植物細胞工程的基本技術(shù)

1、2.1.1植物細胞工程教學(xué)目標(biāo)1、簡述植物組織培養(yǎng)和植物體細胞雜交技術(shù)2、列舉植物細胞工程的實際應(yīng)用3、嘗試進行植物組織培養(yǎng)教學(xué)重點1、植物組織培養(yǎng)的原理和過程2、植物體細胞雜交的原理3、植物細胞工程應(yīng)用的實例教學(xué)難點植物組織培養(yǎng)的實驗教學(xué)過程復(fù)習(xí)：細胞分化：1、概念：在個體發(fā)育過程中，由一種或一個細胞通過增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程注意：不改變細胞數(shù)目，不改變遺傳，增加了細胞種類2、原因：相同的基因在特定的時間和空間內(nèi)進行選擇性表達的結(jié)果3、特點：普遍性：單細胞生物沒有細胞分化持久性：細胞分化存在于生物體的整個生命進程中，但在胚胎時期達到最大限度不可逆性：分化

2、的細胞要維持分化后的狀態(tài)直到死亡4、結(jié)果：產(chǎn)生了不同的組織和器官5、意義：個體發(fā)育的基礎(chǔ)（包括細胞分裂和細胞分化）細胞全能性：1、概念：已經(jīng)分化的細胞，仍然具有發(fā)育成完整個體的潛能（起點：細胞、組織、器官；終點：完整個體）舉例：壁虎斷尾后再生（X）;皮膚燒傷后再生（X）;種子長成幼苗（，）；植物托插（，）受精卵發(fā)育成嬰兒（，）；2、物質(zhì)基礎(chǔ)：每個細胞里有該種生物全套的遺傳信息（所以單個卵細胞或精子也可發(fā)育成完整個體，體現(xiàn)全能性）3、條件：離體營養(yǎng)物質(zhì)外界條件4、發(fā)揮順序植物細胞動物細胞,受精卵生殖細胞（卵精子）體細胞體細胞：分裂能力強的細胞分裂能力弱的細胞（分化程度低分化程度高）注意：受精卵是

3、未分化的細胞，所以全能性最高生殖細胞是分化程度高，全能性也高（特例）細胞工程：是指應(yīng)用細胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。分類：植物細胞工程和動物細胞工程一、植物組織培養(yǎng)1、理論基礎(chǔ)：植物細胞全能性2、流程：離體的植物細胞、脫分化再分化愈傷組織IM根：芽或胚狀體M試管苗Hx未分化已分化相關(guān)知識點：取材：根尖、莖尖、芽尖等分生組織，分裂能力強，全能性易發(fā)揮脫分化（誘導(dǎo)培養(yǎng)基）實質(zhì)：使細胞恢復(fù)分裂能力a.概念：讓已經(jīng)分化的細胞經(jīng)過誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化的細胞的過程形式：固體

4、b.培養(yǎng)基,.無機物水、無機鹽成分I有機物：氨基酸、維生素、蔗糖植物激素：生長素和細胞分裂素注：培養(yǎng)基中加入蔗糖的目的是提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓另外，脫分化培養(yǎng)基上可加入2,4-D,促進愈傷組織的產(chǎn)生和生長c.條件：黑暗（因為在光照條件下容易分化成維管組織，不利于產(chǎn)生大量的愈傷組織）無菌（一旦污染，迅速生長的各種雜菌不僅會與培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，而且雜菌會產(chǎn)生大量對培養(yǎng)物有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物死亡）消毒和滅菌的區(qū)別第一，兩者要求達到的處理水平不同。消毒只要求殺滅或清除致病微生物，使其數(shù)量減少到不再能引起人發(fā)病。滅菌不僅要求殺滅或/和清除致病微生物，還要求將所有微生物全部殺滅或/和清除掉，包括非致腐微生物

5、?？傊?，消毒只要求場所與物品達到無害化水平，而滅菌則要求達到?jīng)]有一個活菌存在。第二，兩者選用的處理方法不同。滅菌與消毒相比，要求更高，處理更難。滅菌必須選用能殺滅抵抗力最強的微生物（細菌芽抱）的物理方法或化學(xué)滅菌劑，而消毒只需選用具有一定殺菌效力的物理方法、化愈傷組織：排列疏松，高度液泡化的無定形狀態(tài)的薄壁細胞。（分化程度低，全能性高）再分化（分化培養(yǎng)基）實質(zhì)：基因的選擇性表達a.概念：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)培養(yǎng)又可以重新分化成根或芽等器官的過程b.培養(yǎng)基:同脫分化培養(yǎng)基c.條件：光照（有利于誘導(dǎo)形成葉綠素）植物激素的使用對植物組織培養(yǎng)的影響“主.高一有利于根的形成生長素.：a.使用比例：低

6、一有利于芽的分化適中一促進愈傷組織的形成先生長素后細胞分裂素：有利于細胞分裂，但不分化b.使用順序先細胞分裂素后生長素：細胞既分裂又分化同時使用兩種激素：分化頻率提高3、概念：在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織或細胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整植株。二、植物體細胞雜交1、理論基礎(chǔ)：植物原生質(zhì)體融合：生物膜具有一定的流動性植物組織培養(yǎng)：植物細胞的全能性2、流程：植物細胞A植物細胞B植物的原生質(zhì)體融合II-去掉細胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B雜種原生質(zhì)體AB再生出L田胞壁雜種細胞植物組織培養(yǎng)3脫分化愈傷組織3再

7、分化雜種植株相關(guān)知識點：去壁原因：細胞壁阻礙了原生質(zhì)體的融合去壁方法：酶解法（纖維酶和果膠酶）誘導(dǎo)融合的方法物理：離心、振動、電激等化學(xué)：聚乙二醇（PEG融合的實質(zhì)：核融合融合完成的標(biāo)志：雜種細胞再生出細胞壁再生細胞壁涉及到的細胞器：高爾基體、線粒體注意：進行雜交的細胞是不同種生物的細胞，因為不同物種之間存在生殖隔離，用雜交的方式不能獲得雜種植株體細胞內(nèi)的染色體組數(shù)是融合前兩細胞內(nèi)染色體組數(shù)之和雜種植株是否可育取決于融合前植株的育性原因：減數(shù)分裂（不）正常，（不）能形成正常配子雜種植株融合過程中細胞中遺傳物質(zhì)的傳遞不遵循孟德爾遺傳規(guī)律3、概念：將不同種的植物體細胞，在一定條件下融合成雜種細胞，

8、并把雜種細胞培育成新的植物體的技術(shù)4、優(yōu)點：克服不同生物遠緣雜交不親和障礙拓展：植物體細胞雜交尚存在一些問題親緣關(guān)系越遠，染色體排斥丟失的現(xiàn)象越嚴(yán)重由于是兩個物種的全部遺傳物質(zhì)的合并，各種基因都在其中，選擇符合需要的個體的難度大有時缺乏選擇雜種細胞的有效方法因此目前整體對稱融合的工作比較少，而是采用非對稱融合，即一方親本包括了全部遺傳物質(zhì)，另一方親本只取一部分遺傳物質(zhì)，如用不具有細胞核的原生質(zhì)體與之進行融合小知識：植物細胞是如何吸收蔗糖的1、植物細胞是如何吸收蔗糖的在植物組織培養(yǎng)初期，由于植物組織或細胞不能進行光合作用，因此需要供給碳源和能源。由于受教材中質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗的影響，人們會認(rèn)為蔗

9、糖不能被植物細胞吸收，其實它是可以進入的。在培養(yǎng)基中蔗糖濃度較低，蔗糖以被動運輸?shù)男问竭M入細胞，植物細胞內(nèi)有蔗糖轉(zhuǎn)化酶，在高等植物蔗糖代謝中起著很重要的作用。培養(yǎng)基中添加蔗糖而不是葡萄糖，是以大量實驗為基礎(chǔ)的，實驗表明蔗糖能支持絕大多數(shù)植物離體培養(yǎng)物的旺盛生長，原因可能有：同樣作為碳源和能源物質(zhì)，蔗糖較葡萄能更好地維持培養(yǎng)基內(nèi)的低滲環(huán)境。防止微生物的污染，微生物生長所需的碳源最適合的是葡萄糖。相同的物質(zhì)的量濃度下，蔗糖比葡萄糖提供的能量多。當(dāng)然，不同植物對不同糖類的反應(yīng)是不完全的。2、疑問：植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基為什么只用蔗糖而不用葡萄糖植物與動物的最大差別就是植物是自養(yǎng)型的（光合作用），而動物是異養(yǎng)型的（外部吸收代謝）。植物光合產(chǎn)物是多糖（二碳糖以上，包括蔗糖），貯藏產(chǎn)物形式是淀粉，而淀粉的合成前體就是蔗糖。蔗糖=葡萄糖+果糖，所以蔗糖的合成必須同時要有葡萄糖和果糖，其實植物也只能吸收葡萄糖和果糖。在組織培養(yǎng)中加入蔗糖，經(jīng)熬煮和高壓滅菌后就會分解成植物能夠吸收的葡萄糖和果糖形式。其實這樣看來在組培中，植物也有部