植物細胞工程課件級

植物細胞工程課件級第一頁，共九十五頁，2022年，8月28日

植物細胞工程

植物細胞工程的基本技術第二頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物細胞工程通常采用的技術手段

植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交所采用技術的理論基礎植物細胞的全能性第三頁，共九十五頁，2022年，8月28日細胞全能性概念：原因（基礎）：全能性的高低：體內細胞未表現(xiàn)全能性的原因：全能性表達的條件：植物細胞工程的理論基礎第四頁，共九十五頁，2022年，8月28日細胞全能性概念：具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞，都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。生物體的每一個細胞都含有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因。原因（基礎）：體內細胞未表現(xiàn)全能性的原因：在特定的時間和空間條件下，細胞中的基因選擇性地表達出各種蛋白質。從而構成不同的組織器官。是否所有細胞都有全能性？第五頁，共九十五頁，2022年，8月28日生物體的每一個體細胞都含有該物種所特有的全套的遺傳物質（全套基因）200多種基因的選擇性表達受精卵第六頁，共九十五頁，2022年，8月28日細胞全能性與分化程度高低的關系但是卵細胞分化程度高，全能性也高第七頁，共九十五頁，2022年，8月28日全能性表達的條件：離體、無菌、一定的營養(yǎng)物質、激素和其他外界條件細胞全能性第八頁，共九十五頁，2022年，8月28日一、植物組織培養(yǎng)起止點？種子植株體現(xiàn)了全能性嗎？屬于該技術？第九頁，共九十五頁，2022年，8月28日離體植物組織、細胞愈傷組織胚狀體根、芽植物體脫分化再分化第十頁，共九十五頁，2022年，8月28日第十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織外植體脫分化再分化胚狀體、叢芽植物體過程：由高度分化的植物器官、組織或細胞產生愈傷組織的過程愈傷組織重新分化成根、芽等器官或胚狀體的過程胚狀體P40第十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日胡蘿卜的組織培養(yǎng)實驗實驗原理：實驗目的：材料用具：方法步驟：植物體的根、莖、葉細胞一般都具有全能性，在一定的營養(yǎng)和激素等條件下，可以脫分化形成愈傷組織。將愈傷組織轉接到含有不同激素成分的培養(yǎng)基上，就可以誘導其分化生成胚狀體或叢芽，進而發(fā)育成完整的小植株。植物組織培養(yǎng)的全過程，證明了分化的植物細胞，仍具有形成完整植株所需要的全部基因。第十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物組織培養(yǎng)技術流程簡圖第十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日脫分化和再分化脫分化再分化過程結果條件細胞愈傷組織愈傷組織幼苗排列疏松,高度液泡化的薄壁細胞形成胚狀體或叢芽離體,營養(yǎng)物質,激素,其它適宜條件(如溫度、PH、無菌)等。植物組織培養(yǎng)第十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日1.在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？

造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規(guī)范等。所以在組織培養(yǎng)實驗中用到的植物材料和各種器械都要進行徹底地滅菌，實驗人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌。第十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日2,。為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能形成小植株嗎？答：形成層細胞具有旺盛的分裂能力，容易誘導形成愈傷組織。其他部分的細胞當然也能培養(yǎng)成小植株，不過培養(yǎng)起來要困難一點。第十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日3.影響植物組織培養(yǎng)的因素:較低有利于生根有利于芽的產生較高細胞分裂素生長素有利于愈傷組織的形成適中1）.植物激素:細胞分裂素和生長素。二者的用量和比例會影響植物細胞發(fā)育方向細胞分裂素生長素細胞分裂素生長素第十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日3）光照：脫分化不需要光照，再分化需要光照4）適宜的溫度、PH值2）營養(yǎng)成分：大量元素、微量元素、有機物（氨基酸、維生素、蔗糖等）、水第十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日想一想：1.植物組織培養(yǎng)屬于哪種生殖方式？2.植物組織培養(yǎng)得到的植物體細胞中染色體數(shù)目？3.植物組織培養(yǎng)得到的植物，遺傳物質來自

個親本？4.要想獲得遺傳物質來自兩個親本的番茄—馬鈴薯（番茄、馬鈴薯之間存在生殖隔離，有性雜交不能成功），需要用什么技術手段？第二十頁，共九十五頁，2022年，8月28日

植物細胞工程

植物細胞工程的基本技術（2）植物細胞工程的實際應用第二十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日討論：20世紀60年代，一些科學家提出這樣一個設想：培養(yǎng)出地上部分結番茄果實，地下部分結馬鈴薯塊莖的植株。你有什么辦法？第二十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日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，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。植物體細胞雜交第二十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物體細胞雜交技術1.你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？如何消除這一障礙？細胞壁酶解法----纖維素酶、果膠酶原生質體與原生質的區(qū)別第二十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日2.兩個原生質體融合首先是什么融合？利用了什么原理？什么方法？細胞膜細胞膜的流動性物理法：離心、振動、電刺激化學法：聚乙二醇（PEG）第二十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日3.植物細胞融合成功的標志是什么？雜種細胞產生了新的細胞壁（與高爾基體有關）第二十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日4.形成雜種細胞后如何才能得到雜種植株？植物組織培養(yǎng)脫分化+再分化第二十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日5.與番茄和馬鈴薯相比番茄-馬鈴薯的遺傳物質發(fā)生改變了嗎？其染色體數(shù)為多少？染色體組數(shù)呢？發(fā)生了改變體細胞雜交雜種植株染色體數(shù)為番茄和馬鈴薯染色體數(shù)目之和第二十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物A細胞植物B細胞去壁原生質體A原生質體B人工誘導原生質體融合融合體AB再生細胞壁雜種細胞AB脫分化愈傷組織雜種植株植物體細胞雜交過程：植物體細胞雜交植物細胞融合植物組織培養(yǎng)方法誘導方法再分化思考：如何篩選雜種細胞？第二十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日(1)(1)(2)(3)(4)(5)練習：植物體細胞雜交過程示意圖第三十頁，共九十五頁，2022年，8月28日P38思考與探究1主要原因：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。問題：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？植物體細胞雜交的意義：第三十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日白菜甘藍白菜－甘藍植物體細胞雜交應用第三十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日P38思考與探究2第三十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日1、回憶植物組織培養(yǎng)技術的基本原理和過程？2、思考利用這項技術能做哪些工作？

思考：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第三十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物細胞工程的實際應用植物繁殖的新途徑作物新品種的培育細胞產物的工廠化生產突變體的利用人工種子單倍體育種作物脫毒微型繁殖第三十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日概念:優(yōu)點:利用植物組織培養(yǎng)技術，快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術。1）保持優(yōu)良品種的遺傳特性2）高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖成就:１、微型繁殖技術（快速繁殖技術）蘭花、生菜、楊樹以及無籽西瓜的試管苗，都已形成一定規(guī)模的產業(yè)化生產。一、植物繁殖的新途徑第三十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日第三十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日2、作物脫毒原因:長期進行無性繁殖的作物，易積累感染的病毒，導致產量降低，品質變差。材料:方法:結果:成就:分生區(qū)（如莖尖）的細胞進行組織培養(yǎng)獲得脫毒苗在馬鈴薯、草莓、甘蔗、菠蘿等作物上已獲得成功一、植物繁殖的新途徑第三十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日第三十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日3.神奇的人工種子天然種子的缺陷：通過植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經過人工薄膜包裝得到的種子。人工種子的概念胚狀體（不定芽、頂芽和腋芽）+人工種皮+人工胚乳人工種子的組成胚狀體

在組織培養(yǎng)過程中，由愈傷組織再分化形成的類似于胚的結構。一、植物繁殖的新途徑第四十頁，共九十五頁，2022年，8月28日人工種子胚狀體人工種皮人工胚乳人工種子第四十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日①培植周期短②后代無性狀分離③不受氣候,季節(jié)和地域限制④可以很方便地貯藏和運輸人工種皮的有效成分：加入適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源以及農藥、抗生素、有益菌、植物生長調節(jié)劑等。優(yōu)點：討論P40第四十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日二、作物新品種的培育1.單倍體育種體細胞中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體單倍體定義：由配子不經受精作用而直接發(fā)育成的個體。單倍體形成：長得弱小，而且高度不育單倍體植株的特點：第四十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日二、作物新品種的培育方法：1.單倍體育種優(yōu)點：后代都是純合子，明顯縮短育種年限。成就：花藥離體培養(yǎng)單倍體人工誘導染色體加倍純合子選育優(yōu)良品種單育1號煙草品種、中花8號、11號水稻。第四十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日二、作物新品種的培育2、突變體的利用植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細胞一直處于不斷的分生狀態(tài)，易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產生突變產生：篩選對人們有利突變體,進而培育新品種利用：成就：已篩選到抗病、抗鹽、含高蛋白及高產的突變體，如抗煙草花葉病毒的甘蔗。第四十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日三、細胞產物的工廠化生產蛋白質,脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等細胞產物種類：植物的組織培養(yǎng)技術：成就：利用植物組織培養(yǎng)技術來大量生產人參皂甙干粉第四十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日紫草紫草素愈傷組織第四十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日離體的植物細胞(組織、器官)↓誘導產生愈傷組織↓誘導形成胚狀體↓胚狀體機械化包裹人工種皮↓貯藏或種植思考與探究2第四十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日隨堂練習

下列有關細胞全能性的含義，正確的（）A.每個生物體內的所有細胞都具有相同的

功能B.生物體內的任何一個細胞可以完成該個

體的全部功能C.生物體的每一個活細胞都具有發(fā)育成完

整個體的潛能D.生物體的每個細胞都經過產生、分裂、分化、生長、衰老、死亡的全過程

第四十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日隨堂練習下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料（）A.秋海棠的葉B.馬鈴薯的塊莖C.成熟的花粉D.木質部中的導管細胞第五十頁，共九十五頁，2022年，8月28日隨堂練習例3：(08江蘇生物)下列關于植物組織培養(yǎng)的敘述中，錯誤的是（）A.培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營養(yǎng)和調節(jié)滲透壓B.培養(yǎng)基中的生長素和細胞分裂素影響愈傷組織的生長和分化C.離體器官或組織的細胞都必須通過脫分化才能形成愈傷組織D.同一株綠色開花植物不同部位的細胞經培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因相同第五十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日1.你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融合，遇到的第一個障礙是什么？如何消除這一障礙？2.怎樣使兩個不同原生質體發(fā)生融合？3.發(fā)生了融合的原生質體如何處理而獲得雜種植物細胞？4.原生質體融合成功的標志是什么？5.如何將雜種細胞培育成雜種植株？自主閱讀與思考第五十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)細胞工程簡介

一植物細胞工程第五十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物細胞工程通常采用的技術手段

植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交所采用技術的理論基礎植物細胞的全能性第五十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日1、定義：生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能的特性。2、原理：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4、潛在全能性的原因：基因表達的選擇性（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。一、細胞的全能性第五十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日二、植物組織培養(yǎng)概念科學研究表明，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(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。

第五十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織根芽植物體脫分化再分化脫分化由高度分化的植物器官、組織或細胞產生愈傷組織的過程，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)又可以重新分化成根或芽等器官，這一過程稱為植物細胞的再分化。二、植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)過程第五十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日4.植物組織培養(yǎng)的應用：

（1）試管苗的快速繁殖（2）無病毒植物的培育（3）提取原料（4）人工種子（5）轉基因植物的培育含有全部營養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時光照等。二、植物組織培養(yǎng)3.植物組織培養(yǎng)條件：第五十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日離體植物細胞愈傷組織胚狀體根芽植物體脫分化再分化二、植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)應用舉例（一）第五十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日紫草紫草素愈傷組織二、植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)應用舉例（二）第六十頁，共九十五頁，2022年，8月28日胚狀體人工種皮人工胚乳二、植物組織培養(yǎng)植物組織培養(yǎng)應用舉例（三）人工種子第六十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日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，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。三、植物體細胞雜交第六十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物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）三、植物體細胞雜交過程：第六十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日(1)(1)(2)(3)(4)(5)三、植物體細胞雜交過程示意圖第六十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日白菜甘藍白菜－甘藍三、植物體細胞雜交植物體細胞雜交應用第六十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日題1：人工獲得一個雜交植株，需要下列哪項步驟（）A、分離原生質體→誘導原生質體融合→組織培養(yǎng)→得到雜種植株B、分離原生質體→原生質體融合→雜種植株C、獲取細胞→原生質融合→組織培養(yǎng)→得到雜種植株D、獲取細胞→原生質直接融合→組織培養(yǎng)

例題一第六十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日題2：在離體的植物器官、組織或細胞脫分化形成愈傷組織的過程中，下列哪一項條件是不需要的？A、適宜的營養(yǎng)物質B、適宜的溫度C、消毒滅菌D、適宜濃度的生長激素題3：某株名貴花卉用種子繁殖會發(fā)生性狀分離。為了防止性狀分離并快速繁殖，可以利用該植物的一部分器官或組織進行離體培養(yǎng)，發(fā)育出完整的植株。進行離體培養(yǎng)時不應采用該植株的（）A、莖尖B、子房壁C、葉片D、花粉粒例題二第六十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日細胞工程簡介

(一）植物細胞工程第六十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日細胞工程

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。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第六十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日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第七十頁，共九十五頁，2022年，8月28日（一）細胞的全能性1、定義：

生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能的特性。

2、原理：

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。

第七十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日5、例題辨析：

下列有關細胞全能性的含義，正確的是：A、每個生物體內的所有細胞都具有相同的功能

B、生物體內的任何一個細胞可以完成該個體的全部功能C、生物體的每一個活細胞都具有發(fā)育成完整個體的潛能D、生物體的每個細胞都經過產生、分裂、分化、生長、衰老、死亡的全過程

第七十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日在生物體內，細胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因為：

A、細胞喪失了全能性

B、基因的表達有選擇性

C、不同的細胞內基因不完全相同D、在個體發(fā)育的不同時期，細胞內的基因發(fā)生了變化

第七十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日

Schwann在1839年明確的指出：“如果具有與有機體內一樣的條件時，每個細胞應該可以獨立生活和發(fā)展”。背景資料

德國著名植物學家G.Haberlandt在細胞學說的基礎上于1902年提出了細胞全能性學說。他認為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，直到單個細胞。如果每個細胞都有植物個體一樣的性質和能力，那么，可以通過植物細胞培養(yǎng)使單個細胞發(fā)育成為一個新個體。第七十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物組織培養(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，花藥，快繁技術迅速發(fā)展第七十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日

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(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。人工條件下實現(xiàn)的這一過程，就是植物組織培養(yǎng)。

1958年Steward和Reinert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)展簡史第七十六頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物組織培養(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：第七十七頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物組織培養(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，會形成愈傷組織第七十八頁，共九十五頁，2022年，8月28日切取第七十九頁，共九十五頁，2022年，8月28日接種第八十頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物組織培養(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：C，H，O大量元素及部分微量元素有機營養(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生長激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0第八十一頁，共九十五頁，2022年，8月28日愈傷組織的形成愈傷組織：在人工培養(yǎng)基上由外植體長出來的一團無序生長的薄壁細胞（細胞排列疏松、無規(guī)則）。第八十二頁，共九十五頁，2022年，8月28日愈傷組織的形成第八十三頁，共九十五頁，2022年，8月28日植物組織培養(yǎng)（試管苗的形成）第八十四頁，共九十五頁，2022年，8月28日培養(yǎng)室第八十五頁，共九十五頁，2022年，8月28日移栽經過煉苗的小苗，可以和一般植物一樣進行大規(guī)模栽培第八十六頁，共九十五頁，2022年，8月2