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1、植物细胞工程基本技术 课件第1页，共26页，编辑于2022年，星期六 番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？这个幻想利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？一个梦想一个梦想?第2页，共26页，编辑于2022年，星期六细胞工程？细胞工程？指应用细胞生物学和分子生物学的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，在原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意
2、愿来改变细胞内的遗传物质或获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。得细胞产品的一门综合科学技术。第3页，共26页，编辑于2022年，星期六细细胞胞工工程程应用的原理和方法应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细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学细胞整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平按照人们的意愿来按照人们的意愿来改变细胞内的遗传改变细胞内的遗传物质或获得细胞产物质或获得细胞产品品概念概念分类分类植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程理论基础理论基础细胞的细胞的全能性全能性第4页，共26页，编辑于2022年，星期六2.1.1
3、2.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术思考与讨论思考与讨论？1、什么是细胞的全能性？、什么是细胞的全能性？2、为什么细胞具有全能性（物质基础）、为什么细胞具有全能性（物质基础）？是不是所有活是不是所有活 细胞都具有全能性？细胞都具有全能性？3、植物体内的细胞为什么没有表现出全能性，、植物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？而是分化成不同的组织器官？4、胡萝卜根细胞培养产生了完整胡萝卜植株，、胡萝卜根细胞培养产生了完整胡萝卜植株，以及克隆羊以及克隆羊“多利多利”诞生各说明了什么？诞生各说明了什么？5、为什么运用植物组织培养技术能把植物、为什么运用植物组织培
4、养技术能把植物离体离体 器官、组织或细胞培养成完整植物体？器官、组织或细胞培养成完整植物体？一、细胞的全能性一、细胞的全能性第5页，共26页，编辑于2022年，星期六1、什么是细胞的全能性？、什么是细胞的全能性？2、为什么细胞具有全能性（物质基础）、为什么细胞具有全能性（物质基础）？是不是所有活是不是所有活 细胞都具有全能性？细胞都具有全能性？3、植物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而、植物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？是分化成不同的组织器官？4、胡萝卜根细胞培养产生了完整胡萝卜植株，、胡萝卜根细胞培养产生了完整胡萝卜植株，以及克隆羊以及克隆羊“多利多利”诞生各
5、说明什么？诞生各说明什么？5、为什么运用、为什么运用植物组织培养植物组织培养技术技术能把植物能把植物离体离体 的器官、组织或细胞培养成完整植物体？的器官、组织或细胞培养成完整植物体？已分化的单个细胞仍具有发育成完整个体的潜能已分化的单个细胞仍具有发育成完整个体的潜能原因原因：基因在特定的时间和空间的选择性表达：基因在特定的时间和空间的选择性表达每个细胞都包含发育成完整个体所需的全部基因每个细胞都包含发育成完整个体所需的全部基因高度分化的植物细胞具有全能性；高度分化的植物细胞具有全能性；高度特化的动物细胞的细胞核仍然具有全能性高度特化的动物细胞的细胞核仍然具有全能性第6页，共26页，编辑于202
6、2年，星期六植物组织培养的发展简史 探索阶段探索阶段（1919世纪初世纪初3030年代中）年代中）德国植物生理学家德国植物生理学家HaHerlandtHaHerlandt提出了细胞全能性的理论提出了细胞全能性的理论 奠基阶段奠基阶段（30305050年代）年代）19341934年，年，WhiteWhite培养烟草茎段形成层成功培养烟草茎段形成层成功 19391939年，年，GautheretGautheret连续培养胡萝卜根形成层首次成功连续培养胡萝卜根形成层首次成功 White:White:烟草种间杂种的瘤组织进行组培烟草种间杂种的瘤组织进行组培 NobecourtNobecourt：胡萝卜
7、进行组培：胡萝卜进行组培 以上三人是植物组织培养的奠基人以上三人是植物组织培养的奠基人 迅速发展阶段迅速发展阶段（6060年代后）年代后）原生质体，花药，快繁技术迅速发展原生质体，花药，快繁技术迅速发展第7页，共26页，编辑于2022年，星期六 科学研究表明，处于离体状态的植物活细科学研究表明，处于离体状态的植物活细胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件胞，在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植的植株。人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。物组织培养。19581958年
8、年StewardSteward和和ReinertReinert用胡萝卜根的愈用胡萝卜根的愈伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完整伤组织诱导成了体细胞胚，并进而获得了完整植株。植株。植物组织培养的发展简史第8页，共26页，编辑于2022年，星期六植物组织培养过程：植物组织培养过程：第9页，共26页，编辑于2022年，星期六二、植物组织培养二、植物组织培养1.关键名词：关键名词：脱分化、再分化、愈伤组织、外植体？脱分化、再分化、愈伤组织、外植体？2 2、植物组织培养的原理和条件是什么？、植物组织培养的原理和条件是什么？3 3、离体的器官、组织或细胞如果不进行脱分化、再分化、离体的器官、组织或细胞
9、如果不进行脱分化、再分化 处理，能否培养成完整植株？处理，能否培养成完整植株？4 4、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？、决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么？5 5、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且要求无菌操作？灭菌，并且要求无菌操作？6 6、植物组织培养的过程如何？、植物组织培养的过程如何？离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件植物细胞全能性植物细胞全能性植物激素植物激素 避免杂菌在上面迅速生长避免杂菌在上面迅速生长 消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长消耗营养，且
10、有些杂菌会危害培养物的生长第10页，共26页，编辑于2022年，星期六1 1 1 1、下列关于细胞全能性的叙述中，错误的是（、下列关于细胞全能性的叙述中，错误的是（、下列关于细胞全能性的叙述中，错误的是（、下列关于细胞全能性的叙述中，错误的是（）A A A A、理论上，生物的每个细胞都含有该生物的全理论上，生物的每个细胞都含有该生物的全理论上，生物的每个细胞都含有该生物的全理论上，生物的每个细胞都含有该生物的全 套基因，具有全能性套基因，具有全能性套基因，具有全能性套基因，具有全能性 B B B B、植物细胞虽然具有全能性，但并不是所有的、植物细胞虽然具有全能性，但并不是所有的、植物细胞虽然具
11、有全能性，但并不是所有的、植物细胞虽然具有全能性，但并不是所有的 细胞都能表达全能性细胞都能表达全能性细胞都能表达全能性细胞都能表达全能性 C C C C、植物体只有分生组织细胞具有全能性植物体只有分生组织细胞具有全能性植物体只有分生组织细胞具有全能性植物体只有分生组织细胞具有全能性 D D D D、植物细胞具有全能性已得到证实植物细胞具有全能性已得到证实植物细胞具有全能性已得到证实植物细胞具有全能性已得到证实2 2 2 2（多选）在植物组织培养过程中，会发生的有（多选）在植物组织培养过程中，会发生的有（多选）在植物组织培养过程中，会发生的有（多选）在植物组织培养过程中，会发生的有（）A DN
12、A A DNA A DNA A DNA复制复制复制复制 B B B B 有丝分裂有丝分裂有丝分裂有丝分裂 C C C C 减数分裂减数分裂减数分裂减数分裂 D D D D 细胞分化细胞分化细胞分化细胞分化CABD第11页，共26页，编辑于2022年，星期六 3、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，又又可以分化形成根、芽等器官，可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为：这一过程称为：（）A、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4、下列不能作为植物组织培养的材料是（、下列不能作为植物组织培养的材料是（）A、秋
13、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CD第12页，共26页，编辑于2022年，星期六 番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤中。人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？这个幻想利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？一个梦想一个梦想?第13页，共26页，编辑于2022年，星期六三、植物体细胞杂交技术三、植物体细胞杂交技术定义：定义：将不同植物的体细胞，在一定条件下融合成将不同植物的体细胞，在一
14、定条件下融合成将不同植物的体细胞，在一定条件下融合成将不同植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的技术。的技术。的技术。的技术。第14页，共26页，编辑于2022年，星期六思考与讨论？思考与讨论？1 1.你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，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？遇到的第一个障碍是什么？遇到的第一个障碍是什么？遇到的第一个障碍是
15、什么？2 2.有没有一种温和的去除细胞壁的方法？有没有一种温和的去除细胞壁的方法？有没有一种温和的去除细胞壁的方法？有没有一种温和的去除细胞壁的方法？3.3.原生质体融合说明细胞膜具有什么结构特点？原生质体融合说明细胞膜具有什么结构特点？原生质体融合说明细胞膜具有什么结构特点？原生质体融合说明细胞膜具有什么结构特点？4.4.诱导融合的方法有哪些？诱导融合的方法有哪些？诱导融合的方法有哪些？诱导融合的方法有哪些？5.5.融合成功的标志是什么？融合成功的标志是什么？融合成功的标志是什么？融合成功的标志是什么？6 6.除形成杂种细胞外，还能形成其他哪些除形成杂种细胞外，还能形成其他哪些除形成杂种细胞
16、外，还能形成其他哪些除形成杂种细胞外，还能形成其他哪些 类型类型类型类型 的融合细胞？的融合细胞？的融合细胞？的融合细胞？7.7.植物体细胞杂交有什么实际意义？植物体细胞杂交有什么实际意义？植物体细胞杂交有什么实际意义？植物体细胞杂交有什么实际意义？第15页，共26页，编辑于2022年，星期六1.阻碍植物体细胞的杂交阻碍植物体细胞的杂交2.酶解法：纤维素酶、果胶酶酶解法：纤维素酶、果胶酶4.诱导融合方法：诱导融合方法：物理法：离心、振动、电激等物理法：离心、振动、电激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEG）5.诱导产生新的细胞壁诱导产生新的细胞壁7.意义：意义：克服远源杂交不亲和的障碍
17、，克服远源杂交不亲和的障碍，第16页，共26页，编辑于2022年，星期六去壁去壁去壁去壁纤维素酶果纤维素酶果胶酶胶酶原原生生质质体体植植物物细细胞胞原原生生质质体体融融合合离心、离心、振振动、动、电激、电激、聚乙二醇聚乙二醇再再生生细细胞胞壁壁杂杂种种细细胞胞去去分分化化愈愈伤伤组组织织杂杂种种植植株株激素激素筛筛选选等量等量激素激素再再分分化化植物体细胞杂交植物体细胞杂交过程示意图过程示意图第17页，共26页，编辑于2022年，星期六制备原生质体制备原生质体：酶解法去掉细胞壁 诱导融会 新的原生质体新的原生质体 生出细胞壁 杂种细胞杂种细胞 组织培养 杂种植株杂种植株意义：克服远缘杂交不亲和
18、的障碍、培育新品种意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种第18页，共26页，编辑于2022年，星期六5、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 A、去掉细胞壁、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体分离出有活力的原生质体B B、将杂种细胞培育成杂种植株、将杂种细胞培育成杂种植株C C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状D D、尚未培育出属间杂种植物、尚未培育出属间杂种植物6、不不能能人人工工诱诱导导原原生生质质体体融融合合的的方方法法是是（）A A、振动、振动 B B、电刺激、电刺激、C C、PEGPEG试
19、剂、试剂、D D、重压、重压第19页，共26页，编辑于2022年，星期六7、（多选）下面关于植物细胞工程的叙述，、（多选）下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是正确的是 （）A.叶肉细胞脱分化后可形成无定形状态的叶肉细胞脱分化后可形成无定形状态的 薄壁细胞薄壁细胞B.叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织C.融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞膜融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞膜D.叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性AD第20页，共26页，编辑于2022年，星期六小结全课：小结全课：一、细胞的全能性一、细胞的全能性 1、概念：、概念
20、：2、物质基础：、物质基础：二、植物组织培养二、植物组织培养 1、原理：细胞全能性、原理：细胞全能性 2、条件：、条件：3、过程、过程二、植物体细胞杂交二、植物体细胞杂交 1、过程：去壁、诱导融合、培养、过程：去壁、诱导融合、培养 2、意义：克服远源杂交不亲和的障碍、意义：克服远源杂交不亲和的障碍第21页，共26页，编辑于2022年，星期六脱分化脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细：由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，又称胞产生愈伤组织的过程，又称去分化去分化。再分化再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。程中重新分化
21、根或芽等器官的过程。外植体外植体：从活植物体上切下进行培养的那部分：从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官组织或器官几个概念：几个概念：第22页，共26页，编辑于2022年，星期六愈伤组织愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。第23页，共26页，编辑于2022年，星期六离体离体的植物器官、组织或细胞的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织根、芽（根、芽（胚状体胚状体）脱分化脱分化再分化再分化植物体植物体无菌条件无菌条件第24页，共26页，编辑于2022年，星期六植物组织培养的条件：植物组织培养
22、的条件：离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件完全的营养条件完全的营养条件：离体的植物细胞失去了植物的自养：离体的植物细胞失去了植物的自养能力，所以需要为其提供包括水、矿质营养、维生素、有能力，所以需要为其提供包括水、矿质营养、维生素、有机营养等营养物质机营养等营养物质激素诱导分化激素诱导分化：当细胞分裂素与生长素共同使用时能强烈：当细胞分裂素与生长素共同使用时能强烈地刺激愈伤组织的形成。当细胞分裂素比生长素浓度高时，有地刺激愈伤组织的形成。当细胞分裂素比生长素浓度高时，有利于芽的发生；当细胞分裂素比生长素的浓度低时，则有利于利于芽的发生；当细胞分裂素
23、比生长素的浓度低时，则有利于根的发生。根的发生。严格的无菌条件严格的无菌条件：离体的植物细胞没有像植物体整体：离体的植物细胞没有像植物体整体的保护组织，容易被细菌侵蚀，导致细胞的死亡。所以植的保护组织，容易被细菌侵蚀，导致细胞的死亡。所以植物的组织培养需要严格的无菌环境，这是植物组织培养的物的组织培养需要严格的无菌环境，这是植物组织培养的前提。前提。第25页，共26页，编辑于2022年，星期六传统杂交体细胞杂交依据 杂种优势细胞全能性、原生质体融合过程自然发生，在母体完成 胚发育人工诱导融合，需组织培养本质精卵两种生殖细胞结合，完成遗传物质的重新组合不同生物的体细胞融合，完成遗传物质的融合优点杂种第一代生长整齐、植株健壮、产量高、抗虫抗病能力强克服远源杂交不亲和障碍，实现不同种间的杂交缺点存在生殖隔离；杂种第二代会出现生长不齐、产量下降等现象很多理论、技术问题未解决，距离推广应用有一定差距目的获得杂种优势，提高产量获得优良性状应用范围 种内种内、种间均可第26页，共26页，编辑于2022年，星期六