人教版生物 植物細(xì)胞工程分析

1、細(xì)胞工程細(xì)胞工程合肥八中 宋 暉專題專題2 2澳洲朱焦穴盤苗澳洲朱焦穴盤苗 指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過某種指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。術(shù)。 應(yīng)用的原理和方法應(yīng)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細(xì)胞生物學(xué)和分細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)子生物學(xué)細(xì)胞整體水平細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平或細(xì)胞器水平按照人們的意愿來改變按照人們的意愿

2、來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品得細(xì)胞產(chǎn)品( (定向改造）定向改造）細(xì)胞工程細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) 植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交動物細(xì)胞工程動物細(xì)胞工程如何把某種植物的一塊組織通過如何把某種植物的一塊組織通過培養(yǎng)得到一株完整植株培養(yǎng)得到一株完整植株? ?1、原理原理：細(xì)胞細(xì)胞的全能性的全能性（1）概念）概念: 已高度分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個體的潛能。 （2）原因）原因： 生物體細(xì)胞含有本物種所特有的全套遺傳信息。（3）全能性）全能性高低：高低： 受精卵胚胎干細(xì)胞生殖細(xì)胞體細(xì)胞植物細(xì)胞動物細(xì)胞實(shí)驗(yàn)胡蘿卜的組織培養(yǎng)(1)(1)在組織培養(yǎng)

3、實(shí)驗(yàn)中，為什么要強(qiáng)調(diào)所在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用器械的滅菌和實(shí)驗(yàn)人員的無菌操作？用器械的滅菌和實(shí)驗(yàn)人員的無菌操作？ 防止雜菌污染，因?yàn)殡s菌生長快，會和培防止雜菌污染，因?yàn)殡s菌生長快，會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)。雜菌生長過程中會產(chǎn)生有害養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)。雜菌生長過程中會產(chǎn)生有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物迅速死亡。的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物迅速死亡。(2)(2)在本實(shí)驗(yàn)中，切取胡蘿卜塊根時強(qiáng)調(diào)要切取在本實(shí)驗(yàn)中，切取胡蘿卜塊根時強(qiáng)調(diào)要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導(dǎo)形成愈傷含有形成層部分，原因是這部分容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）

4、，是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實(shí)驗(yàn)的方法花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證嗎？進(jìn)行驗(yàn)證嗎？胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導(dǎo)愈傷組織比較困難。生形成小植株，只是誘導(dǎo)愈傷組織比較困難。2、植物組織培養(yǎng)的條件植物組織培養(yǎng)的條件v內(nèi)因（材料）：離體細(xì)胞、組織或器官（內(nèi)因（材料）：離體細(xì)胞、組織或器官（外植體外植體）v外因：外因： 適宜適宜的外界環(huán)境條件，例如無菌、適宜的溫度、濕度、的外界環(huán)境條件，例如無菌、適宜的溫度、濕度、光照等光照等 培養(yǎng)基培養(yǎng)基（一定的營養(yǎng)物質(zhì)，激素一定的營養(yǎng)物質(zhì)，激素）v植物組織培養(yǎng)的培

5、養(yǎng)基植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基 無機(jī)營養(yǎng)成分：無機(jī)鹽離子 有機(jī)營養(yǎng)成分： 含N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸 碳源：2%5%的蔗糖溶液，調(diào)節(jié)滲透壓 激素：生長素，細(xì)胞分裂素和赤霉素 瓊脂：起支持作用PH值：5.06.03、 植物組織培養(yǎng)的基本過程植物組織培養(yǎng)的基本過程v 外植體外植體 愈傷組織愈傷組織 胚狀體胚狀體已分化出根、已分化出根、芽芽 （消毒）（消毒）分化程度降低，分化程度降低，分裂能力增強(qiáng)分裂能力增強(qiáng)重新分化出組織器重新分化出組織器官的過程（官的過程（細(xì)胞分細(xì)胞分裂素、生長素裂素、生長素）l 整個過程必須保證整個過程必須保證無菌無菌環(huán)境。環(huán)境。l 細(xì)胞分化細(xì)胞分化程度與細(xì)胞分裂能力呈程度與細(xì)胞分

6、裂能力呈負(fù)相關(guān)。負(fù)相關(guān)。脫分化脫分化遮光遮光再分化再分化光照光照v 愈傷組織：離體的植物愈傷組織：離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在器官、組織或細(xì)胞，在培養(yǎng)一段時間以后，通培養(yǎng)一段時間以后，通過細(xì)胞分裂，形成一種過細(xì)胞分裂，形成一種排列疏松無規(guī)則、高度排列疏松無規(guī)則、高度液泡化、無定形態(tài)的薄液泡化、無定形態(tài)的薄壁細(xì)胞壁細(xì)胞組成的組織。組成的組織。植物組織培養(yǎng)（試管苗的形成）植物組織培養(yǎng)（試管苗的形成）試管苗大規(guī)模培養(yǎng)試管苗大規(guī)模培養(yǎng)移栽移栽經(jīng)過煉苗的小苗，可以和一般植物一樣進(jìn)行大規(guī)模栽培植物組織培養(yǎng)的概念：植物組織培養(yǎng)的概念：在在無菌和人工控制的條件下將無菌和人工控制的條件下將離體的植物器官、組離

7、體的植物器官、組織、細(xì)胞織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予一定的，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予一定的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織和培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織和胚狀體胚狀體，最終形成完，最終形成完整的植株。整的植株。 1 1、定義：、定義： 將兩個來自不同植物的體細(xì)胞融合成一個雜種細(xì)胞，且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的過程。 2 2、優(yōu)勢、優(yōu)勢：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，拓展了可用于雜交的親本組合范圍。（與有性雜交方法比較）與有性雜交方法比較） (1)(1)(2)(3)(4)(5)標(biāo)志標(biāo)志去壁去壁植物植物A A細(xì)胞細(xì)胞植物植物B B細(xì)胞細(xì)胞去壁去壁原生質(zhì)體原生質(zhì)體A A原生質(zhì)體原生質(zhì)體B

8、B原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合融合體融合體再生壁再生壁雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂愈傷組織愈傷組織雜種植株雜種植株v細(xì)胞壁如何去除？細(xì)胞壁如何去除？v原生質(zhì)層如何融合？融合的基礎(chǔ)是什么？原生質(zhì)層如何融合？融合的基礎(chǔ)是什么？v雜交完成的標(biāo)志是什么？雜交完成的標(biāo)志是什么？v最后通過什么手段得到新個體最后通過什么手段得到新個體 ？去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等） 原生質(zhì)體融合方法原生質(zhì)體融合方法：物理法：離心、振動、電刺激等 化學(xué)法：聚乙二醇（PEG） 細(xì)胞融合的基礎(chǔ)：細(xì)胞融合的基礎(chǔ)： 細(xì)胞膜的流動性雜交成功的標(biāo)志：雜交成功的標(biāo)志：獲得新個體的方法：獲得新個體的方法：雜種

9、細(xì)胞生出新的細(xì)胞壁 植物組織培養(yǎng)1.1.為什么為什么“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”超級雜種植株沒有超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)如科學(xué)家所想像的那樣，地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯？馬鈴薯？ 主要原因是：主要原因是：生物基因的表達(dá)不是孤立的，它生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，們之間是相互調(diào)控、相互影響的，馬鈴薯馬鈴薯番茄雜番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，薯或番茄植株中的

10、遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，所以所以雜雜交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯。交植株不能地上長番茄、地下結(jié)馬鈴薯。2.2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動物自然界中有一種含有葉綠體的原生動物眼蟲，說明植物眼蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動物細(xì)胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛?xì)胞的細(xì)胞器同樣可以在某些動物細(xì)胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛?xì)胞與植物細(xì)胞之間可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請?jiān)O(shè)計(jì)出與植物細(xì)胞之間可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案。具體實(shí)驗(yàn)方案。植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)所屬所屬范疇范疇原理原理步驟步驟意義意義聯(lián)系聯(lián)系無性繁殖無性繁殖細(xì)胞全能性細(xì)胞全能性脫

11、分化脫分化再分化再分化保持優(yōu)良性狀保持優(yōu)良性狀繁殖速度快、大規(guī)模生產(chǎn)繁殖速度快、大規(guī)模生產(chǎn)提高經(jīng)濟(jì)效益提高經(jīng)濟(jì)效益雜交技術(shù)應(yīng)用了組織培養(yǎng)雜交技術(shù)應(yīng)用了組織培養(yǎng)克服不同種生物遠(yuǎn)源雜交克服不同種生物遠(yuǎn)源雜交的障礙的障礙去除細(xì)胞壁去除細(xì)胞壁融合形成雜種細(xì)胞融合形成雜種細(xì)胞組織培養(yǎng)組織培養(yǎng)膜流動性膜流動性細(xì)胞全能性細(xì)胞全能性染色體變異、基因重組染色體變異、基因重組植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是：A、振動 B、電刺激、 C、PEG試劑、 D、重壓植植物物細(xì)細(xì)胞胞工工程程的的實(shí)實(shí)際際應(yīng)應(yīng)用用1.單倍體育種單倍體育種2.突變體的利用突變體的利用1、微型、微型繁殖繁殖(屬無性繁殖屬無

12、性繁殖)(1)微型繁殖技術(shù)（快速繁殖技術(shù)）：快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù).(2)特點(diǎn)：保持優(yōu)良品種的遺傳特性；高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖。2、培育、培育脫毒作物脫毒作物材料:無病毒的莖尖（分生區(qū)）脫毒苗:切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得3、人工、人工種子種子v 用人工種皮包被體細(xì)胞胚，可以制造人工種子v 人工種皮：藻酸鈉v 解決有些植物結(jié)子困難、發(fā)芽率低、繁殖困難等問題胚胚胚乳胚乳種皮種皮 現(xiàn)在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡膠等幾十種植物的人工種子試種成功，但由于成本較高，中國尚未應(yīng)用于生產(chǎn)。1.1.單倍體育種單倍體育種（1 1）方法）方法: :（2 2）過程：）過程：花藥

13、離體培養(yǎng)花藥離體培養(yǎng)花 藥 離體 培 養(yǎng)組 織萌 發(fā)自 交人 工 誘 變?nèi)?色 體 加 倍培 養(yǎng)發(fā) 育單 倍 體 植 株正 常植 株種 子(純 合 體 ) 新 植 株(新 品 種 )第 一 年第 二 年（3）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn): 后代穩(wěn)定遺傳后代穩(wěn)定遺傳,都是純合體都是純合體; 明顯縮短育種年限。明顯縮短育種年限。2.2.突變體的利用突變體的利用 (1)(1)產(chǎn)生產(chǎn)生: :植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng) (2)(2)利用利用: :篩選對人們有利突變體篩選對人們有利突變體, ,進(jìn)而培育進(jìn)而培育新品種新品種1.1.種類：種類： 蛋白質(zhì)，脂肪，糖類，藥物，香料，生蛋白質(zhì)，脂肪，糖類，藥物，香料，生物堿等。物堿等。2.2.技術(shù)：技術(shù)： 植物的組織培養(yǎng)植物的組織培養(yǎng) 紫草紫草紫草素紫草素 愈傷組織愈傷組織植物組織培養(yǎng)大量生產(chǎn)紫草素 生姜是藥食兩用的經(jīng)濟(jì)作物，具有栽培容易、產(chǎn)量高、價格高等特點(diǎn)，近年在各地發(fā)展很快。但是生姜在生產(chǎn)上長期采用無性繁殖，容易感染多種病毒病，使生姜品質(zhì)變差，葉子皺縮，生長緩慢，一般減產(chǎn)30%50%。設(shè)計(jì)無毒生姜幼苗的培育方案。設(shè)計(jì)無毒生姜幼苗的培育方案。請你設(shè)計(jì)請你設(shè)計(jì)如何培育出上結(jié)大豆、下結(jié)如何培育出上結(jié)大豆、下結(jié)花生的新品種？花生的新品種？請你們討論后設(shè)計(jì)請你們討論后設(shè)計(jì) 【08江蘇江蘇高考高考】下列下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述中，錯誤的是中，錯誤