高三生物二輪復習課件：植物細胞工程

細胞工程植物細胞工程細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過細胞水平或細胞器水平上的操作，按照人的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學技術。根據(jù)操作對象的不同，可以分為植物細胞工程和動物細胞工程兩大領域。細胞工程細胞生物學和分子生物學細胞水平或細胞器水平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)品概念分類植物細胞工程目的操作水平動物細胞工程應用的原理和方法細胞工程：是細胞水平或細胞器水平上生物技術，基因工程：是分子水平上的生物技術?？寺《嗬蜓蚣夹g是

水平上的技術，培育抗蟲棉是

水平上的技術。蛋白質(zhì)工程是

水平上的技術。細胞工程與基因工程相比：細胞分子思考:分子1.植物細胞工程技術常用的技術手段?植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交2.植物細胞工程理論基礎?植物細胞的全能性細胞的全能性一、植物細胞全能性的定義已經(jīng)分化的細胞，仍然具有發(fā)育成完整個體的潛能。——必修1-P119具有某種生物的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，每個細胞都具有全能性的特點?！x修3-P33細胞的全能性二、植物細胞全能性的原因分裂分化分裂分化共同組成生物個體受精卵干細胞體細胞高度分化的細胞仍含有該物種的全部遺傳信息，具有發(fā)育成完整個體所需要的全套基因。不同細胞的全能性比較：植物細胞

動物細胞(動物細胞的

具有全能性)受精卵

生殖細胞(配子，包括精子和卵細胞)

體細胞體細胞：分化程度低的

分化程度高的幼嫩的

衰老的分裂能力強的

分裂能力弱的在生物體的所有細胞中，

的全能性是最高的。>>>>>>細胞核受精卵植物組織培養(yǎng)技術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：植物細胞具有全能性植物體細胞雜交技術

番茄與馬鈴薯同是茄科植物，但不是同屬的植物。番茄的果實和馬鈴薯的塊莖是我們經(jīng)常食用的蔬菜。馬鈴薯的塊莖生長在土壤中。

科學家的幻想：讓一株植株的地上部分結番茄，地下部分長土豆。這個幻想可能實現(xiàn)嗎？1.定義2.原理將不同的植物體細胞，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株的技術。（1）植物體細胞融合依據(jù)的生物學原理：細胞膜的流動性。（2）植物細胞培養(yǎng)的理論基礎：植物細胞的全能性。雜種植株融合的原生質(zhì)體AB再生出細胞壁脫分化愈傷組織再分化植物體細胞雜交過程植物細胞融合植物組織培養(yǎng)植物細胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體A雜種細胞AB去壁去壁人工誘導方法？促進融合的方法？融合完的標志植物細胞B去壁的常用方法酶解法（纖維素酶、果膠酶等）原生質(zhì)體融合方法物理法：離心、振動、電刺激等化學法：聚乙二醇（PEG）原生質(zhì)體融合后類型？體細胞雜交后形成異源多倍體，每條染色體有同源染色體故理論上講是可育的。融合的細胞中，兩兩融合的細胞有幾種？對融合的細胞如何處理得到所需雜交細胞。3種（AA，AB，BB）；需進行篩選。優(yōu)勢（與有性雜交方法比較）克服植物遠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。融合細胞篩選有兩大類：一類是根據(jù)遺傳和生理生化特性的互補選擇法；一類是根據(jù)可見性狀的機械選擇法。1.抗藥性篩選系統(tǒng)如親本A對氨芐青霉素敏感，對卡那霉素不敏感，親本B對氨芐青霉素不敏感，對卡那霉素敏感，融合后的細胞兩種抗生素都不敏感。2.營養(yǎng)互補篩選系統(tǒng)親本A為色氨酸缺陷型，親本B為蘇氨酸缺陷型，融合細胞可以在不含色氨酸和蘇氨酸的培養(yǎng)平板上生長。3.溫度敏感突變型融合細胞篩選親本A具有卡那霉素抗性但只能在37度生長，親本B為高溫敏感型，不具備卡那霉素抗性，融合細胞能在高溫和卡那霉素抗性平板上生長。4.物理特性篩選利用細胞在形態(tài)、大小、顏色上的差別可以在顯微鏡下用微管將融合細胞吸取挑選出來，也可以用離心的方式5.熒光標記法利用法綠色熒光的異硫氰酸熒光素和發(fā)紅色熒光的堿性芯香紅熒光素分別標記兩個親本細胞，融合后的細胞內(nèi)存在兩種熒光標記物，利用流式細胞儀可以進行分選。(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物體細胞雜交過程圖優(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限制，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)良性狀。意義：克服遠緣雜交不親合的障礙，定向培育新品種植物體細胞雜交技術項目

體細胞雜交P1：2n(Aabb)與P2：2m(ccDd)生殖類型變異類型染色體數(shù)染色體組數(shù)基因組成植物體細胞雜交后代的遺傳變化無性繁殖，育種過程中不遵循孟德爾定律染色體數(shù)目變異兩親本染色體數(shù)之和。2n+2m兩親本染色體組數(shù)之和。2+2兩親本基因型之和。AabbccDd白菜紫甘藍×白菜—甘藍

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(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、地下結馬鈴薯就是很自然的了。白菜“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。紫甘藍思考：白菜、甘藍是二倍體，那么獲得的白菜—甘藍是幾倍體？四倍體白菜－甘藍若A含有2N條染色體，2個染色體組，基因型為Aabb，B含有2M條染色體，2個染色體組，基因型為ccDd，則新植株應為四倍體，其體細胞中染色體數(shù)為2N+2M，基因型為AabbccDd。（一）植物繁殖新途徑：屬于無性繁殖植物細胞工程的實際應用1、微型繁殖（快速繁殖）技術快速繁植優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術特點:①保持優(yōu)良品種的遺傳特性②周期短，不受季節(jié)、氣候、自然災害等因素的影響③高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖蘭花楊樹生菜無籽西瓜2、作物脫毒脫毒草莓（1）植物病毒：寄生在植物細胞內(nèi)的病毒，無性繁殖的作物，容易將病毒傳染給后代。病毒積累，導致作物產(chǎn)量降低、品質(zhì)變差。植物分生區(qū)病毒極少。切取莖尖進行組織培養(yǎng)，可獲得脫毒苗。2.作物脫毒脫毒苗（無毒苗）植物組織培養(yǎng)

分生區(qū)（莖尖/根尖）的細胞1.有些樹木需生長數(shù)年才能結出種子。2.優(yōu)良雜交種后代會因發(fā)生性狀分離而喪失優(yōu)良特性。3.受季節(jié)、氣候和地域的限制。4.制種時需要占用大量土地。能否找到天然種子的替代品？

實際問題：天然種子的局限性3、人工種子

胚狀體/不定芽/頂芽/腋芽+人工種皮+人工胚乳③優(yōu)點后代無性狀分離，保持優(yōu)良特性不受季節(jié)、氣候和地域的限制易于儲藏和運輸①組成:②特性：在適宜條件下可以萌發(fā)長成幼苗。人工胚乳中的有效成分：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、植物生長調(diào)節(jié)劑等。胚人工胚乳人工種皮討論：人工種皮中應該具有的有效成分？為了保證胚狀體的生長發(fā)育，還可以加入哪些物質(zhì)？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P：高桿抗病

DDTT×矮桿感病

ddttF1高桿抗病

DdTt↓第1年↓×選育出需要的矮抗純種F2D_T_D_ttddT_ddtt矮抗雜交育種第2年第3年×生長ddTTF3配子：DTDtdTdt單倍體幼苗：DTDtdTdt花藥離體培養(yǎng)秋水仙素第2年第4年DDttddTTddtt純合體:DDTT矮抗P高桿抗病

DDTT×矮桿感病

ddttF1高桿抗病

DdTt單倍體育種第1年選擇矮抗即為新品種舉例：利用高桿抗病DDTT和矮桿感病ddtt品種培育矮桿抗病ddTT品種①單倍體定義：②單倍體例子：2.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作物新品種的培育花藥離體培養(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（數(shù)目）變異3.單倍體育種的過程：染色體加倍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)。1、細胞產(chǎn)物:細胞產(chǎn)物的工廠化的生產(chǎn)2、技術：3、過程：脫分化分散開愈傷組織細胞懸液發(fā)酵、提取細胞產(chǎn)物外植體4、實例：人參皂甙干粉、三七、銀杏蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、藥物、香料、生物堿等。植物組織培養(yǎng)技術細胞產(chǎn)物的工廠化的生產(chǎn)6～7年人參皂甙干粉20～30天發(fā)酵罐工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本過程是什么？第一步，選擇人參根作為外植體進行培養(yǎng)，產(chǎn)生愈傷組織，經(jīng)過培養(yǎng)選擇找到增殖速度快而且細胞內(nèi)人參皂甙含量高的細胞株作為種質(zhì)，其中一部分作為保存用，以備下一次生產(chǎn)用，一部分進行發(fā)酵生產(chǎn)。第二步，將第一步選擇到的細胞株在發(fā)酵罐中的適合培養(yǎng)液中進行液體培養(yǎng)，增加細胞數(shù)量。第三步，將發(fā)酵罐中培養(yǎng)的細胞進行破碎，從中提取人參皂甙。細胞產(chǎn)物的工廠化的生產(chǎn)紅豆杉細胞產(chǎn)物的工廠化的生產(chǎn)紫杉醇（抗癌物質(zhì)）的提取思考：1、高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災。以“我們能否利用植物組織培養(yǎng)技術大量生產(chǎn)紫杉醇，從而拯救紅豆杉”為題，與同學展開討論，說出植物組織培養(yǎng)技術在節(jié)約資源、保護環(huán)境方面的重要意義。細胞產(chǎn)物的工廠化的生產(chǎn)

可以利用植物組織培養(yǎng)技術來大量生產(chǎn)紫杉醇。現(xiàn)在國內(nèi)外的科學家們正在研究利用植物細胞培養(yǎng)技術來大量培育紅豆杉細胞，希望利用這種方法來大量生產(chǎn)紫杉醇。國內(nèi)外許多實驗室開展了用組織培養(yǎng)法生產(chǎn)紫杉醇的研究，紅豆杉屬的11種植物現(xiàn)都在進行組