植物細(xì)胞工程ppt課件

1、 番茄與馬鈴薯同屬茄科植物，但不是同屬的植物。番茄的果實(shí)和馬鈴薯的塊莖是我們經(jīng)常食用的蔬菜。馬鈴薯的塊莖生長(zhǎng)在土壤中。 人們?cè)?jīng)有這樣一個(gè)夢(mèng)想：讓一株植株地上部分結(jié)番茄，地下部分長(zhǎng)土豆。這個(gè)夢(mèng)想能夠?qū)崿F(xiàn)嗎？細(xì)胞工程細(xì)胞工程 指運(yùn)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和指運(yùn)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，經(jīng)過(guò)某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體程度方法，經(jīng)過(guò)某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體程度或細(xì)胞器程度上，按照人們的志愿來(lái)改動(dòng)細(xì)胞或細(xì)胞器程度上，按照人們的志愿來(lái)改動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門(mén)綜合科學(xué)內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門(mén)綜合科學(xué)技術(shù)。技術(shù)。 細(xì)細(xì)胞胞工工程程運(yùn)用的原理和方法運(yùn)用的原理和方法研

2、討的程度研討的程度研討的目的研討的目的細(xì)胞生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)分子生物學(xué)細(xì)胞整體程度細(xì)胞整體程度或細(xì)胞器程度或細(xì)胞器程度按照人們的志愿來(lái)按照人們的志愿來(lái)改動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的遺傳改動(dòng)細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品品概念概念分類分類植物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程實(shí)際根底實(shí)際根底細(xì)胞的細(xì)胞的全能性全能性主主要要技技術(shù)術(shù)植物組織培育植物組織培育植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交動(dòng)物細(xì)胞培育動(dòng)物細(xì)胞培育動(dòng)物細(xì)胞交融動(dòng)物細(xì)胞交融單克隆抗體技術(shù)單克隆抗體技術(shù)胚胎移植胚胎移植核移植核移植植物植物細(xì)胞細(xì)胞工程工程技術(shù)技術(shù)動(dòng)物動(dòng)物細(xì)胞細(xì)胞工程工程技術(shù)技術(shù)所采用技術(shù)的實(shí)際根底 植物細(xì)胞

3、工程通常采用的技 術(shù) 手 段 植物組織培育植物組織培育 植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性一一 細(xì)胞的全能性細(xì)胞的全能性1、定義：、定義： 生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞構(gòu)成完好個(gè)生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞構(gòu)成完好個(gè)體的潛能的特性。體的潛能的特性。 2、原理：、原理： 生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特生物體的每一個(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)育成為完好個(gè)有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完好個(gè)體所必需的全部基因，從實(shí)際上講，生物體所必需的全部基因，從實(shí)際上講，生物體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。體的每一個(gè)活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。 3、差別：、差別： 1

4、 1 受精卵的全能性最高受精卵的全能性最高 2 2 受精卵分化后的細(xì)胞中，體細(xì)胞受精卵分化后的細(xì)胞中，體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞的低。的全能性比生殖細(xì)胞的低。 植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性受精卵受精卵生殖細(xì)胞生殖細(xì)胞體細(xì)胞體細(xì)胞4、大小、大小干細(xì)胞干細(xì)胞植物細(xì)胞植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞 5.細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件1離體形狀離體形狀2有一定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件有一定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件 思索討論：為什么體內(nèi)細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出思索討論：為什么體內(nèi)細(xì)胞沒(méi)有表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織、器官？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

5、選擇性表達(dá)的結(jié)果?；蛟谔囟臻g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)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，從而構(gòu)成的基因是不同的，合成的蛋白質(zhì)也不一樣，從而構(gòu)成了不同的組織和器官。了不同的組織和器官。 Schwann Schwann在在1839 1839 年明確的指出：年明確的指出：“假設(shè)具假設(shè)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)立生活和開(kāi)展。以獨(dú)立生活和開(kāi)展。 德國(guó)著名植物學(xué)家德國(guó)著名植物學(xué)家G.HaberlandtG.Haberlandt在細(xì)胞學(xué)在細(xì)胞學(xué)說(shuō)

6、的根底上于說(shuō)的根底上于19021902年提出了細(xì)胞全能性學(xué)說(shuō)。年提出了細(xì)胞全能性學(xué)說(shuō)。他以為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，他以為，高等植物的組織、器官可以不斷分割，直到單個(gè)細(xì)胞。假設(shè)每個(gè)細(xì)胞都有植物個(gè)體一直到單個(gè)細(xì)胞。假設(shè)每個(gè)細(xì)胞都有植物個(gè)體一樣的性質(zhì)和才干，那么，可以經(jīng)過(guò)植物細(xì)胞培樣的性質(zhì)和才干，那么，可以經(jīng)過(guò)植物細(xì)胞培育使單個(gè)細(xì)胞發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體。育使單個(gè)細(xì)胞發(fā)育成為一個(gè)新個(gè)體。植物組織培育的開(kāi)展簡(jiǎn)史 探求階段探求階段1919世紀(jì)初世紀(jì)初3030年代中年代中 德國(guó)植物生理學(xué)家德國(guó)植物生理學(xué)家HaHerlandtHaHerlandt初次進(jìn)展了植物細(xì)初次進(jìn)展了植物細(xì)胞培育實(shí)驗(yàn)胞培育實(shí)驗(yàn)

7、 奠基階段奠基階段30305050年代年代 1934 1934年，年，WhiteWhite培育番茄離體根尖勝利培育番茄離體根尖勝利 1939 1939年，年，GautheretGautheret延續(xù)培育胡蘿卜根構(gòu)成層初延續(xù)培育胡蘿卜根構(gòu)成層初次勝利次勝利 White: White:煙草種間雜種的瘤組織進(jìn)展組培煙草種間雜種的瘤組織進(jìn)展組培 Nobecourt Nobecourt：胡蘿卜進(jìn)展組培：胡蘿卜進(jìn)展組培 以上三人是植物組織培育的奠基人以上三人是植物組織培育的奠基人 迅速開(kāi)展階段迅速開(kāi)展階段6060年代后年代后原生質(zhì)體，花藥，快繁技術(shù)迅速開(kāi)展原生質(zhì)體，花藥，快繁技術(shù)迅速開(kāi)展 科學(xué)研討闡明，處

8、于離體形狀的科學(xué)研討闡明，處于離體形狀的植物活細(xì)胞，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激植物活細(xì)胞，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，就能夠素和其他外界條件的作用下，就能夠表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完好的植株。表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完好的植株。人工條件下實(shí)現(xiàn)的這一過(guò)程，就是植人工條件下實(shí)現(xiàn)的這一過(guò)程，就是植物組織培育。物組織培育。 1958 1958年年StewardSteward和和ReinertReinert用胡蘿卜根的用胡蘿卜根的愈傷組織誘導(dǎo)成了體細(xì)胞胚，并進(jìn)而獲得了愈傷組織誘導(dǎo)成了體細(xì)胞胚，并進(jìn)而獲得了完好植株。完好植株。 植物組織培育的開(kāi)展簡(jiǎn)史離體的植物離體的植物器官、組織器官、組織或細(xì)胞或細(xì)胞

9、愈愈傷傷組組織織根根芽芽植植物物體體脫分化脫分化再分化再分化讓已分化的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)后，失去其特有讓已分化的細(xì)胞，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)后，失去其特有的構(gòu)造和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過(guò)程的構(gòu)造和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過(guò)程脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在一定條件下進(jìn)展培育脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在一定條件下進(jìn)展培育又可以重新分化成幼根或芽等器官的過(guò)程。又可以重新分化成幼根或芽等器官的過(guò)程。避光避光愈傷組織：離體的植物器官、愈傷組織：離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在培育一段時(shí)間組織或細(xì)胞，在培育一段時(shí)間以后，經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂，構(gòu)成一以后，經(jīng)過(guò)細(xì)胞分裂，構(gòu)成一種高度液泡化、無(wú)定外形狀薄種高度液泡化、無(wú)定外形狀薄壁細(xì)胞、具有分裂分化

10、才干，壁細(xì)胞、具有分裂分化才干，具有發(fā)育成一個(gè)完好植株的潛具有發(fā)育成一個(gè)完好植株的潛力。力。植物組織培育關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：外植體、脫分化、再分化、愈傷組織外植體、脫分化、再分化、愈傷組織1離體、離體、2一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件素和其他外界條件必要條件：必要條件：植物組織培育外植體：從活植物體上切下進(jìn)展培育的那部分組外植體：從活植物體上切下進(jìn)展培育的那部分組織或器官織或器官1 1外植體滅菌消毒根尖、莖、芽、嫩葉、種外植體滅菌消毒根尖、莖、芽、嫩葉、種子、花粉等子、花粉等2 2用消毒過(guò)的器械將外植體置于培育皿上用消毒過(guò)的器械將外植體置于培育皿上3 3切取所需的外植體切取所

11、需的外植體4 4將外植體接種于培育容器的培育基上將外植體接種于培育容器的培育基上整個(gè)實(shí)驗(yàn)在超凈任務(wù)臺(tái)上進(jìn)展，堅(jiān)持無(wú)菌！整個(gè)實(shí)驗(yàn)在超凈任務(wù)臺(tái)上進(jìn)展，堅(jiān)持無(wú)菌！外植體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間在培育基上生長(zhǎng)后，會(huì)構(gòu)成外植體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間在培育基上生長(zhǎng)后，會(huì)構(gòu)成愈傷組織愈傷組織培育基中的植物調(diào)理劑1脫分化：脫分化： 生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素細(xì)胞分裂素，主要誘導(dǎo)植物組織脫分化和細(xì)胞分裂素，主要誘導(dǎo)植物組織脫分化和根原基的構(gòu)成。根原基的構(gòu)成。2再分化：再分化： 細(xì)胞分裂素細(xì)胞分裂素生長(zhǎng)素，主要誘導(dǎo)植物組織再分化生長(zhǎng)素，主要誘導(dǎo)植物組織再分化和芽原基的構(gòu)成。和芽原基的構(gòu)成。(3)比例適中，易誘導(dǎo)脫分化產(chǎn)生愈傷組織。比例適中，易誘導(dǎo)脫

12、分化產(chǎn)生愈傷組織。植物組織培育的培育基植物組織培育的培育基定義：含有一定營(yíng)養(yǎng)成分，供組織培育植物生長(zhǎng)的基質(zhì)定義：含有一定營(yíng)養(yǎng)成分，供組織培育植物生長(zhǎng)的基質(zhì)無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：C C，H H，O O大量元素及部分微量元素大量元素及部分微量元素有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分 含含N N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸物質(zhì)：包括維生素和氨基酸 碳源：碳源：2%5%2%5%的蔗糖的蔗糖 瓊脂：起支持作用瓊脂：起支持作用 激素：生長(zhǎng)素，細(xì)胞分裂素和赤霉素激素：生長(zhǎng)素，細(xì)胞分裂素和赤霉素PHPH值：值：5.05.06.06.0試管苗大規(guī)模培育過(guò)程過(guò)程離體的植物器官、組織或細(xì)胞離體的植物器官、組織或細(xì)胞愈傷組織愈

13、傷組織根、芽根、芽植物體植物體外植體外植體脫分化脫分化植物激素：植物激素：細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素再分化再分化植物組織培育植物組織培育條件：植物組織培育條件： 含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的含有全部營(yíng)養(yǎng)成分的培育基、一定的溫度、空培育基、一定的溫度、空氣、無(wú)菌環(huán)境、適宜的氣、無(wú)菌環(huán)境、適宜的PHPH、適光陰照等。適光陰照等。 1972 1972年卡爾森等經(jīng)過(guò)兩個(gè)煙草種類之間年卡爾森等經(jīng)過(guò)兩個(gè)煙草種類之間原生質(zhì)體的交融，獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜種。原生質(zhì)體的交融，獲得了第一個(gè)體細(xì)胞雜種。19781978年梅爾徹斯年梅爾徹斯(Melchers)(Melchers)等初次獲得等初次獲得了番茄和馬鈴薯的屬

14、間體細(xì)胞雜種了番茄和馬鈴薯的屬間體細(xì)胞雜種“Potamato“Potamato。 目前，已得到栽培煙草與野生煙草、栽培目前，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、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資料。價(jià)值的新品系或育種上有用的新資料。 三三 植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交1 1、定義：、定義： 用兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞交融成用兩個(gè)來(lái)自不同植物的體細(xì)胞交融成一個(gè)雜種細(xì)胞，且把雜種細(xì)胞培育成一個(gè)雜種細(xì)胞，且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法。新的植物

15、體的方法。 3 3、優(yōu)勢(shì)：、優(yōu)勢(shì)：與有性與有性雜交方法雜交方法比較比較 突破了不同種生物間的生殖隔離限制，突破了不同種生物間的生殖隔離限制，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍。圍。植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交2 2、原理：、原理： 細(xì)胞膜的流動(dòng)性細(xì)胞膜的流動(dòng)性植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞的全能性去壁去壁去壁去壁纖維素酶纖維素酶果膠酶果膠酶原原生生質(zhì)質(zhì)體體植物細(xì)胞植物細(xì)胞原生質(zhì)體交融原生質(zhì)體交融離心、離心、振動(dòng)、振動(dòng)、電刺激、電刺激、聚乙二聚乙二醇醇再生細(xì)胞壁再生細(xì)胞壁雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞去去分分化化愈傷組織愈傷組織雜種植株雜種植株激素激素挑選挑選等量等量激素激素再分再分

16、化化植物體細(xì)胞雜交過(guò)程表示圖植物體細(xì)胞雜交過(guò)程表示圖交融過(guò)程：交融過(guò)程：先膜融先膜融 核融核融 雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞構(gòu)雜種細(xì)胞構(gòu)成的標(biāo)志：成的標(biāo)志：細(xì)胞壁的再生細(xì)胞壁的再生最終目的：最終目的：培育成新植株體，而不是構(gòu)成雜種細(xì)胞培育成新植株體，而不是構(gòu)成雜種細(xì)胞缺陷：缺陷：未按照人們的志愿表達(dá)未按照人們的志愿表達(dá)植物植物A A細(xì)胞細(xì)胞植物植物B B細(xì)胞細(xì)胞去壁去壁原生質(zhì)體原生質(zhì)體A A原生質(zhì)體原生質(zhì)體B B原生質(zhì)體交融原生質(zhì)體交融交融體交融體再生壁再生壁雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂愈傷組織愈傷組織雜種植株雜種植株去壁的常用方法：去壁的常用方法：酶解法纖維素酶、果膠酶等酶解法纖維素酶、果膠

17、酶等 原生質(zhì)體交融方法：物理法：離心、振動(dòng)、電刺激等物理法：離心、振動(dòng)、電刺激等 化學(xué)法：聚乙二醇化學(xué)法：聚乙二醇PEGPEG 植物體細(xì)胞雜交植物體細(xì)胞雜交過(guò)程表示圖過(guò)程表示圖制備原生質(zhì)體：酶解法去掉細(xì)胞壁制備原生質(zhì)體：酶解法去掉細(xì)胞壁 誘導(dǎo)融會(huì)誘導(dǎo)融會(huì) 新的原生質(zhì)體新的原生質(zhì)體 生出新細(xì)胞壁植物細(xì)胞交融完成的標(biāo)志生出新細(xì)胞壁植物細(xì)胞交融完成的標(biāo)志 雜種細(xì)胞雜種細(xì)胞 組織培育組織培育 雜種植株植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志雜種植株植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志意義：抑制遠(yuǎn)緣雜交不親和的妨礙、培育新種意義：抑制遠(yuǎn)緣雜交不親和的妨礙、培育新種類類 體細(xì)胞雜交所獲植株的染色體數(shù)、染色體組數(shù)=兩細(xì)胞相關(guān)數(shù)值直接相加。1.微型繁衍 (1)微型繁衍技術(shù):快速繁衍優(yōu)良種類的植物組織培育技術(shù). (2)特點(diǎn): 堅(jiān)持優(yōu)良種類的遺傳