植物細(xì)胞工程課件

專題2細(xì)胞工程2.1植物細(xì)胞工程一、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)胞的全能性異種植物細(xì)胞雜種細(xì)胞細(xì)胞工程植物異種動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞群重組細(xì)胞體細(xì)胞細(xì)胞核早期胚胎受精卵去核卵細(xì)胞克隆動(dòng)物試管嬰兒動(dòng)物細(xì)胞融合植物體細(xì)胞雜交植物組織培養(yǎng)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)核移植胚胎移植體外受精所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ)

二、植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)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（一）細(xì)胞的全能性1、定義：具有某種生物全部遺傳信息的任何一個(gè)細(xì)胞，都具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能的特點(diǎn)。

2、原理：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。

（一）理論基礎(chǔ)：植物細(xì)胞的全能性思考討論：為什么體內(nèi)細(xì)胞沒有表現(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。4.分化及實(shí)質(zhì)：分化：個(gè)體發(fā)育中，相同細(xì)胞的后代在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。5、全能性的比較：

（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。

受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞＞＞實(shí)質(zhì)：基因在特定的時(shí)間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果5、例題辨析：

下列有關(guān)細(xì)胞全能性的含義，正確的是：A、每個(gè)生物體內(nèi)的所有細(xì)胞都具有相同的功能

B、生物體內(nèi)的任何一個(gè)細(xì)胞可以完成該個(gè)體的全部功能C、生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能

D、生物體的每個(gè)細(xì)胞都經(jīng)過產(chǎn)生、分裂、分化、生長、衰老、死亡的全過程C植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基（1）定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的基質(zhì)（2）無機(jī)營養(yǎng)成分：C，H，O大量元素及部分微量元素有機(jī)營養(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：是培養(yǎng)基成固體狀態(tài)④生長激素：生長素，細(xì)胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0取材接種培養(yǎng)試管苗移栽切段：將胡蘿卜的根洗凈切成段（10cm）消毒：選取根的形成層部位，切取1cm3左右的小塊。將組織塊接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基上在23~26℃恒溫避光條件下培養(yǎng)，誘導(dǎo)出愈傷組織，14d后將愈傷組織轉(zhuǎn)接到分化培養(yǎng)基上培養(yǎng)誘導(dǎo)出試管苗。將試管苗移栽到大田，培養(yǎng)成正常植株（3）方法步驟：討論題3植物材料消毒接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基誘導(dǎo)出愈傷組織愈傷組織轉(zhuǎn)接到繼代培養(yǎng)基上得到大量愈傷組織愈傷組織接種到分化培養(yǎng)基上分化出幼苗幼苗接種到生根培養(yǎng)基上完整植株移栽到大田可以不繼代培養(yǎng)直接誘導(dǎo)分化若誘導(dǎo)出幼苗的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)生根，可省略生根培養(yǎng)基愈傷組織：離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在培養(yǎng)一段時(shí)間以后，通過細(xì)胞分裂，形成一種高度液泡化、無定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞組成的排列疏松無規(guī)則的組織。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成功的關(guān)鍵：無菌脫分化：原來已分化并具有一定功能的細(xì)胞，喪失了原來的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化的細(xì)胞，又重新恢復(fù)了分裂能力，形成愈傷組織再分化：愈傷組織在一定的條件下，分化出幼根和芽，進(jìn)而形成完整的植株3、定義：試管苗大規(guī)模培養(yǎng)1972年卡爾森等通過兩個(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。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篩選等量激素再分化1、過程（三）植物體細(xì)胞雜交植物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）植物組織培養(yǎng)1.為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長番茄、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番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動(dòng)物──眼蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動(dòng)物細(xì)胞中存活。請?zhí)接懀簞?dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞之間可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案。在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因?yàn)椋?/p>

A、細(xì)胞喪失了全能性

B、基因的表達(dá)有選擇性

C、不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同

D、在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化植物組織培養(yǎng)形成的愈傷組織進(jìn)行培養(yǎng)，又可以分化形成根、芽等器官，這一過程稱為：

A、脫分化B、去分化C、再分化D、脫分化或去分化下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是：A、秋海棠的葉B、馬鈴薯的塊莖C、成熟的花粉D、木質(zhì)部中的導(dǎo)管細(xì)胞1、當(dāng)植物細(xì)胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處于離體狀態(tài)時(shí)，下列有可能使其表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株的是（）A、細(xì)胞分裂素B、生長素C、一定的營養(yǎng)物質(zhì)D、以上三者均是2、細(xì)胞工程是一門綜合科學(xué)技術(shù)。下列哪項(xiàng)技術(shù)不屬于細(xì)胞工程（）A、有性雜交B、體細(xì)胞雜交C、組織培養(yǎng)D、細(xì)胞核移植3、在生物體的所有細(xì)胞中，全能性最高的是A、卵細(xì)胞B、植物花粉C、體細(xì)胞D、受精卵4、在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因?yàn)椋ǎ〢、細(xì)胞喪失了全能性B、基因的表達(dá)有選擇性C、不同的細(xì)胞內(nèi)基因不完全相同D、在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期，細(xì)胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化5、植物體細(xì)胞雜交尚未解決的問題是（）A、去掉細(xì)胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體B、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀C、將雜種細(xì)胞培育成植株D、尚未培育出屬間雜種植物6、用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，可以培育或生產(chǎn)出A、食品添加劑B、無病毒植物C、人工種子D、A、B、C均是7、不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是（）A、振動(dòng)B、電剌激C、PEG試劑D、重壓8、能剌激愈傷組織形成的激素是（）A、細(xì)胞分裂素B、赤霉素C、生長素和赤霉素D、細(xì)胞分裂素和乙烯植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用一、植物繁殖的新途徑（一）.微型繁殖1、微型繁殖技術(shù):快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù).2、應(yīng)用：提供苗木3、特點(diǎn):（1）高效快速繁殖，周期短.（2)保持優(yōu)良品種的遺傳特性;(3)不受自然生長季節(jié)的限制(4)取材少(5）實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)（二）.作物脫毒1、脫毒原因：2、材料:無病毒的莖尖3、應(yīng)用：脫毒苗:切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得（三）神奇的人工種子1、概念：人工薄膜胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽2、結(jié)構(gòu)技術(shù):植物組織培養(yǎng).3、

人工種子天然種子后代無性狀分離

有性生殖，后代會(huì)有性狀分離不受氣候,季節(jié)和地域限制受季節(jié)，氣候和地域的限制利于規(guī)?；瘶?biāo)準(zhǔn)化和機(jī)械化生產(chǎn)不利于規(guī)?；瘶?biāo)準(zhǔn)化和機(jī)械化生產(chǎn)二、作物新品種的培育（一）.單倍體育種1、過程2、概念：3、原理4、優(yōu)點(diǎn):明顯縮短育種年限.節(jié)省人力物力;5、應(yīng)用（二）.突變體的利用1、原理:植物組織培養(yǎng)過程中細(xì)胞分裂旺盛易發(fā)生突變2、應(yīng)用:篩選對人們有利突變體,進(jìn)而培育新品種三、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.細(xì)胞產(chǎn)物:蛋白質(zhì),脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等.2.技術(shù):植物的組織培養(yǎng).3、應(yīng)用：例一：非洲爪蟾實(shí)驗(yàn)突變型蝌蚪腸上皮細(xì)胞

野生型未受精卵細(xì)胞 紫外線破壞細(xì)胞核

取出細(xì)胞核無核的未受精卵（含有一個(gè)核仁）

“重組細(xì)胞”

囊胚

囊胚

蝌蚪

成蛙（細(xì)胞核含一個(gè)核仁）

移入發(fā)育發(fā)育發(fā)育已經(jīng)分化的動(dòng)物細(xì)胞可以發(fā)育成為一個(gè)動(dòng)物體蜜蜂（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)體例二：Schwann在1839年明確的指出：“如果具有與有機(jī)體內(nèi)一樣的條件時(shí)，每個(gè)細(xì)胞應(yīng)該可以獨(dú)立生活和發(fā)展”。背景資料德國著名植物學(xué)家G.Haberlandt在細(xì)胞學(xué)說的基礎(chǔ)上于1902年提出了細(xì)胞全能性學(xué)說。他認(rèn)為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，直到單個(gè)細(xì)胞。如果每個(gè)細(xì)胞都有植物個(gè)體一樣的性質(zhì)和能力，那么，可以通過植物細(xì)胞培養(yǎng)使單個(gè)細(xì)胞發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體。植物組織培養(yǎng)的發(fā)展簡史①探索階段（19世紀(jì)初－30年代中）德國植物生理學(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