植物细胞工程用精.ppt

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1、植物细胞工程用第1页，本讲稿共34页专题专题2 2 细胞工程细胞工程 19961996年年7 7月月5 5日日,世界第一只世界第一只-克隆羊克隆羊多利多利,动物体细胞克动物体细胞克隆技术，隆技术，也揭开细胞工程更深层次发展的序幕也揭开细胞工程更深层次发展的序幕!第2页，本讲稿共34页 应用应用细胞生物学和分子生物学细胞生物学和分子生物学的原理和方法，的原理和方法，通过通过 或或细胞器水平细胞器水平上的操作，按照人们上的操作，按照人们的意愿来的意愿来改变改变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞产品获得细胞产品的一门综合科学技术。的一门综合科学技术。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？类型类型

2、植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程研究水平研究水平研究水平研究水平细胞水平细胞水平细胞水平细胞水平原理方法原理方法原理方法原理方法研究目的研究目的研究目的研究目的第3页，本讲稿共34页一、细胞的全能性：一、细胞的全能性：1 1、概念：、概念：生物体的细胞具有使后代细胞形成完生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫细胞的整个体的潜能，细胞的这种特性叫细胞的全能性。全能性。2 2、原因、原因 受精卵受精卵2.1.12.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术有丝有丝分裂分裂全部基因全部基因个体个体个体个体第4页，本讲稿共34页3 3、全能性的程度：、全

3、能性的程度：4 4、生物细胞分化原因、生物细胞分化原因 基因选择性表达的结果基因选择性表达的结果（1 1）受精卵的全能性）受精卵的全能性最高最高 植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞 （3 3）（4 4）分化程度低的细胞分化程度高的细胞）分化程度低的细胞分化程度高的细胞一、细胞的全能性（重点一、细胞的全能性（重点 理解）：理解）：受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞（2 2）第5页，本讲稿共34页5 5、实现细胞全能性条件：、实现细胞全能性条件：（1 1）离体状态）离体状态 （2 2）完全营养物质、）完全营养物质、激素激素 （3 3）其他外界条件）其他外界条件一、细胞的全能性：一、细胞的全能性

4、：第6页，本讲稿共34页 怎样才能由一块组织通过培养得到一怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株株完整植株,应该如何操作应该如何操作?第7页，本讲稿共34页二、植物组织培养技术二、植物组织培养技术(重点重点 理解理解 )：植物组织培养植物组织培养第8页，本讲稿共34页实验实验 胡萝卜的组织培养技术胡萝卜的组织培养技术原理：原理：植物根、茎、叶一般都具有全能性，在一定的营养植物根、茎、叶一般都具有全能性，在一定的营养和激素等条件下，可以和激素等条件下，可以 形成形成 ,将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其就可以诱导其 生成胚状体

5、或丛芽，进而发育成生成胚状体或丛芽，进而发育成完整的小植株。完整的小植株。证明：已分化的植物体细胞，具有形成完整植株所证明：已分化的植物体细胞，具有形成完整植株所需要的需要的 。愈伤组织愈伤组织再分化再分化全部基因全部基因脱分化脱分化第9页，本讲稿共34页第10页，本讲稿共34页uu1 1 1 1、概念：、概念：、概念：、概念：在在在在无菌无菌无菌无菌和人工控制条件下，将和人工控制条件下，将和人工控制条件下，将和人工控制条件下，将离体离体离体离体的的的的植物器官、组织、植物器官、组织、植物器官、组织、植物器官、组织、细胞细胞细胞细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培，培养在人工配制的培养

6、基上，给予适宜的培，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养养养养条件条件条件条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。的植株。的植株。的植株。2 2 2 2、原理：、原理：、原理：、原理：植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞的全能性二、植物组织培养技术（重点二、植物组织培养技术（重点 理解）：理解）：第11页，本讲稿共34页3.3.条件：条件：内因：内因：离体细胞、组织或器官离体细胞、组织或器官即即外植体

7、外植体，如根尖、茎尖、花粉、原生质体等，如根尖、茎尖、花粉、原生质体等外因：外因：1 1）适宜的外界环境条件，例如）适宜的外界环境条件，例如无菌、适宜的温度、无菌、适宜的温度、湿度、光照、充足的氧气湿度、光照、充足的氧气等等2 2）培养基）培养基（一定的营养物质，激素一定的营养物质，激素）无机营养成分：无机营养成分：无机盐离子无机盐离子有机营养成分：有机营养成分：含含N N物质物质：包括：包括维生素和氨基酸维生素和氨基酸 碳源碳源：2%2%5%5%的的蔗糖溶液蔗糖溶液，调节渗透压，调节渗透压 琼脂琼脂：起支持作用，使培养基凝固：起支持作用，使培养基凝固 激素激素：生长素，细胞分裂素生长素，细胞

8、分裂素PHPH值：值：5.05.06.06.0第12页，本讲稿共34页再分化再分化脱分化脱分化生长素、细胞分裂素生长素、细胞分裂素（需光需光需光需光）无定形状态排列疏松、无定形状态排列疏松、无规则无叶绿体无规则无叶绿体,外植体外植体愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体4.4.过程：过程：脱分化脱分化：就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构：就是让已分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程和功能而转变成未分化细胞的过程愈伤组织：愈伤组织：外植体经激素诱导后脱分化形成的一团没有特定外植体经激素诱导后脱分化形成的一团没有特定结构和功能，并处于旺盛分裂状态的

9、结构和功能，并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞薄壁细胞再分化：再分化：愈伤组织在一定的培养条件下，重新诱导分化形成根、愈伤组织在一定的培养条件下，重新诱导分化形成根、芽等器官的过程芽等器官的过程第13页，本讲稿共34页愈伤组织愈伤组织第14页，本讲稿共34页获取获取外植体外植体无菌接种无菌接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成扩大培养扩大培养移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化第15页，本讲稿共34页如下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入如下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作，接入试管后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请根试管后，在一定的条件下，形成试管苗

10、的培育过程，请根据图回答下列问题：据图回答下列问题：要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括营养物质包括 和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和和 两类植物激素。两类植物激素。此过程依据的原理是此过程依据的原理是 。A A和和B B阶段主要进行的分裂阶段主要进行的分裂方式是方式是 ，B B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞阶段除了细胞分裂外，还进行细胞 等。等。此过程要无菌操作，主要是指对此过程要无菌操作，主要是指对 进行灭菌消毒。进行灭菌消毒。B B阶段需要光照，原因是阶段需要光照，原因是 。试管

11、苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是绿素，这是 的结果。的结果。2.2.无机物无机物 生长素生长素 细胞的全能性细胞的全能性 有丝分裂有丝分裂 分化分化培养基培养基 芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件 基因选择性表达基因选择性表达第16页，本讲稿共34页请同学们讨论如何实现？第17页，本讲稿共34页三、植物体细胞杂交技术：重点三、植物体细胞杂交技术：重点 理解理解不能不能不能不能存在生殖隔离存在生殖隔离存在生殖隔离存在生殖隔离尝试用这两种植物的尝试用这两种植物的体细胞体细胞进

12、行杂交进行杂交这幅番茄这幅番茄这幅番茄这幅番茄马铃薯图利用传统有性杂马铃薯图利用传统有性杂马铃薯图利用传统有性杂马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？交方法能实现吗？为什么？交方法能实现吗？为什么？交方法能实现吗？为什么？第18页，本讲稿共34页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，遇到的第一个障碍是什么？遇到的第一个障碍是什么？2 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？请思考：请思考：去细胞壁去细胞壁酶解法酶解法三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：第19页，本讲稿共34页原生原生

13、质体质体番番茄茄细细胞胞原原生生质质体体融融合合再再生生出出细细胞胞壁壁杂杂种种细细胞胞脱分脱分化化愈愈伤伤组组织织杂杂种种植植株株再再分分化化三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：1 1 1 1、过程：、过程：、过程：、过程：马马铃铃薯薯细细胞胞标志：成功融合标志：成功融合人工诱导去壁去壁植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物细胞的融合植物细胞的融合植物细胞的融合植物细胞的融合第20页，本讲稿共34页（1 1）、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）（2）、原生质体融合方法原生质体融合方法

14、：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（PEGPEG）三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：1 1、过程：、过程：第21页，本讲稿共34页利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：第22页，本讲稿共34页2 2、概念：、概念：将不同种的将不同种的植物体细胞植物体细胞，在一定条件下融合，在一定条件下融合成成杂种细胞杂种细胞，并把杂种细胞培育成，并把杂种细胞培育成新的植物体新的植物体的

15、的技术。技术。4 4、优势：、优势：（与有性杂交方法比较与有性杂交方法比较与有性杂交方法比较与有性杂交方法比较）克服植物远缘杂交不亲和性克服植物远缘杂交不亲和性克服植物远缘杂交不亲和性克服植物远缘杂交不亲和性 主要：原生质体融合结果结果3 3、原理：、原理：细胞膜的流动性细胞膜的流动性和和细胞全能性细胞全能性三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：如如 马、驴之间马、驴之间第23页，本讲稿共34页白白菜菜甘甘蓝蓝白菜甘蓝白菜甘蓝“白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝”同普通白菜相比，具有生长期同普通白菜相比，具有生长期同普通白菜相比，具有生长期同普通白菜相比，具有

16、生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。短、耐热性强和易于贮藏等优点。短、耐热性强和易于贮藏等优点。短、耐热性强和易于贮藏等优点。三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：第24页，本讲稿共34页为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株超级杂种植株没有没有如科学如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？原因：原因：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，控、相互影响的，马铃薯马铃薯番茄杂交植株的细胞中虽然番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，

17、但这些遗传物质的表达受到具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。样有序表达。三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：5、未解决问题：、未解决问题：第25页，本讲稿共34页一一、植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径 1.1.微型繁殖微型繁殖(属无性繁殖属无性繁殖)(1)(1)微型繁殖技术（快速繁殖技术）微型繁殖技术（快速繁殖技术）:快速繁殖快速繁殖优良品种优良品种的植物组织培养技术的植物组织培养技术.(2)(2)特点特点:保持优良品种的遗传特性保持优良

18、品种的遗传特性;高效快速地实现种苗的大量繁殖高效快速地实现种苗的大量繁殖.第26页，本讲稿共34页2.培育脱毒作物培育脱毒作物 (1)材料材料:无病毒的茎尖无病毒的茎尖 (2)脱毒苗脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得切取茎尖进行组织培养获得第27页，本讲稿共34页 人工种子人工种子用人工种皮包被体细胞胚，用人工种皮包被体细胞胚，可以制造人工种子可以制造人工种子人工种皮：藻酸钠人工种皮：藻酸钠解决有些植物结子困难、解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等发芽率低、繁殖困难等问题问题第28页，本讲稿共34页植物组织培养大量生产紫草素 现现在在已已有有胡胡萝萝卜卜、芹芹菜菜、柑柑橘橘、咖咖啡啡、棉棉

19、花花、玉玉米米、水水稻稻、橡橡胶胶等等几几十十种种植植物物的的人人工工种种子子试试种种成成功功，但但由由于于成成本较高，中国尚未应用于生产。本较高，中国尚未应用于生产。紫草紫草紫草素紫草素 愈伤组织愈伤组织第29页，本讲稿共34页第30页，本讲稿共34页第31页，本讲稿共34页1 1、植物体细胞融合完成的标志是、植物体细胞融合完成的标志是 A A产生新的细胞壁产生新的细胞壁 B B细胞膜发生融合细胞膜发生融合 C C细胞质发生融合细胞质发生融合 D D细胞核发生融合细胞核发生融合A2 2、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指的

20、过程。该过程是指A.A.不同植物的精子和卵细胞的融合不同植物的精子和卵细胞的融合 B.B.不同植物的原生质体的融合不同植物的原生质体的融合C C完整的两个体细胞的融合完整的两个体细胞的融合 D.D.植物花粉细胞的两两融合植物花粉细胞的两两融合B巩固练习巩固练习第32页，本讲稿共34页3、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1 1）步骤）步骤）步骤）步骤是是是是_ _ _ 最常用的方法是最常用的方法是最常用的方法是最常用的方法是_。2 2）步骤）步骤）步骤）步骤一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是 _

21、_ 目的是目的是目的是目的是_。3 3）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂种 植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段 是是是是_ _，其中步骤，其中步骤，其中步骤，其中步骤相相相相 当于当于当于当于_，步骤，步骤，步骤，步骤相当于相当于相当于相当于_。去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有 酶解法酶解法酶解法酶解法 聚乙二醇（聚乙二醇（聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEGPEGPEG）诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质体融合脱分化脱分化脱分化脱分化再分化再分化再分化再分化植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养活力的原生质体活力的原生质体活力的原生质体活力的原生质体第33页，本讲稿共34页第34页，本讲稿共34页