1、.植物細胞工程,2.1.1植物細胞工程的基本技術,蘭花組織培養(yǎng),一、細胞工程概念,植物細胞工程和動物細胞工程,細胞整體水平或細胞器水平,細胞生物學和分子生物學,按照人們的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品,理論基礎,植物細胞工程,植物組織培養(yǎng) 植物體細胞雜交,植物細胞的全能性,通常采用的技術手段,一、細胞的全能性,1.定義：高度分化的細胞仍具有發(fā)育成完整個體的潛能。 2.原因：P33第三段,理論上每個活細胞都應該具有全能性。,3、大?。?受精卵生殖細胞體細胞 植物細胞動物細胞,1.下列有關細胞全能性的含義，正確的是：A、每個生物體內(nèi)的所有細胞都具有相同的功能B、生物體內(nèi)的任何一個細胞可以

2、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(jīng)過產(chǎn)生、分裂、分化、生長、衰老、死亡的全過程,C,練習,2.在生物體內(nèi)，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、細胞的基因喪失了全能性 B、基因在特定時間和空間條件下選擇性表達的結(jié)果 C、不同的細胞內(nèi)基因不完全相同 D、在個體發(fā)育的不同時期，細胞內(nèi)的基因發(fā)生了變化,B,體細胞未表現(xiàn)全能性的原因？,基因的選擇性表達,3、有關全能性的敘述，不正確的是 A、受精卵在自然條件下能使后代細胞形成完整個體，因此全能性最高 B、生物體內(nèi)細胞由于分化，全能性不能表達 C、卵細胞與受精卵

3、一樣，細胞未分化，全能性很高 D、植物細胞在一定條件下離體培養(yǎng)能表現(xiàn)出全能性,C,要把一塊組織通過培養(yǎng)得到一株完整植株, 應該如何操作呢?,請同學們閱讀P34實驗完成P35討論題。,切取 形成層,無菌接種,誘導形成愈傷組織,試管苗的形成,培養(yǎng)室,移栽,脫分化,再分化,1.植物細胞表現(xiàn)出全能性的條件有哪些？ 2.在植物組培過程中，為什么要進行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？ 3、為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？,細胞離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他條件,避免雜菌在上面迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。,胡蘿卜根形成層容易誘導成愈傷組織，其他部分如葉、花

4、也能培養(yǎng)成小植株，只是稍微困難些。,討論,二、植物組織培養(yǎng)技術（全能性的體現(xiàn)）,1、概念,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(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。,2、植物組織培養(yǎng)的原理：,植物細胞的全能性,離體的植物器官、組織或細胞,愈傷組織,芽、根（試管苗）,完整植株,脫分化,再分化,外植體,幼芽或幼根？,3、組織培養(yǎng)過程,4、植物組織培養(yǎng)（實現(xiàn)全能性必要條件）：,離體狀態(tài) 有合適的營養(yǎng)物質(zhì)、激素 外界條件（無菌操作、溫度、pH、光照等）,5.優(yōu)點：,繁殖速度快 不受季節(jié)限制 幼苗無毒 保持優(yōu)良性狀,

5、若用“ ” 表示植物組織培養(yǎng)的過程。請回答： （1表示 ， 能被培養(yǎng)成為的根本原因是 （2） 表示 ，其細胞特點是 薄壁細胞。,脫分化,再分化,離體的植物組織器官、組織或細胞,植物細胞具有全能性,具有分生能力的,愈傷組織,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)育成動物,A,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,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

6、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(zhì)和激素,C,C,4、下列有關全能性的表述中，不正確的是( ) .理論上，生物體的每個細胞都含有該生物的全套基因，具有全能性 .植物細胞雖然具有全能性，但并不是所有的細胞都能表達全能性 .植物細胞只有生長點細胞具有全能性，而其他部位細胞沒有全能性 .植物細胞的全能性較高，而動物細胞的全能性較低,5、組織培養(yǎng)過程中，愈傷組織能形成幼苗的過程屬于 A.分化 B.脫分化 C.再分化 D.分裂,C,6、在植物組織培養(yǎng)過程中，愈傷組織的形成和形態(tài)發(fā)生是十分關鍵的一步。而這除需要必備的營養(yǎng)和一些刺激因素外，還需要有起誘導作用的物質(zhì)，它們是( )

7、A.銅、鋅等微量元素 B.細胞分裂素和生長素 C.蔗糖和葡萄糖 D.維生素和氨基酸,B,7、甘薯種植多年后易積累病毒而導致品種退化。目前生產(chǎn)上采用莖尖分生組織離體培養(yǎng)的方法快速繁殖脫毒的種苗，以保證該品種的品質(zhì)和產(chǎn)量水平。這種通過分生組織離體培養(yǎng)獲得種苗的過程不涉及細胞的 A.有絲分裂 B.分化 C.減數(shù)分裂 D.全能性,C,1972年卡爾森等通過兩個煙草品種之間原生質(zhì)體的融合，獲得了第一個體細胞雜種。 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

8、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。,背景資料,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(zhì)體能發(fā)生融合，這與細胞膜的什么特性有關？ 4如何將雜種細胞培育成雜種植株？,請思考：,雜種植株,融合的原生質(zhì)體AB,再生壁,脫分化,愈傷組織,再分化,1、植物體細胞雜交的過程,植物細胞的融合,植物組織培養(yǎng),植物細胞A,植物細胞B,原生質(zhì)體B,原生質(zhì)體A,雜種細胞AB,去掉細胞壁,去掉細胞壁,人 工 誘 導,融合完成的標志,去壁的常用方法：,原生質(zhì)體融合方法：,1你認為兩個來自不同植物的體細胞完成融

9、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(zhì)體能發(fā)生融合，這與細胞膜的什么特性有關？ 4如何將雜種細胞培育成雜種植株？,請思考：,酶解法,流動性,在實際操作中，細胞A、B融合后的 一定是雜種細胞嗎？,AA、BB、AB ,須篩選出AB,三、植物體細胞雜交,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。（無性繁殖）,篩選和組織培養(yǎng),植物細胞A和植物細胞B雜交時，產(chǎn)生了AB和AA、BB型3種類型的融合細胞,物理法（離心、振動、電激等）、 化學法（聚乙二醇）,用纖維素酶、果膠酶分解細胞壁（酶解法）,1、植物體細胞雜交的過程

10、,制備原生質(zhì)體,誘導原生質(zhì)體的融合,三、植物體細胞雜交技術,植物體細胞雜交技術包括兩大過程： 植物細胞融合、植物組織培養(yǎng),2、植物體細胞雜交技術的概念,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、植物體細胞雜交技術的原理,細胞膜的流動性、細胞的全能性,4、細胞融合成功的標志：,雜種細胞產(chǎn)生新的細胞壁,5、植物體細胞雜交技術完成的標志：,獲得雜種植株,白菜,甘藍,白菜甘藍,6、意義,克服不同生物遠緣雜交的障礙，培育出自然界沒有的新品種。,7、成果,成功培育出白菜甘藍等新品種，并在生產(chǎn)上有較高應用價值。,1、若番茄體細胞中染色體組成為AA，馬鈴薯體細

11、胞中染色體組成為BB，則雜種細胞中染色體組成是怎樣的？ 2.將若干番茄和馬鈴薯的原生質(zhì)體混合，用聚乙二醇處理后，轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)基上培養(yǎng)，使原生質(zhì)體再生出細胞壁。這時在培養(yǎng)基上的細胞類型有（ ） 番茄細胞 馬鈴薯細胞 番茄馬鈴薯細胞 番茄番茄細胞 馬鈴薯馬鈴薯細胞 A. B. C. D.,（AABB）,D,3.如圖植物體細胞雜交過程示意圖。 1）步驟是 ，最常用的方法是 處理。 2）步驟常用化學試劑是 ，其作用是 。 3）在雜種細胞培育成雜種植株過程中，運用的技術手段是 ，步驟是 ，步驟是 。 4）若親本A和親本B都是二倍體，則雜種植株為 倍體。,除去細胞壁,聚乙二醇,纖維素酶和果膠酶,誘導原生質(zhì)體

12、融合,植物組織培養(yǎng),脫分化,再分化,四,選擇：,1、植物體細胞雜交的過程實質(zhì)是（ ） A、細胞質(zhì)融合的過程 B、細胞核融合的過程 C、細胞膜融合的過程 D、細胞原生質(zhì)體融合的過程,D,2、在植物細胞工程中，當原生質(zhì)體融合成一個細胞后，需要誘導產(chǎn)生細胞壁，參與這一過程的細胞器（ ） A、葉綠體、高爾基體 B、線粒體、高爾基體 C、葉綠體、線粒體 D、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng),B,3.基因型為AaBb的水稻（24條染色體）的花藥通過無菌操作，接入試管后，在一定條件下培養(yǎng)形成試管苗。 愈傷組織是花粉細胞不斷分裂后形成的不規(guī)則的細胞團愈傷組織形成中，必須從培養(yǎng)基中獲得 和小分子有機物等營養(yǎng)物質(zhì)。 要促進花粉細胞

13、分裂生長，培養(yǎng)基中應有 和_兩類激素。,水、無機鹽,細胞分裂素,生長素,組織培養(yǎng)技術不能直接用于（ ） A、快速繁殖 B、培育無病毒植株 C、植物產(chǎn)品的工廠化生產(chǎn) D、培養(yǎng)抗病菌植株 用組織培養(yǎng)技術繁殖植物體時，不可能發(fā)生的是（ ） A、基因重組 B、基因突變 C、染色體變異 D、染色體分離,D,A,無性生殖,有性生殖,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(jié)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(diào)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(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株

14、中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達，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。,植物細胞工程的實際應用,一、繁殖植物的新途徑 微型育種 作物脫毒 人工種子 二、育種新方法 單倍體育種 誘導突變體 三、細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),概念：快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術（也叫快速繁殖技術） 原理：植物細胞的全能性 優(yōu)點：,（一）.微型繁殖,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,產(chǎn)業(yè)化育苗,（二）.作物脫毒,脫毒原因： 病毒在作物體內(nèi)逐年積累，會導致作物 產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差 分生區(qū)附近（莖尖、根尖）的病毒極少,作物脫毒的材料: 作物脫毒的方法: 作物脫毒的結(jié)果:,分生區(qū)（如莖尖）

15、的細胞,莖尖組織培養(yǎng)技術,脫毒苗,脫毒原因：,（二）.作物脫毒,甘薯種植多年后易積累病毒而導致品種退化。目前生產(chǎn)上采用莖尖分生組織離體培養(yǎng)的方法快速繁殖脫毒的種苗，以保證該品種的品質(zhì)和產(chǎn)量水平。這種通過分生組織離體培養(yǎng)獲得種苗的過程不涉及細胞的（ ） A.有絲分裂 B.分化 C.減數(shù)分裂 D.全能性,自然種子,1、天然種子的局限,（三）.人工種子,通過植物組織培養(yǎng)的方法獲得的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等材料外面包被著人工薄膜，在適宜的條件下可以發(fā)芽成幼苗的種子。,2、人工種子定義,3.技術：,植物組織培養(yǎng),優(yōu)點：,4、人工種子結(jié)構(gòu)組成,胚狀體（或不定芽、頂芽和腋芽）+人工種皮,人工種皮的有效成

16、分？,教材P40討論： 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(nóng)藥、抗生素、有益菌等。為了促進胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調(diào)節(jié)劑。,離體的植物器官、組織或細胞,愈傷組織,胚狀體（或不定芽、頂芽等）,人工種子,脫分化,再分化,包裹人工種皮,原理：細胞全能性,優(yōu)點：,培植周期短 后代無性狀分離 不受氣候,季節(jié)和地域限制 可以很方便地貯藏和運輸,下圖為一人工種子。下列與人工種子培育過程的有關敘述中不正確的是 （ ） A人工種子一般是用離體的植物細胞通過組織培養(yǎng)技術獲得 B胚狀體是由愈傷組織分化而成，離體細胞只有形成愈傷組織才能

17、表現(xiàn)出全能性 C同一批次人工種子可以保證具有相同的基因型 D胚狀體是由未分化的，具有分裂能力細胞構(gòu)成,二、作物新品種的培育,復習: 1、傳統(tǒng)育種方法,原理: 基因重組,雜交育種,結(jié)果: 通過基因重組，把兩親本的優(yōu)良性狀組合在同一后代中 缺點:要不斷進行(多年)純化和選擇，才得到一種符合理想要求的新品種,1.單倍體定義： 2.單倍體例子：,二 作物新品種的培育,（一）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,蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵發(fā)育來的單倍體 多數(shù)植物都可通過花藥或花粉來獲得單倍體,花藥離體培養(yǎng),親本植株花藥,單倍體植株,秋水仙素處理,純合子植株,4.單倍體育種的原理:,染色體（

18、數(shù)目）變異,3.單倍體育種的過程：,染色體加倍,花藥,接種,脫分化,愈傷 組織,分化出 小植物,再分化,單倍體 植株,移栽,正常 植株,染色體加倍,花粉細胞培養(yǎng),秋水仙素處理,5.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,（二）突變體的利用,1.產(chǎn)生:植物組織培養(yǎng)過程中產(chǎn)生突變 2.利用:篩選對人們有利突變體,進而培育新品種,突變,優(yōu)點： 育種原理：,能夠產(chǎn)生新性狀,3.細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),(1)種類:蛋白質(zhì),脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等. (2)技術:植物的組織培養(yǎng).,紅豆杉,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

19、排列疏松、無規(guī)則、高度液泡化的無定形的薄壁細胞）。,脫分化：已分化的細胞，經(jīng)誘導后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能，轉(zhuǎn)化成未分化細胞狀態(tài)。又稱去分化。,脫分化的實質(zhì)和結(jié)果分別是什么？,實質(zhì)是恢復細胞的全能性過程。 結(jié)果是形成愈傷組織。,再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織，重新分化根 或芽等器官的過程。,1、植物的微型繁殖技術是指（ ） A植物體細胞雜交技術 B嫁接 C營養(yǎng)繁殖 D植物組織培養(yǎng),課堂演練,2、科學工作者把胡蘿卜的韌皮部細胞分離出來，將單個細胞放入培養(yǎng)基中培養(yǎng)，獲得了許多完整的植株，這些植株的特點是 A彼此性狀相似 B變異頻率較高 C單倍體 D都是純合子,3用植物組織培養(yǎng)技術，可以培養(yǎng)或生產(chǎn) A

20、食品添加劑 B無病毒植物 C. 人工種子 D前三項都是,4下列四個選項中沒有采取植物組織培養(yǎng)技術的是（ ） A花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株 B.秋水仙素處理幼苗獲得多倍體植株 C人工種子的培育 D“番茄馬鈴薯”雜種植株的培育過程,5、人參皂苷干粉可以通過下列何種技術獲得A雜交育種 B植物細胞培養(yǎng) C多倍體育種 D單倍體育種 6、對人工種子正確的解釋是 A通過科學手段人工合成的種子 B利用植物組織培養(yǎng)技術獲得的種子 C種皮能自我生成的種子 D人工種子發(fā)芽率低,下列有關植物體細胞雜交的敘述，正確的是 用酶解法去掉細胞壁，分離出有活力的原生質(zhì)體 誘導兩種植物的原生質(zhì)體融合，進而形成雜種細胞 植物體細胞雜交的最終目的是獲得細胞代謝產(chǎn)物 植物體細胞雜交技術可以克服不同種間遠緣雜交不親和的障礙 A、 B、 C、 D、,5.甘薯種植多年后易積累病毒而導致品種退化。目前生產(chǎn)上采用莖尖分生組織離體培養(yǎng)的方法快速繁殖脫毒的種苗，以保證該品種的品質(zhì)和產(chǎn)量水平。這種通過分生組織離體培養(yǎng)獲得種苗的過程不涉及細胞的 A.有絲分裂 B.分化 C.減數(shù)分裂 D.全能性,1、要促進細胞分裂、生長，培養(yǎng)基中應有 _和_ 2、此過程依據(jù)的原理是_ A、B階段主要進行的分裂方式是_ B 階段除了細胞分裂外，還進行細