植物細(xì)胞工程(新)

1、 19961996年年7 7月月5 5日日, ,世界上第一只體細(xì)胞克隆世界上第一只體細(xì)胞克隆動(dòng)物動(dòng)物-克隆羊克隆羊多利多利誕生于英國(guó)誕生于英國(guó). .這樣的生物技術(shù)屬于何種生物工程？這樣的生物技術(shù)屬于何種生物工程？細(xì)胞工程細(xì)胞工程 細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過(guò)生物學(xué)的原理和方法，通過(guò)細(xì)胞水平細(xì)胞水平或或細(xì)細(xì)胞器水平胞器水平上的操作，按照人們的意愿來(lái)上的操作，按照人們的意愿來(lái)改改變變細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)或或獲得細(xì)胞產(chǎn)品獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一的一門綜合科學(xué)技術(shù)。門綜合科學(xué)技術(shù)。什么叫細(xì)胞工程？包括哪兩什么叫細(xì)胞工程？包括哪兩大領(lǐng)域？大

2、領(lǐng)域？細(xì)細(xì)胞胞工工程程應(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)和細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)分子生物學(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(lái)改按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品或獲得細(xì)胞產(chǎn)品概念概念分類分類植物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程 蘭花因高雅美麗而蘭花因高雅美麗而深受人們喜愛(ài)。蘭花常深受人們喜愛(ài)。蘭花常用分根法和種子進(jìn)行繁用分根法和種子進(jìn)行繁殖。在蘭花的常規(guī)繁殖殖。在蘭花的常規(guī)繁殖中，遇到的難題是：用中，遇到的難題是：用分根法繁殖速度緩慢，分根法繁殖速度緩慢，不利于新品種的推

3、廣不利于新品種的推廣; ;用用種子繁殖又很困難，因種子繁殖又很困難，因?yàn)樘m花的種子十分微小，為蘭花的種子十分微小，胚很纖弱，種子幾乎沒(méi)胚很纖弱，種子幾乎沒(méi)有儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在發(fā)有儲(chǔ)藏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在發(fā)芽過(guò)程中很容易夭折。芽過(guò)程中很容易夭折。 科學(xué)家應(yīng)用多倍體育種的方法，科學(xué)家應(yīng)用多倍體育種的方法，培育出的三倍體無(wú)子西瓜，具有無(wú)子、培育出的三倍體無(wú)子西瓜，具有無(wú)子、含糖高、口感好等特點(diǎn)。含糖高、口感好等特點(diǎn)。 但因其不結(jié)種子，但因其不結(jié)種子，每年必須用四倍體和每年必須用四倍體和二倍體西瓜雜交培育二倍體西瓜雜交培育種子，不僅增加了生種子，不僅增加了生產(chǎn)成本，也給無(wú)籽西產(chǎn)成本，也給無(wú)籽西瓜的普及帶來(lái)困難。

4、瓜的普及帶來(lái)困難。2.1植物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)植物組織培養(yǎng)利用菊花花瓣微型繁殖培養(yǎng)的菊花利用菊花花瓣微型繁殖培養(yǎng)的菊花探究：探究：1、為什么運(yùn)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)能把植物離、為什么運(yùn)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)能把植物離體器官、組織或細(xì)胞培養(yǎng)成完整植物體？體器官、組織或細(xì)胞培養(yǎng)成完整植物體？植物細(xì)胞具有全能性植物細(xì)胞具有全能性。2、什么是細(xì)胞的全能性？、什么是細(xì)胞的全能性？1、定義：、定義： 生物體的細(xì)胞具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能生物體的細(xì)胞具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能的特性。的特性。 2、原理：、原理： 生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特生物體的每一個(gè)

5、細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)體所必需的全部基因，從理論上講，生物體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個(gè)體的每一個(gè)活細(xì)胞活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。都應(yīng)該具有全能性。 3、差異：、差異： （1 1） 受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 （2 2）植物細(xì)胞全能性植物細(xì)胞全能性 動(dòng)物細(xì)胞全能性動(dòng)物細(xì)胞全能性 (3) 一、植物細(xì)胞的全能性一、植物細(xì)胞的全能性受精卵受精卵生殖細(xì)胞生殖細(xì)胞體細(xì)胞體細(xì)胞 1.下列植物細(xì)胞全能性最高的是（下列植物細(xì)胞全能性最高的是（ ）A.形成層細(xì)胞形成層細(xì)胞 B.韌皮部細(xì)胞韌皮部細(xì)胞 C.木質(zhì)部細(xì)胞木質(zhì)

6、部細(xì)胞 D.葉肉細(xì)胞葉肉細(xì)胞2下列細(xì)胞全能性最高的是（下列細(xì)胞全能性最高的是（ ）A植物的卵細(xì)胞植物的卵細(xì)胞B植物的精子細(xì)胞植物的精子細(xì)胞C被子植物的受精卵被子植物的受精卵D被子植物的的葉肉細(xì)胞被子植物的的葉肉細(xì)胞AC趁熱打鐵：趁熱打鐵： 要把一塊組織通過(guò)培養(yǎng)得到一株完整植株, 應(yīng)該如何操作呢?請(qǐng)同學(xué)們閱讀請(qǐng)同學(xué)們閱讀P34實(shí)實(shí)驗(yàn)完成驗(yàn)完成P35討論題。討論題。(1)(1)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(wú)菌操作？菌和實(shí)驗(yàn)人員的無(wú)菌操作？防止各種雜菌感染防止各種雜菌感染(1)(1)和培養(yǎng)物爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)；（和培養(yǎng)物爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)；（2 2）

7、雜）雜菌生長(zhǎng)過(guò)程中菌生長(zhǎng)過(guò)程中所產(chǎn)生的對(duì)培養(yǎng)物有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培所產(chǎn)生的對(duì)培養(yǎng)物有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物迅速死亡。養(yǎng)物迅速死亡。(2)(2)在本實(shí)驗(yàn)中，切取胡蘿卜塊根時(shí)為什么強(qiáng)調(diào)要切在本實(shí)驗(yàn)中，切取胡蘿卜塊根時(shí)為什么強(qiáng)調(diào)要切取含有形成層部分？取含有形成層部分？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。（3 3）請(qǐng)思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、）請(qǐng)思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實(shí)驗(yàn)葉、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

8、驗(yàn)證嗎？的方法進(jìn)行驗(yàn)證嗎？因?yàn)檫@部分容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。因?yàn)檫@部分容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。(4)(4)請(qǐng)根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，概括出植物組請(qǐng)根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡(jiǎn)圖?？椗囵B(yǎng)技術(shù)的流程簡(jiǎn)圖。切取切取形成層形成層無(wú)菌無(wú)菌接種接種誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)愈傷組織的形成的形成試管苗的形成試管苗的形成培養(yǎng)室培養(yǎng)室移栽移栽脫分化脫分化再分化再分化 植物組織培養(yǎng)就是在無(wú)菌和人工控制植物組織培養(yǎng)就是在無(wú)菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予胞，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(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、適宜的培

9、養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。叢芽，最終形成完整的植株。二、植物組織培養(yǎng)二、植物組織培養(yǎng)1、概念、概念離體的植物器官、組織或細(xì)胞離體的植物器官、組織或細(xì)胞愈傷組織愈傷組織根、芽根、芽植物體植物體外植體外植體脫分化脫分化植物激素：植物激素：細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素再分化再分化2、過(guò)程、過(guò)程植物組織培養(yǎng)條件植物組織培養(yǎng)條件： 含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無(wú)菌環(huán)境、適合的氣、無(wú)菌環(huán)境、適合的PHPH、適時(shí)光照等。適時(shí)光照等。強(qiáng)調(diào)幾個(gè)概念強(qiáng)調(diào)幾個(gè)概念： 離體的植物器官、組織或細(xì)離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在培養(yǎng)

10、一段時(shí)間以后，胞，在培養(yǎng)一段時(shí)間以后，通過(guò)細(xì)胞分裂，形成一種通過(guò)細(xì)胞分裂，形成一種一、愈傷組織：一、愈傷組織：由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過(guò)程，又稱去分化。傷組織的過(guò)程，又稱去分化。（2）脫分化的實(shí)質(zhì)和結(jié)果分別是）脫分化的實(shí)質(zhì)和結(jié)果分別是什么？什么？實(shí)質(zhì)是恢復(fù)細(xì)胞的全能性過(guò)程。實(shí)質(zhì)是恢復(fù)細(xì)胞的全能性過(guò)程。結(jié)果是形成愈傷組織。結(jié)果是形成愈傷組織。脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在培養(yǎng)過(guò)程中脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在培養(yǎng)過(guò)程中重新分化根或芽等器官的過(guò)程。重新分化根或芽等器官的過(guò)程。二、（二、（1）植物細(xì)胞的）植物細(xì)胞的脫分化脫分化：三、植物細(xì)胞的三、植物細(xì)胞

11、的再分化再分化： 1、為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過(guò)程中應(yīng)避、為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過(guò)程中應(yīng)避光培養(yǎng)？光培養(yǎng)？在有光時(shí)，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。2、決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因、決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？素是什么？ 植物激素 當(dāng)當(dāng)細(xì)胞分裂素細(xì)胞分裂素和和生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素共同使用時(shí)，共同使用時(shí)，能刺激愈傷組織的形成，而通過(guò)調(diào)能刺激愈傷組織的形成，而通過(guò)調(diào)節(jié)二者的濃度比，就可以調(diào)控植物節(jié)二者的濃度比，就可以調(diào)控植物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中芽和根的形成，稱細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中芽和根的形成，稱為為“激素杠桿激素杠桿”。(見(jiàn)見(jiàn)P42)探究：探究：2、生物體內(nèi)的細(xì)胞為什么沒(méi)有表現(xiàn)出全能性，而是分、生物

12、體內(nèi)的細(xì)胞為什么沒(méi)有表現(xiàn)出全能性，而是分化成不同的組織器官？化成不同的組織器官？1、表現(xiàn)全能性的條件有哪些？、表現(xiàn)全能性的條件有哪些？離體、一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素及溫度、光照、離體、一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素及溫度、光照、pH等適宜外界條件。等適宜外界條件。在特定的時(shí)間和空間條件下，基因選擇性的表達(dá)在特定的時(shí)間和空間條件下，基因選擇性的表達(dá)的結(jié)果。的結(jié)果。生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含本物種的全套遺傳物質(zhì)，生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含本物種的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成完整個(gè)體的全套基因。都有發(fā)育成完整個(gè)體的全套基因。3、為何已分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成、為何已分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能？完整個(gè)體的潛能？1.在離

13、體的植物器官、組織或細(xì)胞脫在離體的植物器官、組織或細(xì)胞脫分化形成愈傷組織的過(guò)程中，下列分化形成愈傷組織的過(guò)程中，下列哪一項(xiàng)條件是不需要的（哪一項(xiàng)條件是不需要的（ ）A.消毒滅菌消毒滅菌B.適宜的溫度適宜的溫度C.充足的光照充足的光照D.適宜的養(yǎng)料和激素適宜的養(yǎng)料和激素C2.要將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成完要將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成完整植株，不需要（整植株，不需要（ ）A.具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞B.離體狀態(tài)離體狀態(tài)C.導(dǎo)入外源基因?qū)胪庠椿駾.一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素C因?yàn)椴煌N生物之間存因?yàn)椴煌N生物之間存在著生殖隔離，所以用在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方

14、法是傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點(diǎn)的。不可能做到這一點(diǎn)的。于是，這些科學(xué)家試圖用這兩種植物的體于是，這些科學(xué)家試圖用這兩種植物的體細(xì)胞進(jìn)行雜交，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。細(xì)胞進(jìn)行雜交，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)這幅番茄這幅番茄馬鈴薯圖利馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能用傳統(tǒng)有性雜交方法能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？ 19721972年卡爾森等通過(guò)兩個(gè)煙草品種之間原生年卡爾森等通過(guò)兩個(gè)煙草品種之間原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜種。質(zhì)體的融合，獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜種。19781978年梅爾徹斯年梅爾徹斯(Melchers)(Melchers)等首次

15、獲得了番等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細(xì)胞雜種茄和馬鈴薯的屬間體細(xì)胞雜種“Potamato”“Potamato”。 目前，已得到栽培煙草與野生煙草、栽培目前，已得到栽培煙草與野生煙草、栽培大豆與野生大豆、秈稻與野生稻、秈稻與粳稻、大豆與野生大豆、秈稻與野生稻、秈稻與粳稻、小麥與鵝冠草等細(xì)胞雜種及其后代，獲得了有小麥與鵝冠草等細(xì)胞雜種及其后代，獲得了有價(jià)值的新品系或育種上有用的新材料。價(jià)值的新品系或育種上有用的新材料。 1 1你認(rèn)為兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞完你認(rèn)為兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞完成融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？成融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？ 2 2有沒(méi)有一種溫和的去壁方法呢？有沒(méi)有

16、一種溫和的去壁方法呢？ 3 3為什么兩個(gè)原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這為什么兩個(gè)原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？ 4 4如果兩個(gè)來(lái)源不同的原生質(zhì)體發(fā)生了如果兩個(gè)來(lái)源不同的原生質(zhì)體發(fā)生了融合，下一步該做何處理？融合，下一步該做何處理？ 5 5如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？請(qǐng)思考：請(qǐng)思考：雜雜種種植植株株融合的融合的原生質(zhì)原生質(zhì)體體ABAB再再生生出出細(xì)細(xì)胞胞壁壁脫脫分分化化愈愈傷傷組組織織再再分分化化1 1、過(guò)程、過(guò)程植物細(xì)胞的融合植物細(xì)胞的融合植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞植物細(xì)胞A原生質(zhì)體原生質(zhì)體B原生質(zhì)體原生質(zhì)體A雜種雜種細(xì)胞細(xì)

17、胞AB去去 壁壁去去 壁壁人人工工誘誘導(dǎo)導(dǎo)方法？方法？促進(jìn)融合促進(jìn)融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的標(biāo)志標(biāo)志植物細(xì)胞植物細(xì)胞B三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)去壁去壁去壁去壁纖維素酶纖維素酶果膠酶果膠酶原原生生質(zhì)質(zhì)體體植物細(xì)胞植物細(xì)胞原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合離心、離心、振動(dòng)、振動(dòng)、電刺激、電刺激、聚乙二聚乙二醇醇再生細(xì)胞壁再生細(xì)胞壁雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞去去分分化化愈傷組織愈傷組織雜種植株雜種植株激素激素篩選篩選等量等量激素激素再分再分化化植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交2、概念 將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育下融合成

18、雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。成新的植物體的技術(shù)。3、優(yōu)勢(shì)和未解決的問(wèn)題 優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)（與有性雜交方法比較）與有性雜交方法比較） ：打破了不同種生：打破了不同種生物間的生殖隔離限制，大大擴(kuò)展了可用于物間的生殖隔離限制，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍。雜交的親本組合范圍。未解決的問(wèn)題：未能讓雜種植物按照人們未解決的問(wèn)題：未能讓雜種植物按照人們 的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀。的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀。1.1.為什么為什么“番茄番茄馬鈴薯馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒(méi)有超級(jí)雜種植株沒(méi)有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯？馬鈴薯？ 馬鈴薯馬鈴薯番茄沒(méi)有像人們預(yù)想的那樣地上長(zhǎng)番番茄沒(méi)有像人們預(yù)想的那樣地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達(dá)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，不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯所以馬鈴薯番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一干擾，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)，雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄