植物細胞工程的基本技術

1、專題2 細胞工程,細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法, 水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學技術,細胞,細胞器,概念,按操作對象分,植物細胞工程,動物細胞工程,理論基礎,植物細胞工程,植物組織培養(yǎng) （最基本,植物體細胞雜交,植物細胞的全能性,基本技術,大多數植物都是由受精卵（有性生殖）發(fā)育而來的，那么由植物的體細胞如葉子、花瓣，甚至一?；ǚ勰馨l(fā)育成一棵完整的植株嗎？為什么？應該如何操作,一、細胞的全能性,具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞,都具有發(fā)育成完整生物體的潛能,即每個細胞都具有全能性,A、植物細胞動物細胞 B、受精卵生殖細胞

2、體細胞; C、幼嫩組織細胞成熟組織細胞,1、概念,2、細胞全能性大小,規(guī)律：發(fā)育時間越早，細胞全能性越高，分裂能力越強，分化程度越低,4、生物體內細胞并沒有表現出全能性，而是分化成為不同的組織器官的原因,3、細胞具有全能性的原因,生物體的每一個細胞都含有該物種個體生長發(fā)育所需要的全套基因,細胞中的基因在特定的時間和空間條件下選擇性表達的結果,怎樣才能由一塊組織通過培養(yǎng)得到一株完整植株,應該如何操作,科學家利用菊花花瓣培養(yǎng)的菊花,1.概念： 植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的

3、植株,二、植物組織培養(yǎng)技術（無性繁殖,2.原理：植物體細胞具有全能性,3、過程,離體的植物組織、器官或細胞（外植體，消毒,脫分化,無菌接種、誘導（一定的營養(yǎng)、植物激素、避光,愈傷組織,再分化,試管苗,移栽大田,胚狀體或叢芽（具生根芽能力,二、植物組織培養(yǎng)技術（無性繁殖,含有不同激素的分化培養(yǎng)基，需光,1）愈傷組織,排列疏松、高度液泡化而無定形狀的薄壁細胞。無葉綠體，蔗糖供能，代謝類型為異養(yǎng)需氧型，進行有絲分裂,2）植物細胞的脫分化,3）植物細胞的再分化,就是讓已分化的細胞，經過誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程，又稱去分化。實質是提高細胞的全能性過程，結果是形成愈傷組織,脫

4、分化產生的愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新分化形成胚狀體或叢芽的過程,避光,需光，自養(yǎng)需氧型,4）決定植物脫分化、再分化的關鍵因素是什么,植物激素的種類和比例,適中：誘導愈傷組織,高：利于根的分化、抑制芽的形成（胚狀體,低：利于芽的分化、抑制根的形成（叢芽,5）兩個階段：脫分化和再分化,4、植物細胞表現出全能性的條件,離體（前提） 一定的營養(yǎng)物質（蔗糖、水和無機機鹽等）、植物激素（細胞分裂素、生長素）。 適宜的溫度、pH、無菌、光照的控制等外界條件,試管苗大規(guī)模培養(yǎng),1、在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作,無菌技術是植物組織培養(yǎng)能否獲得成功的關鍵。原因是防止雜菌污染，雜菌

5、繁殖快，會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)和空間，并產生代謝廢物毒害培養(yǎng)物,討論,P35,2、為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)成小植株嗎,因為這部分容易誘導形成愈傷組織；胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難,討論,外植體的選?。荷L旺盛的幼嫩組織（全能性高、分裂能力強、分化程度低），易誘導脫分化和再分化,脫分化,再分化,植物組織培養(yǎng)的過程,離體的,已分化組織或細胞,幼芽或幼根,條件,優(yōu)點,特點,繁殖速度快 不受季節(jié)限制 工廠化生產 . .,適宜溫度、 pH、避光、無菌環(huán)境。 適宜的營養(yǎng)和植物激素,高度液泡化、排列疏松、無規(guī)則的薄壁細胞。無

6、葉綠體,分化程度低去分化較易,植物激素： 生長素、細胞分裂素,小結,理論基礎,細胞的全能性,知識拓展,當細胞分裂素和生長素共同使用時，能刺激愈傷組織的形成，而通過調節(jié)二者的濃度比，就可以調控植物細胞培養(yǎng)過程中芽和根的形成，稱為“激素杠桿”。 具體內容詳見P42拓展視野,生長素,細胞分裂素,根,愈傷組織,芽,三、植物體細胞雜交技術：重點 理解,不能 存在生殖隔離,嘗試用這兩種植物的體細胞進行雜交,這幅番茄馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現嗎？為什么,蕃茄,馬鈴薯,三、植物體細胞雜交技術,番茄-馬鈴薯植株,1你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？ 植物細胞外面有一層細胞壁

7、，這層細胞壁阻礙著細胞間的雜交。 2有沒有一種溫和的去壁方法呢？ 纖維素酶和果膠酶去除細胞壁（酶解法） 3、植物細胞去掉細胞壁后叫什么？ 原生質體 4為什么兩個原生質體能發(fā)生融合，這與細胞膜的什么特性有關？(細胞融合的基礎,請思考,細胞膜具有一定的流動性,7如何將雜種細胞培育成雜種植株,5、人工誘導原生質體融合的方法有哪些,物理法,化學法,離心、振動、電激等,PEG,植物組織培育技術,6原生質體融合的標志是什么,產生新的細胞壁,8植物體細胞雜交技術完成的標志是什么,獲得雜種植株,9、植物體細胞雜交的原理是什么,細胞膜的流動性、植物細胞的全能性,三、植物體細胞雜交技術（無性繁殖,1.過程：如圖所

8、示,1）去壁方法,2）誘導原生質體融合的方法,4）原生質體融合完成的標志,3）原生質體融合的基礎,纖維素酶和果膠酶（酶解法,物理法：離心、振動、電刺激 化學法：PEG,細胞膜具有一定的流動性,產生新的細胞壁,脫分化,再分化,植物組織培養(yǎng),三、植物體細胞雜交技術（無性繁殖,脫分化,再分化,植物組織培養(yǎng),1.過程：如圖所示,5)在誘導劑的作用下形成的雜種細胞有3種（AA型、BB型、AB型），可用選擇培養(yǎng)基篩選出AB型雜種細胞,6）植物體細胞雜交技術完成的標志,獲得雜種植物,7)雜種植物的特征：具備兩種植物的遺傳性狀。原因是雜種植物中含有兩種植物的遺傳物質,雜種植株,融合的原生質體AB,再生出細胞壁

9、,脫分化,愈傷組織,再分化,1、過程,植物細胞的融合,植物組織培養(yǎng),植物細胞A,原生質體B,原生質體A,雜種細胞AB,去 壁,去 壁,人 工 誘 導,植物細胞B,三、植物體細胞雜交技術無性繁殖,2、概念,將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術,4、意義,5、未解決的問題： 未能讓雜種植物按照人們的需要表現出親代的優(yōu)良性狀，如蕃茄馬鈴薯,1）克服遠緣雜交不親和的障礙（2）擴大基因重組的范圍,3、原理,細胞膜具有一定的流動性和細胞的全能性,三、植物體細胞雜交技術無性繁殖,1.為什么“番茄馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬

10、鈴薯,主要原因是：細胞中基因選擇性表達的結果。生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，所以馬鈴薯番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯就是很自然的了,課本38頁 思考與討論,嫁接獲得的番茄馬鈴薯,1、有關全能性的表述中，不正確的是（ ） 受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完 整個體，因此全能性最高 生物體內細胞由于分化全能性不能表達 卵細胞和受精卵一樣，細胞未分化，全能 性很高 在一定條件下,植物細胞離體培養(yǎng)能表現出 全能性,C,反饋練習,2、下列

11、有關細胞全能性含義的敘述，正確的是,A、每個生物體內的所有細胞都具有相同的功能,B、生物體內的任何一個細胞可以完成該個體的全 部功能,C、生物體的每一個活細胞都具有發(fā)育成完整個體 的潛能,D、 生物體的每個細胞都經過產生、分裂、分化、 生長、衰老、死亡的全過程,C,3.下列屬于組織培養(yǎng)的是：（ ） A.花粉培養(yǎng)成單倍體植株 B.芽發(fā)育成枝條 C.根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū) D.未受精的卵發(fā)育成雄蜂,A,想一想：判斷全能性的標志是什么,4、在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷 組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的？ A、適宜的營養(yǎng)物質 B、適宜的溫度 C、消毒滅菌 D、適宜濃度的生長激素,D

12、,5、植物組織培養(yǎng)過程中的脫分化是指 （ ） A植物體的分生組織通過細胞分裂產生新細胞 B未成熟的種子經過處理培育出幼苗的過程 C植物的器官、組織或細胞，通過離體培養(yǎng)產生愈傷組織的過程 D. 取植物的枝芽培育成一株新植物的過程,C,6、植物學家將胡蘿卜的韌皮部細胞分離出來，將單個細胞放入特定培養(yǎng)基中培養(yǎng)，獲得了許多完整的植株，這些植株的特點是（ ） A彼此性狀極為相似 B都是單倍體植株 C植株的變異頻率較高 D都是純合體的植株,A,同一株綠色開花植物的不同部位細胞，經組織培養(yǎng)獲得的植株的基因型一定相同嗎？所有的花粉細胞形成的植株的基因型一定相同嗎？所有的體細胞形成的植株的基因型一定相同嗎,不一

13、定，花粉作為外植體發(fā)育成單倍體，體細胞作為外植體發(fā)育成二倍體。 由于花粉基因型不一定相同，所以所有的花粉細胞形成的植株的基因型不一定相同；由于所有的體細胞基因型相同，所以所有的體細胞形成的植株的基因型相同,想一想,6、某株名貴花卉用種子繁殖會發(fā)生性狀分離。為了防止性狀分離并快速繁殖，可以利用該植物的一部分器官或組織進行離體培養(yǎng)，發(fā)育出完整的植株。進行離體培養(yǎng)時不應采用該植株的（ ） A、莖尖 B、子房壁 C、葉片 D、花粉粒,D,下圖是植物組織培養(yǎng)的簡略表示。據此回答： 脫分化 再分化 （1）表示 ，它能被培養(yǎng)成為的根本原因是。 （2）表示，它與相比分化程度，全能性。（3）若是花藥，則是 ，繼續(xù)對 其使用處理可獲得正常植株，該過程稱為。（4）若是胡蘿卜根尖細胞，則培養(yǎng)成的的葉片的顏色是，這說明根尖細胞。（5）若利用此項技術制造治療燙傷、割傷的藥物紫草素，培養(yǎng)將進行到（填編號）,離體的植物器官、組織或細胞,植物細胞的全能性,愈傷組織,低,高,單倍體植株,秋水仙素,純合,單倍體育種,綠色,含有與葉綠體形成相關的基因,1.在植物組培過程中，為什么要進行一系列的消毒，