植物細胞工程的基本技術課件高二下學期生物人教版選擇性必修3

Cellengineering00細胞工程

細胞工程是指應用細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學等多學科的原理和方法，通過細胞器、細胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品的一門綜合性的生物工程。原理和方法操作水平目的分類細胞生物學、分子生物學和發(fā)育生物學細胞器、細胞或組織獲得特定的細胞、組織、器官、個體或其產(chǎn)品動物細胞工程和植物細胞工程植物細胞工程發(fā)展歷程哈伯蘭特提出了細胞全能性的理論，但相關的實驗嘗試沒有成功。斯圖爾德等發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細胞可以分化為胚，為細胞全能性理論提供了強有力的支持?？平鹩谜婢睦w維素酶分解番茄根的細胞壁，成功獲得了原生質(zhì)體。古哈等在培養(yǎng)毛曼陀羅的花藥時，首次得到了由花藥中的花粉粒發(fā)育而來的胚?？柹T導煙草種間原生質(zhì)體融合，獲得了第一株體細胞種間雜種植株。土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒被發(fā)現(xiàn)。之后，該質(zhì)粒應用于植物分子生物學領域，促進了植物細胞工程與分子生物學技術的緊密結(jié)合。1902年1958年1960年1964年1971年1974年植物細胞工程的理論基礎是什么？什么是植物組織培養(yǎng)技術和植物體細胞雜交技術？怎樣進行菊花的組織培養(yǎng)？植物細胞工程的基本技術CONTENTS目錄植物組織培養(yǎng)技術Planttissueculturetechnology01植物體細胞雜交技術Somatichybridizationofplants02習題鞏固Exercisestoconsolidate03

Fromsociety01從社會中來蘭花種子通常發(fā)育不全，在自然條件下萌發(fā)率極低；傳統(tǒng)分株繁殖的方式，又存在繁殖周期長、繁殖率低等問題，如果靠自然繁殖，蘭花的價格可想而知了。

如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入尋常百姓家呢？利用植物組織培養(yǎng)技術可以大量、快速地培育蘭花。植物組織培養(yǎng)技術PlanttissueculturetechnologyPART01離體

Planttissueculturetechnology01植物組織培養(yǎng)技術2.原理：1.概念：指

的植物器官、組織或細胞等，培養(yǎng)在人工控制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導其分化為

的技術。離體完整植株植物細胞的全能性外植體外植體：在植物組織培養(yǎng)過程中，從植物體上被分離下來的，接種在培養(yǎng)基上供培養(yǎng)用的原生質(zhì)體、細胞、組織、器官等。細胞經(jīng)過

后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細胞的潛能。分裂和分化

Planttissueculturetechnology——Totipotency01植物組織培養(yǎng)技術——全能性1.具有全能性的原因：一般生物體的每一個細胞都包含有該物種的

。即都有發(fā)育成

所必需的全部遺傳信息。全套遺傳信息完整個體2.體現(xiàn)全能性的標志：細胞→完整個體或其他各種細胞實例：胡蘿卜韌皮部細胞發(fā)育成完整植株受精卵發(fā)育成個體（動植物）蜜蜂受精卵發(fā)育成工蜂，卵細胞發(fā)育成雄峰

用一片葉子、一片花瓣、一?；ǚ鄯敝吵鲂碌闹仓?/p>

Planttissueculturetechnology——Totipotency01植物組織培養(yǎng)技術——全能性實例：芽原基只能發(fā)育為芽，葉原基只能發(fā)育為葉3.生物體內(nèi)細胞不體現(xiàn)全能性的原因：基因在特定的時間和空間條件下

表達的結(jié)果。選擇性4.全能性大小比較：（1）分化程度低的

分化程度高的（2）細胞分裂能力強的

細胞分裂能力弱＞＞（3）受精卵

胚胎干細胞

生殖細胞

體細胞

植物細胞

動物細胞＞＞＞＞

Planttissueculturetechnology01植物組織培養(yǎng)技術3.一般過程：外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長發(fā)育接種外植體誘導愈傷組織誘導生芽誘導生根移栽成活脫分化再分化再分化分化狀態(tài)未分化狀態(tài)

Planttissueculturetechnology——Dedifferentiation01植物組織培養(yǎng)技術——脫分化外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長發(fā)育1.脫分化：

在一定的

和

等條件的

下，

的細胞

，轉(zhuǎn)變成

的過程。激素營養(yǎng)誘導已經(jīng)分化失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能未分化的細胞①光照條件：②過程中涉及的生命活動：一般不需要光照只有細胞增殖（有絲分裂），沒有細胞分化

Planttissueculturetechnology——Dedifferentiation01植物組織培養(yǎng)技術——脫分化注意說明1.外植體脫分化的難易因植物種類、器官來源及生理狀況的

不同而不同。一般來說，植物的花和幼嫩的組織脫分化相

對較易，而植物的莖、葉等成熟的組織脫分化則較難。2.該過程添加的外源激素主要是細胞分裂素和生長素（比例適中），

因為二者能強烈地促進愈傷組織的形成。③結(jié)果形成愈傷組織（不定形的薄壁組織團塊）3.無菌操作——植物組織培養(yǎng)成功的關鍵。

Planttissueculturetechnology01植物組織培養(yǎng)技術愈傷組織

細胞排列疏松且無規(guī)則、高度液泡化、呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞團。3.再分化：

脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng)，又可以

出芽或根等器官的過程。重新分化①實質(zhì)：②光照條件：基因的選擇性表達需要給予適當強度的光照誘導葉綠素的合成，使試管苗能夠進行光合作用原因：

Planttissueculturetechnology——Redifferentiation01植物組織培養(yǎng)技術——再分化③過程中涉及的生命活動：既有細胞增殖（有絲分裂），又有細胞分化。④結(jié)果：愈傷組織芽低高根生長素細胞分裂素胚狀體4.胚狀體：

離體培養(yǎng)條件下，沒有經(jīng)過受精過程，但是經(jīng)過了胚胎發(fā)育過程所形成的胚狀類似物，因而統(tǒng)稱為體細胞胚或胚狀體。

Planttissueculturetechnology——Redifferentiation01植物組織培養(yǎng)技術——再分化注意說明影響植物組織再分化的因素a.外植體的遺傳特征和取材的位置會影響愈傷組織的再分化

能力。b.培養(yǎng)基的成分和物理性質(zhì)對器官的形成有一定的影響，但起決定作用的是植物激素，特別是生長素和細胞分裂素的配比。5.生長發(fā)育：

將試管苗移到大田中栽培或進行無土栽培，使之進一步生長發(fā)育為具有根、莖、葉且能開花、結(jié)果的完整植株。

Planttissueculturetechnology01植物組織培養(yǎng)技術脫分化再分化過程外植體→愈傷組織愈傷組織→幼苗結(jié)果形成愈傷組織形成根、芽需要條件a.離體b.適宜的營養(yǎng)c.生長素與細胞分裂素的比例適中d.一般不需光a.離體b.適宜的營養(yǎng)c.生長素與細胞分裂素的比例高或低誘導生根或生芽d.光照決定植物脫分化、再分化的關鍵因素

Planttissueculturetechnology——TissuecultureofChrysanthemum01植物組織培養(yǎng)技術——菊花的組織培養(yǎng)1.原理：外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長發(fā)育植物細胞一般具有

。全能性生長素/細胞分裂素

結(jié)果比值高(＞1)比值低(＜1)比值適中(=1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促進愈傷組織的形成簡記為：“高”根，“低”芽，“中”愈傷離體的莖尖、根尖、葉片、花藥等（外植體）

TissuecultureofChrysanthemum01菊花的組織培養(yǎng)2.目的：1）了解植物組織培養(yǎng)的基本原理2）了解生長素和細胞分裂素的濃度、用量比例對菊花愈傷組織形成和

分化的影響3）嘗試進行植物組織培養(yǎng)3.材料：離體的莖尖、根尖、葉片、花藥等（外植體）。4.MS培養(yǎng)基：水（去離子水）、無機營養(yǎng)（大量元素、微量元素）、有機營養(yǎng)（蔗糖、維生素、氨基酸）、天然附加物、植物激素（生長素、細胞分裂素等）TissuecultureofChrysanthemum01菊花的組織培養(yǎng)5.步驟：制備外植體接種培養(yǎng)試管苗正常植株用酒精擦拭雙手和超凈工作臺臺面。將流水充分沖洗后的外植體。②消毒：③切割：無菌操作30S2-3次30min①材料：幼嫩的菊花莖段2-3次酒精無菌水次氯酸鈉溶液無菌水洗將消過毒的外植體置于無菌的培養(yǎng)皿中，用無菌濾紙吸去表面的水分。用解剖刀將外植體切成0.5~1cm長的小段。切割與接種TissuecultureofChrysanthemum01菊花的組織培養(yǎng)制備外植體接種培養(yǎng)試管苗正常植株在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3~1/2插入誘導愈傷組織的培養(yǎng)基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上作好標記。①接種到誘導愈傷組織培養(yǎng)基脫分化形成愈傷組織有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于18~22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，定期觀察和記錄愈傷組織的生長情況。避光TissuecultureofChrysanthemum01菊花的組織培養(yǎng)制備外植體接種培養(yǎng)試管苗正常植株②接種到誘導生芽培養(yǎng)基③接種到誘導生根培養(yǎng)基培養(yǎng)15~20d后，將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導生芽的培養(yǎng)基上。長出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導生根的培養(yǎng)基上，進一步誘導形成試管苗。接種室若先生根后面就不易生芽TissuecultureofChrysanthemum01菊花的組織培養(yǎng)制備外植體接種培養(yǎng)試管苗正常植株移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長幾日。用流水清洗掉根部的培養(yǎng)基后，將幼苗移植到消過毒的虹石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長壯后再移栽入土。每天觀察并記錄幼苗的生長情況，適時澆水、施肥，直至開花。TissuecultureofChrysanthemum01菊花的組織培養(yǎng)幼苗愈傷組織脫分化CTK/IAA比例適合再分化IAA/CTK比例先減小再增大植物組織培養(yǎng)過程示意圖完整植株外植體TissuecultureofChrysanthemum01菊花的組織培養(yǎng)6.結(jié)果分析與評價：用于植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基同樣適合某些微生物的生長，如一些細菌、真菌等的生長。培養(yǎng)物一旦受到微生物的污染，就會導致實驗前功盡棄，因此要進行嚴格的無菌操作。1.在植物組培過程中，為什么要進行一系列的消毒，滅菌，并且

要求無菌操作？

胡蘿卜根形成層容易誘導成愈傷組織，其他部分如葉、花也能培養(yǎng)成小植株，只是稍微困難些。2.為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？TissuecultureofChrysanthemum01菊花的組織培養(yǎng)固體基質(zhì)型，含水量高、蓄水性強、透性好，適合栽培珍珠巖

,珍珠巖是一種火山噴發(fā)的酸性熔巖，經(jīng)急劇冷卻而成的玻璃質(zhì)巖石，有弧形或圓形裂隙，如珍珠的結(jié)構(gòu)，所以被命名為珍珠巖。蛭石是一種天然、無毒的礦物質(zhì)，在高溫作用下會膨脹的礦物。它是一種比較少見的礦物，屬于硅酸鹽。TissuecultureofChrysanthemum01菊花的組織培養(yǎng)外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長發(fā)育黑暗光照離體無菌培養(yǎng)基適宜的外界條件(溫度、光照、氣體等)水瓊脂有機物無機物植物激素蔗糖：提供能量、調(diào)節(jié)滲透壓。植物激素：主要是生長素和細胞分裂素。Expand01拓展1）培養(yǎng)基名稱：

；2）物理性質(zhì)：

；3）碳源：

。拓展1：植物組織培養(yǎng)常用的培養(yǎng)基配方P116Expand01拓展拓展2：植物組織培養(yǎng)的兩種途徑胚狀體途徑器官發(fā)生途徑Expand01拓展拓展2：植物組織培養(yǎng)的兩種途徑胚狀體途徑器官發(fā)生途徑Furtherinquiry01進一步探究

若想探究生長素與細胞分裂素的使用比例對植物組織培養(yǎng)的影響，則應如何設計對照實驗？①

空白對照：不加任何激素；②

實驗組1：生長素用量與細胞分裂素用量的比值為1；③

實驗組2：生長素用量與細胞分裂素用量的比值大于1；④

實驗組3：生長素用量與細胞分裂素用量的比值小于1。

能否從以上內(nèi)容中概括植物組織培養(yǎng)中細胞表現(xiàn)出全能性所需要的條件？

Planttissueculturetechnology01植物組織培養(yǎng)技術（1）離體狀態(tài)（2）無菌操作（3）種類齊全、比例適合的營養(yǎng)物質(zhì)（4）植物激素（主要是生長素和細胞分裂素）誘導和調(diào)節(jié)（5）適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）歸納——細胞表現(xiàn)全能性的條件植物體細胞雜交技術SomatichybridizationofplantsPART0202植物體細胞雜交技術

Somatichybridizationofplants要培育出如圖所示的番茄—馬鈴薯利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？不能，因為不同種生物之間存在著生殖隔離。

于是，這些科學家試圖用這兩種植物的體細胞進行雜交，來實現(xiàn)這一美妙的設想。02植物體細胞雜交技術

Somatichybridizationofplants1.概念將不同來源的植物細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，并把雜種細胞培育成新植物體的技術。融合實例:+=白菜甘藍白菜-甘藍02植物體細胞雜交技術

Somatichybridizationofplants細胞融合初期人細胞鼠細胞人鼠雜交細胞細胞融合細胞融合37°培養(yǎng)40min參考動物細胞融合，若是植物細胞之間的雜交，則應先做什么？得到雜種細胞后，如何培育成植株？去除細胞壁（獲得原生質(zhì)體）原生質(zhì)體：是指去除細胞壁后的植物細胞原生質(zhì)層：是指植物細胞的液泡膜、細胞膜及其之間的細胞質(zhì)構(gòu)成的紅色熒光素標記的抗體綠色熒光素標記的抗體02植物體細胞雜交技術

SomatichybridizationofplantsA細胞B細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體雜種細胞愈傷組織雜種植株移栽后的植株①①②③④⑤⑥①去除細胞壁纖維素酶去壁：酶解法果膠酶②誘導融合物理法：化學法電融合法、離心法聚乙二醇（PEG）融合法高Ca2+

-高pH融合法等③細胞壁再生④脫分化⑤再分化⑥移栽植物細胞融合植物組織培養(yǎng)植物細胞的全能性細胞膜的流動性2.過程02植物體細胞雜交技術

Somatichybridizationofplants

體細胞融合成功后培養(yǎng)基中共有

種細胞類型()，其中融合細胞類型有3種()，而真正符合要求的是AB，因此要對融合細胞進行篩選。細胞融合后，共有幾種細胞類型？融合細胞有幾種，符合要求的是哪種？AB5A、B、AA、BB、ABAA、BB、AB3.原理細胞膜的流動性（原生質(zhì)體融合）植物細胞具有全能性（雜種細胞培養(yǎng)成雜種植株）02植物體細胞雜交技術

Somatichybridizationofplants（1）植物細胞融合完成的標志：再生出新的細胞壁（2）植物體細胞雜交完成的標志：培育成新植物體4.標志5.意義打破生殖隔離，克服遠緣雜交不親和的障礙，培育植物新品種。在此過程中活躍的細胞器是

。線粒體和高爾基體6.研究現(xiàn)狀

仍有許多理論與技術問題沒有解決，還不能讓雜種植株表現(xiàn)出人們所需要的所有性狀02植物體細胞雜交技術

Somatichybridizationofplants+=白菜甘藍白菜-甘藍1.白菜（2N=18）與甘藍（2N=18）體細胞雜交所得植株白菜-甘藍的細胞染色體數(shù)為

，屬于

倍體。36

（異源）四

2.白菜（2N=18）與甘藍（2N=18）進行雜交（相互授粉），

所得植株白菜-甘藍的細胞染色體數(shù)為

，屬于

倍體。（異源）二

18

基因重組染色體數(shù)目變異02植物體細胞雜交技術

Somatichybridizationofplants7.變異類型染色體數(shù)目變異

生殖類型變異類型染色體數(shù)染色體組數(shù)基因組成無性繁殖，育種過程中不遵循孟德爾定律染色體數(shù)目變異兩親本染色體數(shù)之和。2n+2m兩親本染色體組數(shù)之和。2+2兩親本基因型之和。AaBbCcDd02植物體細胞雜交技術

Somatichybridizationofplants植物體細胞雜交育種四倍體雜交育種誘導多倍體四倍體二倍體如何處理植株使其可育？看減數(shù)分裂聯(lián)