專題細(xì)胞工程植物

1、專題細(xì)胞工程植物第1頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日2.1植物細(xì)胞工程 教學(xué)目標(biāo)1.簡述植物組織培養(yǎng)和植物體細(xì)胞雜交技術(shù)。2. 列舉植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用。第2頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日一、植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)和基本技術(shù) 植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)是：植物細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞工程常用的技術(shù)是 植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交植物細(xì)胞全能性的概念：細(xì)胞的全能性是指生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個體的潛能。植物細(xì)胞具有全能性的原因：是生物體的每一個細(xì)胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)及發(fā)育為完整個體所必需的全部基因。 第3頁，共23頁，2022年，5月

2、20日，2點4分，星期日（一）植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)細(xì)胞的全能性 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，在一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。 在生物的個體發(fā)育中，由于基因在特定時間和空間下選擇性地表達(dá)而形成不同器官，因此，要實現(xiàn)細(xì)胞的全能性，首先必須使生物體的細(xì)胞處于離體狀態(tài)。 植物細(xì)胞動物細(xì)胞受精卵生殖細(xì)胞 分化程度低的體細(xì)胞 分化程度高細(xì)胞全能性大?。旱?頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日第5頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日 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

3、官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、根芽，最終形成完整的植株。（1）、概念（二）植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)之植物組織培養(yǎng)技術(shù)第6頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日1、離體的植物器官、組織或細(xì)胞（外植體）(已分化)脫分化（又叫去分化）2、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(xì)胞，未分化）再分化3、叢芽（胚狀體）4、幼苗植物組織培養(yǎng)的條件： 適宜的養(yǎng)料和激素，適宜的溫度和無菌條件（2）、過程5、植物體無菌條件黑暗光照葉綠素合成需要光照及光照可誘導(dǎo)分化生長素多，細(xì)胞分裂素少促進(jìn)生根；反之促進(jìn)發(fā)芽。培養(yǎng)基成分：碳源（如

4、蔗糖）、氮源(如氨基酸)、激素、水、無機鹽等第7頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日（3）、相關(guān)問題1、在植物組培過程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？2、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？3、為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過程中應(yīng)避光培養(yǎng)？1、因為植物組織培養(yǎng)用的培養(yǎng)基中富含各種營養(yǎng)成分，各種雜菌易于生長，常發(fā)生污染現(xiàn)象。雜菌爭奪營養(yǎng)，且產(chǎn)生有害物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物死亡。2、可以。利用其它組織（莖、葉、花）進(jìn)行植物組織培養(yǎng)進(jìn)行驗證。3、脫分化形成愈傷組織階段，會暗培養(yǎng)以利于細(xì)胞的脫分化產(chǎn)生愈傷組織；而光照會誘導(dǎo)分化產(chǎn)生維管組織，不利于生成愈傷組織

5、。再分化階段需要一定的光照誘導(dǎo)分化，及形成葉綠素等。第8頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日（1）兩個物種不能雜交的原因是？要想讓兩個來自不同植物的體細(xì)胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？（2）有沒有一種溫和的去細(xì)胞壁的方法？（3）為什么兩個原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？（4）如果兩個來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成了雜種細(xì)胞，下一步該對此細(xì)胞做何種處理？（5）如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？1、相關(guān)問題（二）植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)之植物體細(xì)胞雜交第9頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日 將不同種植物的體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜

6、種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。 （優(yōu)點/意義：克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和性）2、概念第10頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日植物細(xì)胞A植物細(xì)胞B酶解法去掉細(xì)胞壁原生質(zhì)體A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體融合雜合的原生質(zhì)體 融合完成的標(biāo)志： 再生出細(xì)胞壁 實質(zhì)：核的融合篩選出雜種細(xì)胞 脫分化再分化愈傷組織雜種植株3、過程纖維素酶、果膠酶等物理法：離心、振動、電刺激等化學(xué)法：聚乙二醇（PEG）等標(biāo)志植物體細(xì)胞雜交完成第11頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日問題為什么“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

7、，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。 第12頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日問題自然界中有一種含有葉綠體的原生動物眼蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動物細(xì)胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛?xì)胞與植物細(xì)胞之間可以實現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請設(shè)計出具體實驗方案。 第13頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日練習(xí)：右圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答： 1）植物體細(xì)胞雜交的目的

8、是獲得 新的雜種植株。使_ 能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)， 其根本原因:2）從理論上講，雜種植株是否可育_。若運用傳統(tǒng)有性雜交方法 能否實現(xiàn)？_。并說明理由： 因此，這項研究對于培養(yǎng)作物新品 種方面的重大意義在于： .兩個親本的遺傳性狀 雜種植株獲得了雙親的遺傳物質(zhì)因為不同種生物之間存在生殖隔離克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，大大擴展了可用于雜交的親本組合范圍 可育不能第14頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日二、植物細(xì)胞工程的實際應(yīng)用繁殖植物的新途徑微型育種(快速繁殖技術(shù))作物脫毒人工種子育種新方法單倍體育種誘導(dǎo)突變體細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)第15頁，共23頁，2022年，5月20日，

9、2點4分，星期日概念：應(yīng)用組織培養(yǎng)技術(shù)，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技術(shù)）原理：植物細(xì)胞的全能性優(yōu)點：繁殖率高，可大批量生產(chǎn) 取材少 培養(yǎng)周期短 保持母本優(yōu)良性狀1.微型繁殖第16頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日2.作物脫毒作物脫毒材料:脫毒作物培養(yǎng)方法:結(jié)果:分生區(qū)（如根尖或莖尖）植物組織培養(yǎng)脫毒苗第17頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日養(yǎng)分、無機鹽、有機碳源、農(nóng)藥、抗生素、有益菌生長調(diào)節(jié)劑3.人工種子第18頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日3.人工種子結(jié)構(gòu)：人工薄膜+胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽）等優(yōu)點：不受氣候、季節(jié)、地域的限制保

10、留母本優(yōu)良性狀培育時間短，占地少技術(shù)：植物組織培養(yǎng)原理：細(xì)胞全能性第19頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日4.單倍體育種方法：花藥離體培養(yǎng) 過程：優(yōu)點：明顯縮短了育種年限后代穩(wěn)定遺傳花藥 花粉細(xì)胞培養(yǎng) 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第20頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日5.突變體的利用利用組織培養(yǎng)時，分裂狀態(tài)的細(xì)胞易受培養(yǎng)條件和外界壓力（如射線，化學(xué)物質(zhì)等）的影響而產(chǎn)生突變的原理，誘導(dǎo)并篩選出對人類有用的突變體。第21頁，共23頁，2022年，5月20日，2點4分，星期日6.細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)人參皂甘的生產(chǎn)蛋白質(zhì)、脂肪、糖類