植物細(xì)胞工程公開課

植物細(xì)胞工程公開課第1頁/共61頁克隆羊“多莉”的誕生。這樣的生物技術(shù)應(yīng)屬于何種生物工程？第2頁/共61頁

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，通過某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。細(xì)胞工程按操作對(duì)象分類植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程第3頁/共61頁為什么植物的一個(gè)花瓣就可以培育出完整的植株呢？

已分化的細(xì)胞，還具有發(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。為什么？

生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該生物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。植物細(xì)胞工程細(xì)胞的全能性第4頁/共61頁受精卵的全能性最高；其次是生殖細(xì)胞（尤其是卵細(xì)胞）；體細(xì)胞的全能性比生殖細(xì)胞低得多。

細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞工程第5頁/共61頁菊花體內(nèi)的細(xì)胞為什么沒有表現(xiàn)出全能性，而是分化成不同的組織器官？

在生物體內(nèi)，由于基因的選擇性表達(dá)，細(xì)胞不能表現(xiàn)出全能性，而是分化成為不同的組織器官。植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)和理論基礎(chǔ)運(yùn)用什么技術(shù)才能把菊花的花瓣培養(yǎng)成完整植物體？第6頁/共61頁為什么運(yùn)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)能把菊花的花瓣培養(yǎng)成完整植物體？植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)和理論基礎(chǔ)

在生物的個(gè)體發(fā)育中，由于基因在特定時(shí)間和空間下選擇性地表達(dá)而形成不同器官，因此，要實(shí)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)。第7頁/共61頁為什么運(yùn)用植物組織培養(yǎng)技術(shù)能把菊花的花瓣培養(yǎng)成完整植物體？

當(dāng)已分化的植物器官、組織或細(xì)胞脫離母體后，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素等外界條件作用下分化形成愈傷組織（一種相對(duì)沒有分化的細(xì)胞團(tuán)），繼而在植物激素等誘導(dǎo)下發(fā)生再分化，才能表達(dá)出全能性。發(fā)育成完整植株。植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)和理論基礎(chǔ)第8頁/共61頁使沒表現(xiàn)全能性的植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性需要提供的條件有哪些？植物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素及適宜的溫度、酸堿度、無菌條件等。第9頁/共61頁量取微量元素量取大量元素

實(shí)驗(yàn)操作方法：培養(yǎng)基的配制量取鈣鹽、鐵鹽和其它有機(jī)物稱取蔗糖和瓊脂配制MS培養(yǎng)基調(diào)PH值分裝培養(yǎng)基培養(yǎng)基滅菌第10頁/共61頁離體的植物器官、組織或細(xì)胞愈傷組織根、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)過程胚狀體分化植物組織培養(yǎng)的條件：適宜的養(yǎng)料和激素，適宜的溫度和無菌條件第11頁/共61頁愈傷組織轉(zhuǎn)接到繼代培養(yǎng)基上植物材料消毒接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基誘導(dǎo)出愈傷組織得到大量的愈傷組織愈傷組織接種到分化培養(yǎng)基上可以不繼代培養(yǎng)直接誘導(dǎo)分化脫分化第12頁/共61頁愈傷組織轉(zhuǎn)接到繼代培養(yǎng)基上植物材料消毒接種到誘導(dǎo)培養(yǎng)基誘導(dǎo)出愈傷組織得到大量的愈傷組織愈傷組織接種到分化培養(yǎng)基上分化出幼苗幼苗接種到生根培養(yǎng)基上完整植株可以不繼代培養(yǎng)直接誘導(dǎo)分化移栽到大田若誘導(dǎo)出幼苗的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)生根，可以省略生根培養(yǎng)基再分化脫分化第13頁/共61頁異想天開第14頁/共61頁人細(xì)胞鼠細(xì)胞熒光標(biāo)記膜蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞融合40分鐘后第15頁/共61頁植物體細(xì)胞雜交的概念

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，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。（不同種生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點(diǎn)的）第16頁/共61頁植物體細(xì)胞雜交你認(rèn)為兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞完成融合，遇到的第一個(gè)障礙是什么？有沒有一種溫和的去壁方法呢？酶解法去細(xì)胞壁纖維素酶、果膠酶(1)(1)番茄細(xì)胞馬鈴薯細(xì)胞第17頁/共61頁不同植物體細(xì)胞原生質(zhì)融合物理方法有：顯微操作、離心、振動(dòng)、電刺激等促使原生質(zhì)體融合?；瘜W(xué)的方法用聚乙二醇（PEG）等試劑作為誘導(dǎo)劑來誘導(dǎo)融合第18頁/共61頁(1)(1)(2)植物體細(xì)胞雜交過程示意圖(3)雜種細(xì)胞(4)(5)番茄細(xì)胞馬鈴薯細(xì)胞ABABAABB(6)物理方法化學(xué)方法：離心振動(dòng)電刺激人工誘導(dǎo)方法第19頁/共61頁(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物體細(xì)胞雜交過程示意圖酶解法去壁原生質(zhì)體融合再生細(xì)胞壁雜種細(xì)胞脫分化再分化(6)移栽

正在融合的原生質(zhì)體植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞融合再生出細(xì)胞壁第20頁/共61頁植物體細(xì)胞雜交技術(shù)過程圖第21頁/共61頁細(xì)胞膜的流動(dòng)性植物細(xì)胞的全能性植物體細(xì)胞雜交1、植物體細(xì)胞雜交的結(jié)果是產(chǎn)生了？2、這個(gè)過程中涉及的原理是？雜種植株第22頁/共61頁親本植株葉片形狀組培后得到的雜種植株123雜種植物的鑒定

第23頁/共61頁植物體細(xì)胞雜交的意義使來自兩個(gè)親本細(xì)胞的基因有可能都被表達(dá)，打破了遠(yuǎn)緣生物不能雜交的屏障，提供了創(chuàng)造新物種的可能。第24頁/共61頁根為馬鈴薯而果為西紅柿，尚末成功第25頁/共61頁思考為什么“番茄—馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯？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。第26頁/共61頁白菜甘藍(lán)白菜－甘藍(lán)植物體細(xì)胞雜交應(yīng)用生長(zhǎng)期短，耐熱性強(qiáng)和易于貯存第27頁/共61頁自然界中有一種含有葉綠體的原生動(dòng)物──眼蟲，說明植物的細(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。思考第28頁/共61頁異想天開第29頁/共61頁所采用技術(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)第30頁/共61頁

如圖是“白菜一甘藍(lán)”雜種植株的培育過程。下列說法正確的是()A.圖示“白菜—甘藍(lán)”植株不能結(jié)籽B.愈傷組織的代謝是自養(yǎng)需氧型C．上述過程中包含著有絲分裂，細(xì)胞分化和減數(shù)分裂等過程D．“白菜—甘藍(lán)”雜種植株具有的性狀是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果D練習(xí)第31頁/共61頁下列屬于組織培養(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)育成植株A練習(xí)第32頁/共61頁不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是（）A、振動(dòng)B、電刺激C、PEG試劑D、重壓D練習(xí)第33頁/共61頁植物細(xì)胞融合完成的標(biāo)志的是（）

A、產(chǎn)生新的細(xì)胞壁

B、細(xì)胞膜發(fā)生融合

C、細(xì)胞質(zhì)發(fā)生融合

D、細(xì)胞核發(fā)生融合A練習(xí)第34頁/共61頁有關(guān)全能性的表述中，不正確的是（）Ａ．受精卵在自然條件下能使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體，因此全能性最高Ｂ．生物體內(nèi)細(xì)胞由于分化全能性不能表達(dá)Ｃ．卵細(xì)胞和受精卵一樣，細(xì)胞未分化，全能性很高Ｄ．植物細(xì)胞離體培養(yǎng)在一定條件下能表現(xiàn)出全能性C練習(xí)第35頁/共61頁概念:

快速高效實(shí)現(xiàn)種苗繁植培育優(yōu)良植物品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù)。1.微型繁殖技術(shù)植物細(xì)胞工程應(yīng)用一、植物繁殖的新途徑第36頁/共61頁植物組織培養(yǎng)車間一、植物繁殖的新途徑植物細(xì)胞工程應(yīng)用1.微型繁殖技術(shù)第37頁/共61頁優(yōu)點(diǎn)：①高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖；②保持優(yōu)良品種的遺傳特性；③不受自然生長(zhǎng)季節(jié)的限制（因?yàn)樵诰哂幸欢ㄈ斯ぴO(shè)施的室內(nèi)生產(chǎn)）。

一、植物繁殖的新途徑植物細(xì)胞工程應(yīng)用1.微型繁殖技術(shù)第38頁/共61頁一、植物繁殖的新途徑植物細(xì)胞工程應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化育苗1.微型繁殖技術(shù)第39頁/共61頁人們利用植物的微型繁殖技術(shù)來進(jìn)行工廠化育苗生產(chǎn)，這是利用了該項(xiàng)技術(shù)的哪些特點(diǎn)？植物“微型”繁殖技術(shù)具有高效性和可以保持種苗的優(yōu)良遺傳特性的優(yōu)勢(shì)。工廠化大規(guī)模育苗生產(chǎn)正是利用了植物“微型”繁殖技術(shù)的這兩方面優(yōu)勢(shì)。利用植物“微型”繁殖技術(shù)我們可以在短時(shí)間中獲得大量的優(yōu)質(zhì)種苗。植物細(xì)胞工程應(yīng)用第40頁/共61頁（1）作物脫毒的原因:2.作物脫毒幾乎所有的果樹都患有病毒病，而且多是通過營(yíng)養(yǎng)體繁殖代代相傳的。植物病毒種類很多,對(duì)樹體又能產(chǎn)生持久危害,迄今為止尚無有效的藥物可以控制。

長(zhǎng)期進(jìn)行無性繁殖的作物，易積累病毒，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差，而植物的分生區(qū)一般不會(huì)感染病毒，用分生區(qū)的細(xì)胞進(jìn)行組織培養(yǎng)，就能得到大量的脫毒苗。一、植物繁殖的新途徑植物細(xì)胞工程應(yīng)用第41頁/共61頁用植物的組織培養(yǎng)技術(shù)，培養(yǎng)植物莖尖，可以有效地防止病毒病的侵害，恢復(fù)種性并加速繁殖速度。香蕉去病毒試管苗的組織培養(yǎng)技術(shù)已成為產(chǎn)業(yè)化商品化的先例之一。因?yàn)橄憬妒侨扼w植物，必須通過無性繁殖延續(xù)后代，傳統(tǒng)方法一般采用芽繁殖，感病嚴(yán)重，繁殖率低；

而采用去病毒的組織培養(yǎng)技術(shù)不僅改進(jìn)了品質(zhì)，畝產(chǎn)量約提高30％-50％，很容易被蕉農(nóng)接受。

2.作物脫毒一、植物繁殖的新途徑植物細(xì)胞工程應(yīng)用第42頁/共61頁（2）材料:分生區(qū)（如莖尖）的細(xì)胞（3）脫毒苗:

切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得2.作物脫毒一、植物繁殖的新途徑植物細(xì)胞工程應(yīng)用第43頁/共61頁2.作物脫毒一、植物繁殖的新途徑莖尖培養(yǎng)可以得到無病毒苗木已成為解決病毒病危害和品種退化問題的一個(gè)重要途徑。植物細(xì)胞工程應(yīng)用第44頁/共61頁3.神奇的人工種子人工種子：用組培技術(shù)獲得具有胚芽、胚軸、胚根等結(jié)構(gòu)的胚狀體，并用人工種皮(藻酸鈉)包裹起來，用以代替天然種子進(jìn)行繁殖的一種結(jié)構(gòu)。胚芽胚根胚乳或子葉種皮一、植物繁殖的新途徑植物細(xì)胞工程應(yīng)用第45頁/共61頁(1)特點(diǎn):

①后代無性狀分離，保留優(yōu)良特性；

②不受氣候,季節(jié)和地域限制。(2)技術(shù):植物組織培養(yǎng)。(3)產(chǎn)生途徑：

①由已脫分化的外植體直接產(chǎn)生；

②由愈傷組織產(chǎn)生。(4)結(jié)構(gòu):人工薄膜胚狀體或不定芽或頂芽或腋芽。3.神奇的人工種子一、植物繁殖的新途徑植物細(xì)胞工程應(yīng)用第46頁/共61頁（5）優(yōu)點(diǎn)：①解決了有些種子繁殖力差、結(jié)籽困難或發(fā)芽率低等問題。②可以工業(yè)化生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化程度。③可在胚乳中添加各種附加成分。如：固氮菌、防病蟲農(nóng)藥、除草劑等。④用人工種子播種可節(jié)約糧食。3.神奇的人工種子一、植物繁殖的新途徑植物細(xì)胞工程應(yīng)用第47頁/共61頁人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長(zhǎng)成小植株的關(guān)鍵部分，請(qǐng)?zhí)接懭斯しN皮中應(yīng)該具有的有效成分是什么？為了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育，我們還可以向人工種皮中加入哪些物質(zhì)？針對(duì)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(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。為了促進(jìn)胚狀體的生長(zhǎng)發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。植物細(xì)胞工程應(yīng)用第48頁/共61頁3.神奇的人工種子一、植物繁殖的新途徑植物細(xì)胞工程應(yīng)用

現(xiàn)在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡膠等幾十種植物的人工種子試種成功，但由于成本較高，中國(guó)尚未應(yīng)用于生產(chǎn)。第49頁/共61頁1.單倍體育種（1）方法:花藥的離體培養(yǎng)（2）優(yōu)點(diǎn):

①后代穩(wěn)定遺傳,都是純合體;②明顯縮短育種年限。二、作物新品種的培育植物細(xì)胞工程應(yīng)用第50頁/共61頁單倍體育種的原理:單倍體經(jīng)過秋水仙素等處理使其染色體加倍以后產(chǎn)生的二倍體，其基因是高度純合的，單倍體育種就是利用單倍體的這種特性。單倍體育種只需兩年即可得到純合新品種

二、作物新品種的培育植物細(xì)胞工程應(yīng)用第51頁/共61頁

倍性育種，縮短育種年限二、作物新品種的培育植物細(xì)胞工程應(yīng)用第52頁/共61頁2.利用培養(yǎng)變異，篩選優(yōu)良突變體植物離體培養(yǎng)，能夠明顯提高突變率，并且會(huì)有各種各樣的生理和形態(tài)突變，如株高、花色、植株形態(tài)、生育期、耐性等?？梢詮闹羞x擇優(yōu)良突變體，培育新品種。二、作物新品種的培育植物細(xì)胞工程應(yīng)用第53頁/共61頁

3.利用細(xì)胞融合技術(shù)，克服遠(yuǎn)緣雜交不親和性野生種往往有許多優(yōu)良性狀，但大部分野生種與栽培種雜交不親和，嚴(yán)重影響了野生種優(yōu)良遺傳基因的應(yīng)用。利用細(xì)胞融合，可以克服這種雜交不親和性，獲得體細(xì)胞雜種，使野生種的利用成為可能。二、作物新品種的培育植物細(xì)胞工程應(yīng)用第54頁/共61頁4.基因工程基因工程主要研究DNA的轉(zhuǎn)導(dǎo)，而基因轉(zhuǎn)導(dǎo)后必須通過組織培養(yǎng)途徑才能實(shí)現(xiàn)植株再生。

二、作物新品種的培育植物細(xì)胞工程應(yīng)用第55頁/共61頁1.種類：蛋白質(zhì)，脂肪，糖類，藥物，香料，生物堿等。2.技術(shù)：