植物細胞工程的基本技術公開課

關于植物細胞工程的基本技術公開課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。第2頁,共51頁，2024年2月25日，星期天前者是細胞水平或細胞器水平上生物技術,后者是分子水平上的生物技術克隆多莉羊技術是

水平上的技術，培育抗蟲棉是

水平上的技術。細胞工程與基因工程相比：細胞分子思考:第3頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2.1植物細胞工程§2.1.1植物細胞工程的基本技術植物組織培養(yǎng)第4頁,共51頁，2024年2月25日，星期天12345再分化(愈傷組織)植物組織培養(yǎng)6脫分化第5頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1、定義：

生物體的細胞具有使后代細胞發(fā)育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

（3）受精卵分化后的細胞中，體細胞的全能性比生殖細胞低

受精卵生殖細胞體細胞＞＞4、大?。阂弧⒓毎娜苄灾参锛毎緞游锛毎?/p>

（2）生殖細胞的全能性較高

第6頁,共51頁，2024年2月25日，星期天切取形成層無菌接種誘導愈傷組織的形成試管苗的形成培養(yǎng)室移栽脫分化再分化三、植物組織培養(yǎng)的過程（重點）第7頁,共51頁，2024年2月25日，星期天離體的植物器官、組織或細胞脫分化愈傷組織（排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞）再分化胚狀體（或叢芽）植物體

a.無菌操作

b.營養(yǎng)及激素（細胞分裂素、生長素）

c.光照遮光光照植物組織培養(yǎng)的外界條件：第8頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、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，誘導其產生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。二、植物的組織培養(yǎng)第9頁,共51頁，2024年2月25日，星期天強調幾個概念：（1）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)薄壁細胞組成的排列疏松無規(guī)則的組織。第10頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（2）植物細胞的脫分化：

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的細胞的過程。（3）脫分化的實質和結果分別是什么？實質:恢復細胞的全能性過程結果:形成愈傷組織（4）植物細胞的再分化：

脫分化產生的愈傷組織在培養(yǎng)過程中重新分化根或芽等器官的過程。第11頁,共51頁，2024年2月25日，星期天反饋練習1.下列屬于組織培養(yǎng)的是：A.花粉培養(yǎng)成單倍體植株B.芽發(fā)育成枝條C.根尖分生區(qū)發(fā)育成成熟區(qū)D.未受精的卵發(fā)育成雄蜂A第12頁,共51頁，2024年2月25日，星期天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.消毒滅菌B.適宜的溫度C.充足的光照D.適宜的養(yǎng)料和激素C第13頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3.要將胡蘿卜韌皮部細胞培養(yǎng)成完整植株，不需要（）A.具有完整細胞核的細胞B.離體狀態(tài)C.導入外源基因D.一定的營養(yǎng)物質和激素C第14頁,共51頁，2024年2月25日，星期天番茄與馬鈴薯屬于茄科植物，但不是同屬植物。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(xiàn)嗎？一個夢想?第15頁,共51頁，2024年2月25日，星期天因為不同種生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點的。于是，科學家試圖用這兩種植物的體細胞進行雜交，來實現(xiàn)這一美妙的設想。三、植物體細胞雜交技術這幅番茄—馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實現(xiàn)嗎？為什么？理想圖第16頁,共51頁，2024年2月25日，星期天(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物體細胞雜交過程示意圖第17頁,共51頁，2024年2月25日，星期天雜種植株融合的原生質體AB再生出細胞壁脫分化愈傷組織再分化1、過程植物細胞的融合植物組織培養(yǎng)植物細胞A原生質體B原生質體A雜種細胞AB去壁去壁人工誘導方法？促進融合的方法？融合完成的標志植物細胞B細胞融合的基礎：細胞膜的流動性第18頁,共51頁，2024年2月25日，星期天去壁的常用方法：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）第19頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2、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，并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。3、優(yōu)勢和未解決的問題

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障礙，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍。未解決的問題：未能讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良。第20頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

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?？上渤删?978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。第21頁,共51頁，2024年2月25日，星期天白菜甘藍白菜－甘藍“白菜－甘藍”同普通白菜相比，具有生長期短、耐熱性強和易于貯藏等優(yōu)點。第22頁,共51頁，2024年2月25日，星期天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？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，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，所以雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯。探究第23頁,共51頁，2024年2月25日，星期天比較無性繁殖細胞全能性①脫分化②再分化保持優(yōu)良性狀繁殖速度快、大規(guī)模生產提高經濟效益植物體細胞雜交技術應用了植物組織培養(yǎng)技術克服不同種生物遠源雜交的障礙①去除細胞壁②融合形成雜種細胞③組織培養(yǎng)細胞的膜流動性細胞全能性染色體變異、基因重組第24頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1、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2、植物細胞融合完成的標志的是（）A、產生新的細胞壁B、細胞膜發(fā)生融合C、細胞質發(fā)生融合D、細胞核發(fā)生融合AD自我評價第25頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3.植物細胞表現(xiàn)出全能性的必要條件是

A.給予適宜的營養(yǎng)和外界條件B.導入其他植物細胞的基因C.脫離母體后，給予適宜的營養(yǎng)和外界條件D.將成熟篩管的細胞核移植到去核的卵細胞內第26頁,共51頁，2024年2月25日，星期天四、植物細胞工程的實際應用繁殖植物的新途徑微型繁殖作物脫毒人工種子作物新品種的培育單倍體育種突變體的利用細胞產物的工廠化生產藥物，香料，蛋白質等第27頁,共51頁，2024年2月25日，星期天概念：應用

，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技術）原理：植物細胞的()

優(yōu)點：繁殖率高，可大批量生產取材少培養(yǎng)周期短保持()1、微型繁殖組織培養(yǎng)技術全能性優(yōu)良性狀第28頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

2、作物脫毒病毒在作物體內逐年積累，會導致作物產量降低，品質變差()附近（莖尖、根尖）的病毒極少，甚至沒有采用()技術來脫除病毒分生區(qū)莖尖組織培養(yǎng)第29頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3、人工種子種子的結構第30頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3、人工種子結構：

+胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽）優(yōu)點：不受氣候、季節(jié)、地域的限制保留優(yōu)良性狀時間短，占地少技術：

原理：

人工薄膜植物組織培養(yǎng)細胞全能性第31頁,共51頁，2024年2月25日，星期天課本P40針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源以及農藥、抗生素、有益菌等。還可以加入生長調節(jié)劑第32頁,共51頁，2024年2月25日，星期天作物新品種的培育1、單倍體育種選擇親本有性雜交F1代花粉離體培養(yǎng)單倍體植株誘變染色體加倍可育純合子選擇所需類型

過程優(yōu)點后代都是純合子，能穩(wěn)定遺傳明顯縮短育種年限，加速育種進程第33頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2、突變體的利用利用組織培養(yǎng)時，

狀態(tài)的細胞易受培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線，化學物質等）的影響而產生突變的原理，誘導并篩選出對人類有用的突變體。分生第34頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3、細胞產物的工廠化生產種類:蛋白質,脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等.技術:植物的組織培養(yǎng).培育到什么階段提?。康?5頁,共51頁，2024年2月25日，星期天植物細胞工程基本技術

第36頁,共51頁，2024年2月25日，星期天植物細胞工程第37頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第38頁,共51頁，2024年2月25日，星期天探究（原理）：1、為什么已分化的植物組織或細胞能培養(yǎng)成完整植物體？

植物細胞具有全能性。2、什么是細胞的全能性？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，也就是說，每個生物細胞都具有全能性的特點。第39頁,共51頁，2024年2月25日，星期天在特定的時間和空間條件下，基因選擇性的表達的結果。生物的每一個細胞都有本物種的全套遺傳物質，都有發(fā)育成完整個體的全套基因。4、生物體內的細胞為什么沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成不同的組織器官？3、已分化的細胞為什么具有發(fā)育成完整個體的潛能？第40頁,共51頁，2024年2月25日，星期天6.細胞表現(xiàn)全能性的條件有哪些？

離體、無菌、營養(yǎng)物質、激素及其它適宜條件。5、大小：

受精卵生殖細胞體細胞＞＞2）

植物細胞＞動物細胞

3）

1）受精卵的全能性最高

4）分化程度低的細胞＞分化程度高的細胞第41頁,共51頁，2024年2月25日，星期天植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基無機營養(yǎng)成分：水和無機鹽有機營養(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（固體培養(yǎng)基）④相關激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素PH值：5.0－6.0第42頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共51頁，2024年2月25日，星期天(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？

防止雜菌污染，因為雜菌生長快，會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)。雜菌生長過程中會產生有害的物質，導致培養(yǎng)物迅速死亡。討論（過程）第44頁,共51頁，2024年2月25日，星期天(2)在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎？胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。第45頁,共51頁，2024年2月25日，星期天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？2．有沒有一種溫和的去壁方法呢？3．為什么兩個原生質體能發(fā)生融合，這與細胞膜的什么