专题二细胞工程.ppt

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1、专题二细胞工程 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望细胞工程：细胞工程：指应用细胞生物学和分子生物学的原指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在理和方法，通过某种工程学手段，在细胞水平细胞水平或或细胞器水平细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。 基因工程：基因工程：在生物体外，通过对在生物体外，通过对DNA分子

2、分子进行进行人工人工 “剪切剪切”和和“拼接拼接”，对生物的，对生物的基因基因进行进行改造和重改造和重 新组合，然后导入受体细胞内进行新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所生出人类所 需要的基因产物。需要的基因产物。 （1 1）细胞的全能性和细胞分化）细胞的全能性和细胞分化植物细胞的全能性植物细胞的全能性：指植物的每个细胞都包含着：指植物的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息，从而具备发育成完整该物种的全部遗传信息，从而具备发育成完整植株的遗传能力。在适宜条件下，任何一个细植株的遗传能力。在适宜条件下，任何一个细

3、胞都可以发育成一个新个体。植物细胞全能性胞都可以发育成一个新个体。植物细胞全能性是植物组织培养的理论基础。是植物组织培养的理论基础。分化程度越高全能性越低分化程度越高全能性越低 植物细胞的全能性 动物细胞受精卵 生殖细胞 干细胞 体细胞 （2） 细胞的全能性细胞的全能性1、定义：、定义： 生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。体的潜能的特性。 2、原理：、原理： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所特生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体所

4、必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个体的每一个活细胞活细胞都应该具有全能性。都应该具有全能性。 3、差异：、差异： （1） 受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 4、潜在全能性的原因：、潜在全能性的原因： 基因的选择性表达基因的选择性表达（2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的受精卵分化后的细胞中，体细胞的 全能性比生殖细胞的全能性比生殖细胞的低低。 （3 3）表现全能性的基础和条件表现全能性的基础和条件 基础基础： 生物体的每一个细胞都包含有该生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的物种所特有的全套遗传信息全套遗传信息，都有发育，都有发育成为成为完整个体所必需的全部基因完整个体所必需的全

5、部基因，从理，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。具有全能性。 条件条件：离体：离体 提供营养物质提供营养物质 激素激素 其他适宜条件（如温度等）其他适宜条件（如温度等） 二 :植物的组织培养在无菌和人工控制的条件下，将离体的植物器官，组织，细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织，丛芽，最终形成完整的植株 去分化是指已经分化细胞失去特有的结构和功 能变为具有未分化细胞特性的过程。在植物中, 去分化细胞成为薄壁细胞, 称为愈伤组织外 植 体愈伤组织诱导生根发芽去分化再分化 再分化是指已经脱分化的细胞在一定条件下，又可

6、经过愈伤组织或胚状体，再分化出根和芽，形成完整植株，这一过程叫作再分化。 离体的植物离体的植物器官、组织、器官、组织、细胞细胞愈伤组织愈伤组织根根 芽芽植物体植物体脱分化脱分化再分化再分化愈伤组织特点是： 细胞分裂快 结构疏松 颜色浅而透明1、植物组织培养的条件、植物组织培养的条件营养：营养：水水 、无机盐、无机盐 、 蔗糖、氨基蔗糖、氨基酸、脂质、脱氧核糖核苷酸酸、脂质、脱氧核糖核苷酸 、核糖、核糖核苷酸等核苷酸等植物激素：植物激素：细胞分裂素细胞分裂素 生长素生长素环境条件：环境条件：适宜光照、适宜温度、无适宜光照、适宜温度、无菌无病毒环境、适当菌无病毒环境、适当PHPH、O O2 2固体

7、培养基固体培养基2、植物组织培养的应用、植物组织培养的应用 （1）试管苗的快速繁殖）试管苗的快速繁殖（2）无病毒植物的培育）无病毒植物的培育（3）提取原料）提取原料（4）人工种子）人工种子（5）转基因植物的培育）转基因植物的培育 三三 植物体细胞杂交植物体细胞杂交 1、概念、概念 植物体细胞杂交是用两个来自不同植物的植物体细胞杂交是用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。培育成新的植物体的方法。2、过程：、过程：植物A细胞植物B细胞去壁原生质体A原生质体B原生质体融合融合体再生壁杂种细胞细胞分裂愈伤组织杂种植株

8、去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等） 原生质体融合方法：原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEG） (1)(1)(2)(3)(4)(5)3 植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图植物细胞工程植物细胞工程4、在育种上的优势、在育种上的优势：（与有性杂交方法比较）与有性杂交方法比较） 打破了不同种生物间的生殖隔离打破了不同种生物间的生殖隔离限制，限制，克服了远缘杂交不亲和克服了远缘杂交不亲和大大大扩展了可用于杂交的亲本组合大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。范围

9、。 植物体细胞杂交与植物组织培养植物体细胞杂交与植物组织培养有何关系？有何关系？ 两种技术的原理都是利用植物细胞的全两种技术的原理都是利用植物细胞的全能性，融合的植物细胞必须经过植物组能性，融合的植物细胞必须经过植物组织培养的过程才能最终发育为杂种植株，织培养的过程才能最终发育为杂种植株，这就是说，植物组织培养技术是植物体这就是说，植物组织培养技术是植物体细胞杂交的基础。细胞杂交的基础。 思考：思考： 1）植物细胞表现出全能性的必要条件）植物细胞表现出全能性的必要条件是什么？是什么？ 2.）离体的器官、组织或细胞如果不进）离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化处理，能否培养成完整植物体？行脱分

10、化处理，能否培养成完整植物体？ 3.）决定植物细胞脱分化、再分化的关）决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？键因素是什么？ 4.）在植物组培过程中，为什么要进行）在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？作？ 3） 影响脱分化的一个重要因素是植物影响脱分化的一个重要因素是植物激素激素。当细胞分裂素与生长素共同使用。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进愈伤组织的形成，而两时，能强烈促进愈伤组织的形成，而两者不同的浓度配比在再分化过程中，分者不同的浓度配比在再分化过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当别对诱导根或芽的产生

11、起关键作用。当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利于芽的发生；浓度比低时，有利于根的于芽的发生；浓度比低时，有利于根的发生。发生。 愈伤组织再分化过程应先诱导生芽，愈伤组织再分化过程应先诱导生芽，再诱导生根。再诱导生根。 愈伤组织的形态发生主要有不定芽方愈伤组织的形态发生主要有不定芽方式和胚状体方式两种。教材中介绍的为式和胚状体方式两种。教材中介绍的为不定芽方式，而后者需要在愈伤组织形不定芽方式，而后者需要在愈伤组织形成后，对其进行处理，形成分散的单个成后，对其进行处理，形成分散的单个细胞，再诱导其分化出具有胚芽、胚轴、细胞，再诱导其分化出具有胚芽、胚轴、胚根的

12、胚状体，进而发育成完整植株。胚根的胚状体，进而发育成完整植株。 1）你认为两个来自不同植物的体细）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？胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？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？ 3）如果两个来源不同的原生质体发）如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一部该做何处理？生了融合，下一部该做何处理？ 4）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？ 例题：例题：现在有甲、乙两种烟草品种（现在有甲、乙两种烟草品种（2n=48），其基），其基因型分别是因型分别是aaBB和和AAbb，这两对基因位于非同

13、源，这两对基因位于非同源染色体上，且染色体上，且在光照强度大于在光照强度大于800勒克司时，都不勒克司时，都不能生长能生长，这是由于它们中的隐性纯合基因（，这是由于它们中的隐性纯合基因（aa或或bb）作用的结果。作用的结果。 ？有什么办法可以得到在光照强度有什么办法可以得到在光照强度大于大于800勒克司时，能生长的品种呢？勒克司时，能生长的品种呢？ 取甲、乙两品种的花粉分别培养成植株，将它们取甲、乙两品种的花粉分别培养成植株，将它们的叶肉细胞制成原生质体，并将两者混合，使之的叶肉细胞制成原生质体，并将两者混合，使之融合融合，诱导产生细胞团。然后放到大于诱导产生细胞团。然后放到大于800800勒

14、克司光照下培勒克司光照下培养，结果有的细胞团不分化，有的能分化发育成植株。养，结果有的细胞团不分化，有的能分化发育成植株。请回答下列问题：请回答下列问题：(1)甲乙两烟草品种甲乙两烟草品种花粉花粉的基因型分别为的基因型分别为 和和 。(2)叶肉细胞制成原生质体，要用叶肉细胞制成原生质体，要用 破除细胞壁。破除细胞壁。 不同品种植物细胞能融合的不同品种植物细胞能融合的结构基础结构基础是是 。(3)细胞融合后诱导产生的细胞团叫细胞融合后诱导产生的细胞团叫 。(4)在大于在大于800勒克司光照下培养，有勒克司光照下培养，有 种基因型分别是种基因型分别是 和和 细胞团不能分化；能分化的细胞团是由细胞团

15、不能分化；能分化的细胞团是由 的原生质体融合来的由该细胞团分化发育成的植株，的原生质体融合来的由该细胞团分化发育成的植株，其染色体数是其染色体数是 ，基因型是，基因型是 。答案：aB Ab aB Ab 纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶 细胞膜具有一定流动细胞膜具有一定流动性性 愈伤组织愈伤组织 2 aaBB AAbb aB 2 aaBB AAbb aB和和Ab 48 Ab 48 AaBb AaBb 练习练习1、下列细胞中，不具有细胞全能性特点的是：A、心肌细胞 B、神经细胞C、茎的形成层细胞 D、木质部导管细胞2、用植物组织培养技术可以培养或生产出：A、食品添加剂 B、无病毒植物C、人工种子

16、D、A，B，C均可3、科学家成功培育出“番茄马铃薯”，是采用下列哪一项生物技术：A、基因工程 B、染色体工程C、酶工程 D、细胞工程 4、植物体细胞杂交和植物组织培养的相同点中错误的是：A、都是依据植物细胞的全能性作为理论基础B、都属于植物细胞工程技术C、都能形成杂种细胞D、都有形成愈伤组织的阶段5、植物体细胞融合完成的标志是：A、细胞核发生融合 B、细胞质发生融合C、细胞膜发生融合 D、新的细胞壁产生6、下列有关细胞工程的叙述中错误的是：A、是在细胞器水平上定向改造生物B、细胞工程的目的之一是获得产品C、是在细胞水平上定向改变生物的遗传物质D、通过细胞工程都能获得杂种生物二、填充题1、在生物

17、体的所有细胞中，_的全能性最高。2、植物组织培养的过程可简要归纳为：离体的植物器官、组织或细胞 _ _ 植物体。3、在人工合成的培养基中，_能够明显促进离体组织的生长，植物激素是植物细胞_和_必不可少的调节物。4、植物细胞杂交的第一步是去掉_，分离出有活力的_。 （ ）（ ）例例2. 不能人工诱导原生质体融合的方法是：不能人工诱导原生质体融合的方法是：A、振动、振动 B、电刺激、电刺激、 C、PEG试剂、试剂、 D、重压、重压正确答案：正确答案：D4、例题辨析、例题辨析例例1. 植物体细胞杂交尚未解决的问题有：植物体细胞杂交尚未解决的问题有：A、去掉细胞壁、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体分

18、离出有活力的原生质体B、将杂种细胞培育成植株、将杂种细胞培育成植株C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性D、尚未培育出属间杂种植物、尚未培育出属间杂种植物正确答案：正确答案：C3、例题辨析：、例题辨析：例例1、 植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，植物组织培养形成的愈伤组织进行培养， 又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为： 正确答案：正确答案：CA、脱分化、脱分化 B、去分化、去分化 C、再分化、再分化 D、脱分化或去分化、脱分化或去分化例例2、下列不能作为植物组织培养的材料是：、下列不能作为植物

19、组织培养的材料是：正确答案：正确答案：DA、秋海棠的叶、秋海棠的叶 B、马铃薯的块茎、马铃薯的块茎C、成熟的花粉、成熟的花粉 D、木质部中的导管细胞、木质部中的导管细胞（二）（二） 植物组织培养植物组织培养1、植物组织培养过程：、植物组织培养过程：离体的植物离体的植物器官、组织、器官、组织、细胞细胞愈愈伤伤组组织织脱分化脱分化脱分化脱分化 由高度分化的植物器官、组织或细胞产生由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。 （二）（二） 植物组织培养植物组织培养1、植物组织培养过程：、植物组织培养过程：离体的植物离体的植物器官、组

20、织、器官、组织、细胞细胞愈愈伤伤组组织织根根芽芽脱分化脱分化再分化再分化脱分化脱分化由高度分化的植物器官、组织或细胞产生由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。（二）（二） 植物组织培养植物组织培养1、植物组织培养过程：、植物组织培养过程：离体的植物离体的植物器官、组织、器官、组织、细胞细胞愈愈伤伤组组织织根根芽芽植植物物体体脱分化脱分化再分化再分化脱分化脱分化 由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化。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，这一过程称为植物细新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。胞的再分化。植物组织培养过程植物组织培养过程