人教版選修三專題二第一課植物細(xì)胞工程（共50張PPT）

專題2細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程

番茄與馬鈴薯都是茄科植物，但不是同屬的植物。番茄的果實(shí)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(zhǎng)在土壤中。

人們?cè)?jīng)有這樣一個(gè)幻想：讓一株植株地上部分結(jié)番茄，地下部分長(zhǎng)土豆。這個(gè)幻想可能實(shí)現(xiàn)嗎？一個(gè)夢(mèng)想?細(xì)胞工程

指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過(guò)某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門(mén)綜合科學(xué)技術(shù)。細(xì)胞工程應(yīng)用的原理和方法研究的水平研究的目的細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品概念分類植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程理論基礎(chǔ)細(xì)胞的全能性主要技術(shù)植物體細(xì)胞雜交植物組織培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞融合單克隆抗體技術(shù)核移植植物細(xì)胞工程技術(shù)動(dòng)物細(xì)胞工程技術(shù)所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ)植物細(xì)胞工程通常采用的技術(shù)手段植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞的全能性1、定義：

生物體的體細(xì)胞具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能的特性。

2、原因：生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個(gè)體所必需的全部基因。從理論上講，生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。

3、差異：

（1）受精卵的全能性最高

（2）受精卵分化后的細(xì)胞中，體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞的低。植物細(xì)胞的全能性受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞＞＞4、大小蜜蜂（2N=32）減數(shù)分裂卵細(xì)胞(N=16)發(fā)育雄蜂(N=16)卵細(xì)胞可以直接發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體例：

思考討論：為什么體內(nèi)細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織、器官？

基因在特定空間和時(shí)間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果。在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，生物體不同部位的細(xì)胞表達(dá)的基因是不同的，合成的蛋白質(zhì)也不一樣，從而形成了不同的組織和器官。植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史①探索階段（19世紀(jì)初－30年代中）德國(guó)植物生理學(xué)家HaHerlandt首次進(jìn)行了植物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)②奠基階段（30－50年代）1934年，White培養(yǎng)番茄離體根尖成功1939年，Gautheret連續(xù)培養(yǎng)胡蘿卜根形成層首次成功White:煙草種間雜種的瘤組織進(jìn)行組培Nobecourt：胡蘿卜進(jìn)行組培以上三人是植物組織培養(yǎng)的奠基人③迅速發(fā)展階段（60年代后）原生質(zhì)體培養(yǎng)，花藥培養(yǎng)，快速繁殖技術(shù)迅速發(fā)展背景資料

科學(xué)研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活細(xì)胞，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實(shí)現(xiàn)的這一過(guò)程，就是植物組織培養(yǎng)。

1958年Steward等用胡蘿卜根的愈傷組織誘導(dǎo)成了體細(xì)胞胚，并進(jìn)而獲得了完整植株。

植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡(jiǎn)史植物組織培養(yǎng)關(guān)鍵詞：外植體、脫分化、再分化、愈傷組織細(xì)胞離體、一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件必要條件：離體的植物器官、組織或細(xì)胞愈傷組織根芽植物體脫分化再分化植物組織培養(yǎng)外植體：從活植物體上切下進(jìn)行培養(yǎng)的那部分組織或器官1）外植體滅菌消毒（根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等）2）用消毒過(guò)的器械將外植體置于培養(yǎng)皿上3）切取所需的外植體4）將外植體接種于培養(yǎng)容器的培養(yǎng)基上整個(gè)試驗(yàn)在超凈工作臺(tái)上進(jìn)行，保持無(wú)菌！外植體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間在培養(yǎng)基上生長(zhǎng)后，會(huì)形成愈傷組織幾個(gè)概念：愈傷組織：離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在培養(yǎng)一段時(shí)間以后，通過(guò)細(xì)胞分裂，形成一種高度液泡化、無(wú)定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞團(tuán)。脫分化讓已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過(guò)程，稱為植物細(xì)胞的脫分化。再分化脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)又可以重新分化成幼根、芽等器官，這一過(guò)程稱為植物細(xì)胞的再分化。分化：個(gè)體發(fā)育中，由一個(gè)或一種細(xì)胞增殖產(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(guò)程。植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基定義：含有一定營(yíng)養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長(zhǎng)的基質(zhì)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：水分和無(wú)機(jī)鹽有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分①含N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸②碳源：2%—5%的蔗糖③瓊脂：起支持作用④植物激素：生長(zhǎng)素，細(xì)胞分裂素

試管苗大規(guī)模培養(yǎng)過(guò)程離體的植物器官、組織或細(xì)胞愈傷組織根、芽植物體外植體脫分化植物激素：細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素再分化植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)條件：

離體，含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、無(wú)菌環(huán)境、適合的PH、溫度、適時(shí)光照等。

1972年卡爾森等通過(guò)兩個(gè)煙草品種之間原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜種。背景資料1978年梅爾徹斯(Melchers)等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細(xì)胞雜種——“Potamato”。

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、小麥與鵝冠草等細(xì)胞雜種及其后代，獲得了有價(jià)值的新品系或育種上有用的新材料。（三）植物體細(xì)胞雜交1、定義：

用兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法。2、優(yōu)勢(shì)：（與有性雜交方法比較）

打破了不同種生物間的生殖隔離限制，克服不同生物遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。植物體細(xì)胞雜交去壁去壁纖維素酶果膠酶原生質(zhì)體植物細(xì)胞原生質(zhì)體融合離心、振動(dòng)、電刺激聚乙二醇再生細(xì)胞壁雜種細(xì)胞去分化愈傷組織雜種植株激素等量激素再分化三、植物體細(xì)胞雜交過(guò)程示意圖細(xì)胞膜的流動(dòng)性植物A細(xì)胞植物B細(xì)胞去壁原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體融合融合體再生壁雜種細(xì)胞細(xì)胞分裂愈傷組織雜種植株去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等）

原生質(zhì)體融合方法：物理法：離心、振動(dòng)、電刺激等化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）植物體細(xì)胞雜交過(guò)程示意圖及意義意義：克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙、培育新品種思考與探究

1.為什么“番茄—馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒(méi)有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯？提示：1978年，梅爾徹斯（Melchers）等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的屬間體細(xì)胞雜種。他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細(xì)胞進(jìn)行融合，所產(chǎn)生的雜交株被稱為“馬鈴薯番茄”。像大多數(shù)雜種一樣，雜交株同時(shí)具有馬鈴薯和番茄的形態(tài)特征。其中一些植株形成了“類似塊莖的生殖根”，但是沒(méi)有產(chǎn)生可結(jié)實(shí)的花、果實(shí)以及真正意義上的塊莖。到目前為止“馬鈴薯—番茄”一類的體細(xì)胞雜交植物還不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，但是其研究?jī)r(jià)值不可忽視。至于馬鈴薯—番茄沒(méi)有像人們預(yù)想的那樣地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達(dá)不是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。植物體細(xì)胞雜交尚未解決的問(wèn)題有：A、去掉細(xì)胞壁,分離出有活力的原生質(zhì)體B、將雜種細(xì)胞培育成植株C、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性D、尚未培育出屬間雜種植物不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是：A、振動(dòng)B、電刺激、C、PEG試劑、D、重壓CD植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用一、植物繁殖的新途徑1.微型繁殖(1)微型繁殖技術(shù):用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù).(2)特點(diǎn):保持優(yōu)良品種的遺傳特性;高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖.2.作物脫毒(1)材料:植物分生區(qū)（莖尖）的病毒極少，甚至無(wú)病毒。(2)脫毒苗:切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)，再生的植株就有可能不帶病毒，從而獲得脫毒苗（3）優(yōu)點(diǎn)：使農(nóng)作物不會(huì)或極少感染病毒3.神奇的人工種子(1)特點(diǎn):后代無(wú)性狀分離（可以保持優(yōu)良品質(zhì)的遺傳特性，不受氣候,季節(jié)和地域限制）(2)技術(shù):植物組織培養(yǎng).(3)結(jié)構(gòu):人工薄膜包裝胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽.2.人工種子之所以神奇，是由于它具有天然種子不可比擬的特點(diǎn)，想一想它們具有哪些優(yōu)點(diǎn)？提示：人工種子的優(yōu)點(diǎn)：（1）天然種子由于在遺傳上具有因減數(shù)分裂引起的重組現(xiàn)象，因而會(huì)造成某些遺傳性狀的改變；天然種子在生產(chǎn)上受季節(jié)限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十幾年才繁殖一次。而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性，生產(chǎn)上也不受季節(jié)的限制。（2）試管苗的大量貯藏和運(yùn)輸也是相當(dāng)困難的。人工種子則克服了這些缺點(diǎn)，人工種子外層是起保護(hù)作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地貯藏和運(yùn)輸。二、作物新品種的培育1.單倍體育種(1)方法:花藥的離體培養(yǎng)(2)優(yōu)點(diǎn):后代穩(wěn)定遺傳,都是純合體;明顯縮短育種年限.2.突變體的利用(1)產(chǎn)生:植物組織培養(yǎng)(2)利用:篩選對(duì)人們有