植物細(xì)胞工程基本過(guò)程

專題2,細(xì)胞工程,植物細(xì)胞工程,課題1,在環(huán)境保護(hù)中，利用基因工程可獲得同時(shí)能分解多種有毒物質(zhì)的新型菌種。例如，1975年，有人把降解芳烴、萜烴和多環(huán)芳烴的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到能降解烯烴的一種假單胞菌內(nèi)，結(jié)果獲得了能同時(shí)降解四種烴類(lèi)的“超級(jí)細(xì)菌”。,如果我們將三種假單孢桿菌與第四種假單孢桿菌融合，使之具有分解四種烴類(lèi)化合物的功能。這樣的生物技術(shù)應(yīng)屬于何種生物工程？,細(xì)胞工程,細(xì)胞工程：細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過(guò)細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作，按照人們的意愿來(lái)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(mén)科學(xué)技術(shù)。,微型繁殖的菊花,為什么植物的一個(gè)花瓣就可以培育出完整的植株？利用什么原理呢？,什么是細(xì)胞的全能性？,細(xì)胞的全能性,基本技術(shù),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，細(xì)胞的這種特性叫做細(xì)胞的全能性。,？,細(xì)胞為什么會(huì)具有全能性呢？,生物體的每一個(gè)細(xì)胞都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。,在生物體內(nèi)，細(xì)胞為什么沒(méi)表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官呢？,這是因?yàn)榛蛟谔囟ǖ臅r(shí)間和空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)的基因是不相同的，合成的蛋白質(zhì)也不一樣，從而形成了不同的組織和器官。,細(xì)胞全能性的差異和大小,差異：,大?。?（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)胞低。,（1）受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞（2）植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞,植物細(xì)胞什么條件下才能表現(xiàn)出全能性呢？,當(dāng)植物細(xì)胞脫離了原來(lái)所在植物體的器官或組織而處于離體狀態(tài)時(shí)，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其它外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。,？,細(xì)胞脫分化就是讓已經(jīng)分化的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)激素誘導(dǎo)后，失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過(guò)程。,愈傷組織排列疏松而無(wú)規(guī)則，是一種具有分生能力的薄壁細(xì)胞。,脫分化的實(shí)質(zhì)和結(jié)果分別是什么？,實(shí)質(zhì)是恢復(fù)細(xì)胞的全能性過(guò)程。結(jié)果是形成愈傷組織。,再分化,脫分化,愈傷組織,外植體,試管苗,植物體,植物組織培養(yǎng)技術(shù),離體的植物器官、組織或細(xì)胞,根、芽(胚狀體),植物組織培養(yǎng)的條件,含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度濕度、空氣、無(wú)菌環(huán)境、適合的PH、適時(shí)光照等。,為什么整個(gè)過(guò)程要求消毒、滅菌及無(wú)菌操作,決定植物細(xì)胞脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？,思考,植物激素。當(dāng)細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素共同使用時(shí)，能強(qiáng)烈促進(jìn)愈傷組織的形成。當(dāng)細(xì)胞分裂素與生長(zhǎng)素濃度比高時(shí)，有利于芽的發(fā)生；濃度比低時(shí)，有利于根的發(fā)生。,植物組織培養(yǎng)所利用的植物材料體積小、抗性差，對(duì)培養(yǎng)條件的要求較高。用于植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基同樣適合于某些微生物的生長(zhǎng)，如一些細(xì)菌、真菌等的生長(zhǎng)。而培養(yǎng)物一旦受到微生物的污染，就會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)前功盡棄，因此要進(jìn)行嚴(yán)格的無(wú)菌操作。,？,具體內(nèi)容詳見(jiàn)P42拓展視野,在有光時(shí)，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。,植物組織培養(yǎng)的概念,就是在無(wú)菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。植物組織培養(yǎng)有器官培養(yǎng)、組織培養(yǎng)、胚培養(yǎng)、莖尖培養(yǎng)、花藥培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)等。,試管苗大規(guī)模培養(yǎng),離體的植物器官、組織或細(xì)胞,愈傷組織,胚狀體（根、芽）,植物體,外植體,脫分化,植物激素：細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素,再分化,植物組織培養(yǎng)過(guò)程總結(jié),植物組織培養(yǎng)條件：,含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無(wú)菌環(huán)境、適合的PH、適時(shí)光照等。,練習(xí),1、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(guò)產(chǎn)生、生長(zhǎng)、衰老、死亡的全過(guò)程,C,2、在生物體內(nèi)，細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出全能性，而是分化為不同的組織、器官，是因?yàn)?),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,B,3.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(guò)程稱為(),4.下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是(),C,D,離體的植物器官、組織或細(xì)胞,愈傷組織,胚狀體（根、芽）,植物體,外植體,脫分化,植物激素：細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素,再分化,植物組織培養(yǎng)過(guò)程總結(jié),植物組織培養(yǎng)條件：,含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的培養(yǎng)基、一定的溫度、空氣、無(wú)菌環(huán)境、適合的PH、適時(shí)光照等。,就是將不同種的植物體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并且把雜種細(xì)胞培育成新植物體的方法。,你認(rèn)為兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞完成融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？,細(xì)胞壁,植物體細(xì)胞雜交技術(shù),!,有沒(méi)有一種溫和的去壁方法呢？,原生質(zhì)體如何融合的呢？,酶解法（用纖維素酶和果膠酶）,人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法有物理法和化學(xué)法兩大類(lèi)：物理法是利用離心、振動(dòng)、電刺激等促使原生質(zhì)體融合；化學(xué)法是用聚乙二醇(PEG)等試劑作為誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)融合。,植物體細(xì)胞雜交過(guò)程示意圖,原生質(zhì)體制備,原生質(zhì)體融合,雜種細(xì)胞篩選,雜種細(xì)胞培養(yǎng),雜種植株再生,雜種植株鑒定,雜種植株,融合的原生質(zhì)體AB,再生出細(xì)胞壁,脫分化,愈傷組織,再分化,過(guò)程總結(jié),植物細(xì)胞的融合,植物組織培養(yǎng),植物細(xì)胞A,原生質(zhì)體B,原生質(zhì)體A,雜種細(xì)胞AB,去壁,去壁,人工誘導(dǎo),方法？,促進(jìn)融合的方法？,融合完成的標(biāo)志,植物細(xì)胞B,去壁的方法,酶解法（纖維素酶、果膠酶等）物理法：離心、振動(dòng)、電刺激等化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）,原生質(zhì)體融合方法,植物體細(xì)胞雜交的優(yōu)勢(shì)：,打破不同種生物間的生殖隔離限制，在一定程度上克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍。,白菜,甘藍(lán),白菜甘藍(lán),1.為什么“番茄馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒(méi)有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯？,馬鈴薯番茄沒(méi)有像人們預(yù)想的那樣地上長(zhǎng)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(zhǎng)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(chóng)，說(shuō)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(qǐng)?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(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案。,1.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)特點(diǎn):保持優(yōu)良品種的遺傳特性;高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖.,植物細(xì)胞工程實(shí)際應(yīng)用,植物繁殖的新途徑,2.作物脫毒(1)材料:無(wú)病毒的莖尖(2)脫毒苗:切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得,3.神奇的人工種子(1)特點(diǎn):后代無(wú)性狀分離不受氣候,季節(jié)和地域限制(2)技術(shù):植物組織培養(yǎng).(3)結(jié)構(gòu):人工薄膜胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽.,人工種子,自然種子,1.單倍體育種(1)方法:花藥的離體培養(yǎng)(2)優(yōu)點(diǎn):后代穩(wěn)定遺傳,都是純合體;明顯縮短育種年限.,作物新品種的培育,2.突變體的利用(1)產(chǎn)生:植物組織培養(yǎng)(2)利用:篩選對(duì)人們有利突變體,進(jìn)而培育新品種,1.種類(lèi):蛋白質(zhì),脂肪,糖類(lèi),藥物,香料,生物堿等.2.技術(shù):植物的組織培養(yǎng).,細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),所采用技術(shù)的理論基礎(chǔ),植物細(xì)胞工程,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,小結(jié),練習(xí)1、下列細(xì)胞中，不具有細(xì)胞全能性特點(diǎn)的是：A、心肌細(xì)胞B、神經(jīng)細(xì)胞C、莖的形成層細(xì)胞D、木質(zhì)部導(dǎo)管細(xì)胞2、用植物組織培養(yǎng)技術(shù)可以培養(yǎng)或生產(chǎn)出：A、人參皂苷B、無(wú)病毒植物C、人工種子D、A，B，C均可3、科學(xué)家成功培育出“番茄馬鈴薯”，是采用下列哪一項(xiàng)生物技術(shù)：A、基因工程B、染色體工程C、酶工程D、細(xì)胞工程,D,D,D,4、植物體細(xì)胞雜交和植物組織培養(yǎng)的相同點(diǎn)中錯(cuò)誤的是：A、都是依據(jù)植物細(xì)胞的全能性作為理論基礎(chǔ)B、都屬于植物