植物細胞工程ppt課件

1、 番茄與馬鈴薯同屬茄科植物，但不是同屬的植物。番茄的果實和馬鈴薯的塊莖是我們經(jīng)常食用的蔬菜。馬鈴薯的塊莖生長在土壤中。 人們曾經(jīng)有這樣一個夢想：讓一株植株地上部分結(jié)番茄，地下部分長土豆。這個夢想能夠?qū)崿F(xiàn)嗎？細胞工程細胞工程 指運用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和指運用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，經(jīng)過某種工程學(xué)手段，在細胞整體程度方法，經(jīng)過某種工程學(xué)手段，在細胞整體程度或細胞器程度上，按照人們的志愿來改動細胞或細胞器程度上，按照人們的志愿來改動細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。技術(shù)。 細細胞胞工工程程運用的原理和方法運用的原理和方法研

2、討的程度研討的程度研討的目的研討的目的細胞生物學(xué)和細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)分子生物學(xué)細胞整體程度細胞整體程度或細胞器程度或細胞器程度按照人們的志愿來按照人們的志愿來改動細胞內(nèi)的遺傳改動細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品品概念概念分類分類植物細胞工程植物細胞工程動物細胞工程動物細胞工程實際根底實際根底細胞的細胞的全能性全能性主主要要技技術(shù)術(shù)植物組織培育植物組織培育植物體細胞雜交植物體細胞雜交動物細胞培育動物細胞培育動物細胞交融動物細胞交融單克隆抗體技術(shù)單克隆抗體技術(shù)胚胎移植胚胎移植核移植核移植植物植物細胞細胞工程工程技術(shù)技術(shù)動物動物細胞細胞工程工程技術(shù)技術(shù)所采用技術(shù)的實際根底 植物細胞

3、工程通常采用的技 術(shù) 手 段 植物組織培育植物組織培育 植物體細胞雜交植物體細胞雜交植物細胞的全能性植物細胞的全能性一一 細胞的全能性細胞的全能性1、定義：、定義： 生物體的細胞具有使后代細胞構(gòu)成完好個生物體的細胞具有使后代細胞構(gòu)成完好個體的潛能的特性。體的潛能的特性。 2、原理：、原理： 生物體的每一個細胞都包含有該物種所特生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完好個有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完好個體所必需的全部基因，從實際上講，生物體所必需的全部基因，從實際上講，生物體的每一個活細胞都應(yīng)該具有全能性。體的每一個活細胞都應(yīng)該具有全能性。 3、差別：、差別： 1

4、 1 受精卵的全能性最高受精卵的全能性最高 2 2 受精卵分化后的細胞中，體細胞受精卵分化后的細胞中，體細胞的全能性比生殖細胞的低。的全能性比生殖細胞的低。 植物細胞的全能性植物細胞的全能性受精卵受精卵生殖細胞生殖細胞體細胞體細胞4、大小、大小干細胞干細胞植物細胞植物細胞動物細胞動物細胞 5.細胞表現(xiàn)出全能性的條件細胞表現(xiàn)出全能性的條件1離體形狀離體形狀2有一定營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件有一定營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件 思索討論：為什么體內(nèi)細胞沒有表現(xiàn)出思索討論：為什么體內(nèi)細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織、器官？全能性，而是分化成為不同的組織、器官？ 基因在特定空間和時間條件下

5、選擇性表達的結(jié)果?；蛟谔囟臻g和時間條件下選擇性表達的結(jié)果。在個體發(fā)育的不同時期，生物體不同部位的細胞表達在個體發(fā)育的不同時期，生物體不同部位的細胞表達的基因是不同的，合成的蛋白質(zhì)也不一樣，從而構(gòu)成的基因是不同的，合成的蛋白質(zhì)也不一樣，從而構(gòu)成了不同的組織和器官。了不同的組織和器官。 Schwann Schwann在在1839 1839 年明確的指出：年明確的指出：“假設(shè)具假設(shè)具有與有機體內(nèi)一樣的條件時，每個細胞應(yīng)該可有與有機體內(nèi)一樣的條件時，每個細胞應(yīng)該可以獨立生活和開展。以獨立生活和開展。 德國著名植物學(xué)家德國著名植物學(xué)家G.HaberlandtG.Haberlandt在細胞學(xué)在細胞學(xué)說

6、的根底上于說的根底上于19021902年提出了細胞全能性學(xué)說。年提出了細胞全能性學(xué)說。他以為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，他以為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，直到單個細胞。假設(shè)每個細胞都有植物個體一直到單個細胞。假設(shè)每個細胞都有植物個體一樣的性質(zhì)和才干，那么，可以經(jīng)過植物細胞培樣的性質(zhì)和才干，那么，可以經(jīng)過植物細胞培育使單個細胞發(fā)育成為一個新個體。育使單個細胞發(fā)育成為一個新個體。植物組織培育的開展簡史 探求階段探求階段1919世紀(jì)初世紀(jì)初3030年代中年代中 德國植物生理學(xué)家德國植物生理學(xué)家HaHerlandtHaHerlandt初次進展了植物細初次進展了植物細胞培育實驗胞培育實驗

7、 奠基階段奠基階段30305050年代年代 1934 1934年，年，WhiteWhite培育番茄離體根尖勝利培育番茄離體根尖勝利 1939 1939年，年，GautheretGautheret延續(xù)培育胡蘿卜根構(gòu)成層初延續(xù)培育胡蘿卜根構(gòu)成層初次勝利次勝利 White: White:煙草種間雜種的瘤組織進展組培煙草種間雜種的瘤組織進展組培 Nobecourt Nobecourt：胡蘿卜進展組培：胡蘿卜進展組培 以上三人是植物組織培育的奠基人以上三人是植物組織培育的奠基人 迅速開展階段迅速開展階段6060年代后年代后原生質(zhì)體，花藥，快繁技術(shù)迅速開展原生質(zhì)體，花藥，快繁技術(shù)迅速開展 科學(xué)研討闡明，處

8、于離體形狀的科學(xué)研討闡明，處于離體形狀的植物活細胞，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激植物活細胞，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，就能夠素和其他外界條件的作用下，就能夠表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完好的植株。表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完好的植株。人工條件下實現(xiàn)的這一過程，就是植人工條件下實現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培育。物組織培育。 1958 1958年年StewardSteward和和ReinertReinert用胡蘿卜根的用胡蘿卜根的愈傷組織誘導(dǎo)成了體細胞胚，并進而獲得了愈傷組織誘導(dǎo)成了體細胞胚，并進而獲得了完好植株。完好植株。 植物組織培育的開展簡史離體的植物離體的植物器官、組織器官、組織或細胞或細胞

9、愈愈傷傷組組織織根根芽芽植植物物體體脫分化脫分化再分化再分化讓已分化的細胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有讓已分化的細胞，經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的構(gòu)造和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程的構(gòu)造和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細胞的過程脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在一定條件下進展培育脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在一定條件下進展培育又可以重新分化成幼根或芽等器官的過程。又可以重新分化成幼根或芽等器官的過程。避光避光愈傷組織：離體的植物器官、愈傷組織：離體的植物器官、組織或細胞，在培育一段時間組織或細胞，在培育一段時間以后，經(jīng)過細胞分裂，構(gòu)成一以后，經(jīng)過細胞分裂，構(gòu)成一種高度液泡化、無定外形狀薄種高度液泡化、無定外形狀薄壁細胞、具有分裂分化

10、才干，壁細胞、具有分裂分化才干，具有發(fā)育成一個完好植株的潛具有發(fā)育成一個完好植株的潛力。力。植物組織培育關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：外植體、脫分化、再分化、愈傷組織外植體、脫分化、再分化、愈傷組織1離體、離體、2一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件素和其他外界條件必要條件：必要條件：植物組織培育外植體：從活植物體上切下進展培育的那部分組外植體：從活植物體上切下進展培育的那部分組織或器官織或器官1 1外植體滅菌消毒根尖、莖、芽、嫩葉、種外植體滅菌消毒根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等子、花粉等2 2用消毒過的器械將外植體置于培育皿上用消毒過的器械將外植體置于培育皿上3 3切取所需的外植體切取所

11、需的外植體4 4將外植體接種于培育容器的培育基上將外植體接種于培育容器的培育基上整個實驗在超凈任務(wù)臺上進展，堅持無菌！整個實驗在超凈任務(wù)臺上進展，堅持無菌！外植體經(jīng)過一段時間在培育基上生長后，會構(gòu)成外植體經(jīng)過一段時間在培育基上生長后，會構(gòu)成愈傷組織愈傷組織培育基中的植物調(diào)理劑1脫分化：脫分化： 生長素生長素細胞分裂素，主要誘導(dǎo)植物組織脫分化和細胞分裂素，主要誘導(dǎo)植物組織脫分化和根原基的構(gòu)成。根原基的構(gòu)成。2再分化：再分化： 細胞分裂素細胞分裂素生長素，主要誘導(dǎo)植物組織再分化生長素，主要誘導(dǎo)植物組織再分化和芽原基的構(gòu)成。和芽原基的構(gòu)成。(3)比例適中，易誘導(dǎo)脫分化產(chǎn)生愈傷組織。比例適中，易誘導(dǎo)脫

12、分化產(chǎn)生愈傷組織。植物組織培育的培育基植物組織培育的培育基定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培育植物生長的基質(zhì)定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培育植物生長的基質(zhì)無機營養(yǎng)成分：無機營養(yǎng)成分：C C，H H，O O大量元素及部分微量元素大量元素及部分微量元素有機營養(yǎng)成分有機營養(yǎng)成分 含含N N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸物質(zhì)：包括維生素和氨基酸 碳源：碳源：2%5%2%5%的蔗糖的蔗糖 瓊脂：起支持作用瓊脂：起支持作用 激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素PHPH值：值：5.05.06.06.0試管苗大規(guī)模培育過程過程離體的植物器官、組織或細胞離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織愈

13、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：細胞分裂素、生長素細胞分裂素、生長素再分化再分化植物組織培育植物組織培育條件：植物組織培育條件： 含有全部營養(yǎng)成分的含有全部營養(yǎng)成分的培育基、一定的溫度、空培育基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適宜的氣、無菌環(huán)境、適宜的PHPH、適光陰照等。適光陰照等。 1972 1972年卡爾森等經(jīng)過兩個煙草種類之間年卡爾森等經(jīng)過兩個煙草種類之間原生質(zhì)體的交融，獲得了第一個體細胞雜種。原生質(zhì)體的交融，獲得了第一個體細胞雜種。19781978年梅爾徹斯年梅爾徹斯(Melchers)(Melchers)等初次獲得等初次獲得了番茄和馬鈴薯的屬

14、間體細胞雜種了番茄和馬鈴薯的屬間體細胞雜種“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、小麥與鵝冠草等細胞雜種及其后代，獲得了有小麥與鵝冠草等細胞雜種及其后代，獲得了有價值的新品系或育種上有用的新資料。價值的新品系或育種上有用的新資料。 三三 植物體細胞雜交植物體細胞雜交1 1、定義：、定義： 用兩個來自不同植物的體細胞交融成用兩個來自不同植物的體細胞交融成一個雜種細胞，且把雜種細胞培育成一個雜種細胞，且把雜種細胞培育成新的植物體的方法。新的植物

15、體的方法。 3 3、優(yōu)勢：、優(yōu)勢：與有性與有性雜交方法雜交方法比較比較 突破了不同種生物間的生殖隔離限制，突破了不同種生物間的生殖隔離限制，大大擴展了可用于雜交的親本組合范大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。圍。植物體細胞雜交植物體細胞雜交2 2、原理：、原理： 細胞膜的流動性細胞膜的流動性植物細胞的全能性植物細胞的全能性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)體體植物細胞植物細胞原生質(zhì)體交融原生質(zhì)體交融離心、離心、振動、振動、電刺激、電刺激、聚乙二聚乙二醇醇再生細胞壁再生細胞壁雜種細胞雜種細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挑選挑選等量等量激素激素再分再分

16、化化植物體細胞雜交過程表示圖植物體細胞雜交過程表示圖交融過程：交融過程：先膜融先膜融 核融核融 雜種細胞雜種細胞雜種細胞構(gòu)雜種細胞構(gòu)成的標(biāo)志：成的標(biāo)志：細胞壁的再生細胞壁的再生最終目的：最終目的：培育成新植株體，而不是構(gòu)成雜種細胞培育成新植株體，而不是構(gòu)成雜種細胞缺陷：缺陷：未按照人們的志愿表達未按照人們的志愿表達植物植物A A細胞細胞植物植物B B細胞細胞去壁去壁原生質(zhì)體原生質(zhì)體A A原生質(zhì)體原生質(zhì)體B B原生質(zhì)體交融原生質(zhì)體交融交融體交融體再生壁再生壁雜種細胞雜種細胞細胞分裂細胞分裂愈傷組織愈傷組織雜種植株雜種植株去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法纖維素酶、果膠酶等酶解法纖維素酶、果膠

17、酶等 原生質(zhì)體交融方法：物理法：離心、振動、電刺激等物理法：離心、振動、電刺激等 化學(xué)法：聚乙二醇化學(xué)法：聚乙二醇PEGPEG 植物體細胞雜交植物體細胞雜交過程表示圖過程表示圖制備原生質(zhì)體：酶解法去掉細胞壁制備原生質(zhì)體：酶解法去掉細胞壁 誘導(dǎo)融會誘導(dǎo)融會 新的原生質(zhì)體新的原生質(zhì)體 生出新細胞壁植物細胞交融完成的標(biāo)志生出新細胞壁植物細胞交融完成的標(biāo)志 雜種細胞雜種細胞 組織培育組織培育 雜種植株植物體細胞雜交完成的標(biāo)志雜種植株植物體細胞雜交完成的標(biāo)志意義：抑制遠緣雜交不親和的妨礙、培育新種意義：抑制遠緣雜交不親和的妨礙、培育新種類類 體細胞雜交所獲植株的染色體數(shù)、染色體組數(shù)=兩細胞相關(guān)數(shù)值直接相加。1.微型繁衍 (1)微型繁衍技術(shù):快速繁衍優(yōu)良種類的植物組織培育技術(shù). (2)特點: 堅持優(yōu)良種類的遺傳