人教版選修三專題二第一課植物細胞工程（共50張PPT）

專題2細胞工程植物細胞工程

番茄與馬鈴薯都是茄科植物，但不是同屬的植物。番茄的果實和馬鈴薯的塊莖是我們經常食用的蔬菜。馬鈴薯的塊莖生長在土壤中。

人們曾經有這樣一個幻想：讓一株植株地上部分結番茄，地下部分長土豆。這個幻想可能實現嗎？一個夢想?細胞工程

指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過某種工程學手段，在細胞整體水平或細胞器水平上，按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學技術。細胞工程應用的原理和方法研究的水平研究的目的細胞生物學和分子生物學細胞整體水平或細胞器水平按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品概念分類植物細胞工程動物細胞工程理論基礎細胞的全能性主要技術植物體細胞雜交植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)動物細胞融合單克隆抗體技術核移植植物細胞工程技術動物細胞工程技術所采用技術的理論基礎植物細胞工程通常采用的技術手段植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交植物細胞的全能性1、定義：

生物體的體細胞具有發(fā)育成完整個體的潛能的特性。

2、原因：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，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因。從理論上講，生物體的每一個活細胞都應該具有全能性。

3、差異：

（1）受精卵的全能性最高

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

思考討論：為什么體內細胞沒有表現出全能性，而是分化成為不同的組織、器官？

基因在特定空間和時間條件下選擇性表達的結果。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)展簡史①探索階段（19世紀初－30年代中）德國植物生理學家HaHerlandt首次進行了植物細胞培養(yǎng)實驗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行組培Nobecourt：胡蘿卜進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）原生質體培養(yǎng)，花藥培養(yǎng)，快速繁殖技術迅速發(fā)展背景資料

科學研究表明，處于離體狀態(tài)的植物活細胞，在一定的營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實現的這一過程，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成了體細胞胚，并進而獲得了完整植株。

植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史植物組織培養(yǎng)關鍵詞：外植體、脫分化、再分化、愈傷組織細胞離體、一定的營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件必要條件：離體的植物器官、組織或細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)基上整個試驗在超凈工作臺上進行，保持無菌！外植體經過一段時間在培養(yǎng)基上生長后，會形成愈傷組織幾個概念：愈傷組織：離體的植物器官、組織或細胞，在培養(yǎng)一段時間以后，通過細胞分裂，形成一種高度液泡化、無定形狀態(tài)薄壁細胞團。脫分化讓已經分化的細胞，經過誘導后，失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程，稱為植物細胞的脫分化。再分化脫分化產生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng)又可以重新分化成幼根、芽等器官，這一過程稱為植物細胞的再分化。分化：個體發(fā)育中，由一個或一種細胞增殖產生的后代，在形態(tài)、結構和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的基質無機營養(yǎng)成分：水分和無機鹽有機營養(yǎng)成分①含N物質：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：生長素，細胞分裂素

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

離體，含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、無菌環(huán)境、適合的PH、溫度、適時光照等。

1972年卡爾森等通過兩個煙草品種之間原生質體的融合，獲得了第一個體細胞雜種。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材料。（三）植物體細胞雜交1、定義：

用兩個來自不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞，且把雜種細胞培育成新的植物體的方法。2、優(yōu)勢：（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，克服不同生物遠緣雜交不親和的障礙。植物體細胞雜交去壁去壁纖維素酶果膠酶原生質體植物細胞原生質體融合離心、振動、電刺激聚乙二醇再生細胞壁雜種細胞去分化愈傷組織雜種植株激素等量激素再分化三、植物體細胞雜交過程示意圖細胞膜的流動性植物A細胞植物B細胞去壁原生質體A原生質體B原生質體融合融合體再生壁雜種細胞細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）

原生質體融合方法：物理法：離心、振動、電刺激等化學法：聚乙二醇（PEG）植物體細胞雜交過程示意圖及意義意義：克服遠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”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯？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胞雜種。他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細胞進行融合，所產生的雜交株被稱為“馬鈴薯番茄”。像大多數雜種一樣，雜交株同時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”，但是沒有產生可結實的花、果實以及真正意義上的塊莖。到目前為止“馬鈴薯—番茄”一類的體細胞雜交植物還不能產生經濟效益，但是其研究價值不可忽視。至于馬鈴薯—番茄沒有像人們預想的那樣地上長番茄、地下結馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯就是很自然的了。植物體細胞雜交尚未解決的問題有：A、去掉細胞壁,分離出有活力的原生質體B、將雜種細胞培育成植株C、讓雜種植物按照人們的需要表現出親代的優(yōu)良性D、尚未培育出屬間雜種植物不能人工誘導原生質體融合的方法是：A、振動B、電刺激、C、PEG試劑、D、重壓CD植物細胞工程的實際應用一、植物繁殖的新途徑1.微型繁殖(1)微型繁殖技術:用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術.(2)特點:保持優(yōu)良品種的遺傳特性;高效快速地實現種苗的大量繁殖.2.作物脫毒(1)材料:植物分生區(qū)（莖尖）的病毒極少，甚至無病毒。(2)脫毒苗:切取莖尖進行組織培養(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：使農作物不會或極少感染病毒3.神奇的人工種子(1)特點:后代無性狀分離（可以保持優(yōu)良品質的遺傳特性，不受氣候,季節(jié)和地域限制）(2)技術:植物組織培養(yǎng).(3)結構: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，想一想它們具有哪些優(yōu)點？提示：人工種子的優(yōu)點：（1）天然種子由于在遺傳上具有因減數分裂引起的重組現象，因而會造成某些遺傳性狀的改變；天然種子在生產上受季節(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，生產上也不受季節(jié)的限制。（2）試管苗的大量貯藏和運輸也是相當困難的。人工種子則克服了這些缺點，人工種子外層是起保護作用的薄膜，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: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)產生:植物組織培養(yǎng)(2)利用:篩選對人們有