细胞，在一定条件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。成新的植物体的技术。3、成果和未解决的问题 成果：克服不同生物远缘杂交的障碍，出成果：克服不同生物远缘杂交

13、的障碍，出 现自然界没有的新品种现自然界没有的新品种。未解决的问题：未能让杂种植物按照人们未解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良性状。的需要表现出亲代的优良性状。白菜白菜白菜白菜甘蓝甘蓝甘蓝甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝同普通的白菜比同普通的白菜比, ,具有生长周期短、耐热性强和易于贮具有生长周期短、耐热性强和易于贮藏等优点。又相继培育出了：烟草海岛烟草；胡萝藏等优点。又相继培育出了：烟草海岛烟草；胡萝卜羊角芹卜羊角芹1 1、不能人工诱导原生质体融合的方法、不能人工诱导原生质体融合的方法是（是（ ）A A、振动、振动 B B、电刺激、电刺激C C、PEGPEG试剂试

14、剂 D D、重压、重压2 2、植物细胞融合完成的标志的是（、植物细胞融合完成的标志的是（ ）A A、产生新的细胞壁、产生新的细胞壁 B B、细胞膜发生融合、细胞膜发生融合C C、细胞质发生融合、细胞质发生融合 D D、细胞核发生融合、细胞核发生融合A AD D1、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（、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胞分化的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果 B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果、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愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果 D 、愈

15、伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果D2 2、下列属于组织培养的是（、下列属于组织培养的是（ ）nA. A. 花药离体培养成单倍体植株花药离体培养成单倍体植株nB. B. 芽发育成枝条芽发育成枝条nC. C. 根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区nD. D. 利用桑枝条扦插大田并发育成利用桑枝条扦插大田并发育成完整植株完整植株3 3 3 3、若用、若用、若用、若用“ “ “ “ ” 表示植物组织培养的过程。请回答：表示植物组织培养的过程。请回答：表示植物组织培养的过程。请回答：表示植物组织培养的过程。请回答： （1 1 1 1） 表示表示表示表

16、示 ， 能被培养成为能被培养成为能被培养成为能被培养成为的根本原因是的根本原因是的根本原因是的根本原因是（2 2 2 2） 表示表示表示表示 ， 脱分化再分化再分化离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性愈伤组织愈伤组织4、有关全能性的表述中，不正确的是（、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，因此全能性最高整个体，因此全能性最高 生物体内细胞由于分化全能性不能表达生物体内细胞由于分化全能性不能表达 卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能卵细胞和受精卵一样，细胞未分化

17、，全能 性很高性很高 植物细胞离体培养在一定条件下能表现出植物细胞离体培养在一定条件下能表现出 全能性全能性C杂杂种种植植株株融合的融合的原生质原生质体体ABAB再再生生出出细细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤伤组组织织再再分分化化1 1、过程、过程植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养植物细胞植物细胞A A原生质体原生质体B B原生质体原生质体A A杂种杂种细胞细胞ABAB去去 壁壁去去 壁壁人人工工诱诱导导方法？方法？促进融合促进融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的标志标志植物细胞植物细胞B Bn2、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

18、铃薯？ 生物基因的表达不是孤立的，他们生物基因的表达不是孤立的，他们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃之间是相互调控、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。株中的遗传物质一样有序表达。植物材料植物材料诱导出愈伤组织诱导出愈伤组织除去细胞壁，得到原生质体除去细胞壁，得到原生质体 动物胚胎细胞培养动物胚胎细胞培养 融合的胚胎细胞培养融合的胚胎细胞培养 分裂形成胚胎分裂形成胚胎

19、将胚移植到代孕母的子宫中将胚移植到代孕母的子宫中 动植物杂交种出生动植物杂交种出生电脉冲融合电脉冲融合2、1、2植物细胞工程的实际应用植物细胞工程的实际应用：阅读课本阅读课本P38-41页，思考下列问题页，思考下列问题（1）什么叫植物的微型繁殖技术？）什么叫植物的微型繁殖技术？ 有什么优点？有什么优点？（2）人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，利）人们利用植物的微型繁殖技术来进行工厂化育苗生产，利用了该技术的那些优点？用了该技术的那些优点？（3）为何利用植物的组织培养可获得脱毒苗？）为何利用植物的组织培养可获得脱毒苗？ （4）为什么要生产人工种子？什么叫人工种子？）为什么要生产人工

20、种子？什么叫人工种子？（5）人工种子有哪些天然种子没有的优点？）人工种子有哪些天然种子没有的优点？ （6）人工种皮中应该具有的有效成分是什么？）人工种皮中应该具有的有效成分是什么？ 还可以加入什还可以加入什么物质促进胚状体发育？么物质促进胚状体发育？ 高效、保持优良性状高效、保持优良性状 有效成分：养分、无机盐、有机碳源、以及农药、抗生素、有效成分：养分、无机盐、有机碳源、以及农药、抗生素、有益菌等有益菌等，还可以加入一些植物生长调节剂还可以加入一些植物生长调节剂。人工种子人工种子： 以植物组织培养得到的以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和胚状体、不定芽、顶芽和腋芽腋芽等为材料，经过人工

21、薄膜包装得到的种子。等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。优点：优点： 不受季节限制，不会造成性状改变，方便运输和不受季节限制，不会造成性状改变，方便运输和储藏。储藏。制备人工种皮的材料制备人工种皮的材料： 海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等，使种海藻酸钠、明胶、树脂、琼脂糖、淀粉等，使种皮有韧性，耐压易于运输和储存，对胚状体无害。皮有韧性，耐压易于运输和储存，对胚状体无害。小结：植物细胞工程的实际应用小结：植物细胞工程的实际应用：（1）植物繁殖的新途径）植物繁殖的新途径 ： 微型繁殖、作物脱毒、人工种子微型繁殖、作物脱毒、人工种子（2）作物新品种的培育）作物新品种的培育： 单倍体育种、突变体的利用单倍体育种、突变体的利用（3）细胞产物的工厂化生产）细胞产物的工厂化生产： 蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等诱导植物愈伤组织诱导植物愈伤组织体细胞胚的诱导体细胞胚的诱导体细胞胚的成熟体细胞胚的成熟机械化包装机械化包装储藏或种植储藏或种植人人工工种种子子制制备备的的流流程程图图再分化再分化花粉花粉 接种接种花粉细胞培养花粉细胞培养愈伤组织愈伤组织分化出小植物分化出小植物脱分化脱分化移栽移栽单倍体植株单倍体植株染色体加倍染色体加倍正常植株正常植株花药组织培养和染色体加倍的实验流程花药组织培养和染色体加倍的实验流程