細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)(第二章第一節(jié))

專(zhuān)題2細(xì)胞工程當(dāng)前第1頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)

1996年7月5日,世界上第一只體細(xì)胞克隆動(dòng)物--克隆羊多利誕生于英國(guó)。這樣的生物技術(shù)屬于何種生物工程？細(xì)胞工程當(dāng)前第2頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)

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)綜合科學(xué)技術(shù)。什么叫細(xì)胞工程？包括哪兩大領(lǐng)域？當(dāng)前第3頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞工程應(yīng)用的原理和方法研究的水平研究的目的細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平按照人們的意愿來(lái)改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品概念分類(lèi)植物細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞工程理論基礎(chǔ)細(xì)胞的全能性當(dāng)前第4頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)2.1植物細(xì)胞工程§2.1.1植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)植物組織培養(yǎng)當(dāng)前第5頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)利用菊花花瓣微型繁殖培養(yǎng)的菊花當(dāng)前第6頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)12345再分化(愈傷組織)植物組織培養(yǎng)6脫分化當(dāng)前第7頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)探究：1、為什么植物的一個(gè)花瓣就可以培育出完整的植株呢？植物細(xì)胞具有全能性。2、什么是細(xì)胞的全能性？當(dāng)前第8頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)1、定義：

生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞發(fā)育成完整個(gè)體的潛能的特性。

2、原理：

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。

3、差異：

（1）受精卵的全能性最高

（3）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

受精卵生殖細(xì)胞體細(xì)胞＞＞4、大小：一、細(xì)胞的全能性植物細(xì)胞＞動(dòng)物細(xì)胞

（2）生殖細(xì)胞的全能性較高

當(dāng)前第9頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)探究：1、克隆羊“多利”的誕生說(shuō)明了什么？2、生物體內(nèi)的細(xì)胞為什么沒(méi)有表現(xiàn)出全能性，而是分化成不同的組織器官？3、為何已分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能？表現(xiàn)全能性的條件有哪些？離體、提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素及其它適宜條件。細(xì)胞核中含有保持物種遺傳性所需的全套基因，并沒(méi)有因?yàn)榧?xì)胞分化而丟失基因，高度分化的細(xì)胞的細(xì)胞核仍具有全能性。在特定的時(shí)間和空間條件下，基因選擇性的表達(dá)的結(jié)果。生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含本物種的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成完整個(gè)體的全套基因。當(dāng)前第10頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)1、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趁熱打鐵：當(dāng)前第11頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)2.下列植物細(xì)胞全能性最高的是（）

A.形成層細(xì)胞B.韌皮部細(xì)胞C.木質(zhì)部細(xì)胞D.葉肉細(xì)胞

3．下列細(xì)胞全能性最高的是（）

A．植物的卵細(xì)胞

B．植物的精子細(xì)胞

C．被子植物的受精卵

D．被子植物的的葉肉細(xì)胞AC當(dāng)前第12頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)4.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)椋ǎ?/p>

A、細(xì)胞的基因喪失了全能性B、基因在特定時(shí)間和空間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果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當(dāng)前第13頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)

要把一塊組織通過(guò)培養(yǎng)得到一株完整植株,應(yīng)該如何操作呢?請(qǐng)同學(xué)們閱讀P34實(shí)驗(yàn)完成P35討論題。當(dāng)前第14頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第15頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)切取當(dāng)前第16頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)接種當(dāng)前第17頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)培養(yǎng)室當(dāng)前第18頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第19頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)愈傷組織的形成當(dāng)前第20頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第21頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)試管苗當(dāng)前第22頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)移栽當(dāng)前第23頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)切取形成層無(wú)菌接種誘導(dǎo)愈傷組織的形成試管苗的形成培養(yǎng)室移栽脫分化再分化當(dāng)前第24頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)(1)在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用器械的滅菌和實(shí)驗(yàn)人員的無(wú)菌操作？

植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，有利于培養(yǎng)物的生長(zhǎng)，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長(zhǎng)，所以植物組織培養(yǎng)過(guò)程中污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，迅速生長(zhǎng)的各種雜菌不但會(huì)和培養(yǎng)物爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)，而且這些雜菌生長(zhǎng)的過(guò)程中會(huì)生成大量對(duì)培養(yǎng)物有害的物質(zhì)，導(dǎo)致培養(yǎng)物迅速死亡。造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規(guī)范等。所以在組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中用到的植物材料和各種器械都要進(jìn)行徹底地滅菌，實(shí)驗(yàn)人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌。當(dāng)前第25頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)(2)在本實(shí)驗(yàn)中，切取胡蘿卜塊根時(shí)強(qiáng)調(diào)要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導(dǎo)形成愈傷組織。請(qǐng)思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養(yǎng)成小植株，你能用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證嗎？胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養(yǎng)再生形成小植株，只是誘導(dǎo)愈傷組織比較困難。當(dāng)前第26頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)(3)請(qǐng)根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡(jiǎn)圖。當(dāng)前第27頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)

植物組織培養(yǎng)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，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。二、植物組織培養(yǎng)1、概念當(dāng)前第28頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)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2、過(guò)程植物組織培養(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。遮光光照細(xì)胞分化程度與細(xì)胞分裂能力呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)前第29頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)

1、為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過(guò)程中應(yīng)避光培養(yǎng)？在有光時(shí)，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。能力提高2、決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素是什么？植物激素當(dāng)前第30頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)知識(shí)拓展

當(dāng)細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素共同使用時(shí)，能刺激愈傷組織的形成，而通過(guò)調(diào)節(jié)二者的濃度比，就可以調(diào)控植物細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中芽和根的形成，稱(chēng)為“激素杠桿”。具體內(nèi)容詳見(jiàn)P42拓展視野當(dāng)前第31頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分裂素/生長(zhǎng)素基本相等時(shí)：維持愈傷組織的生長(zhǎng)細(xì)胞分裂素/生長(zhǎng)素維持在高水平時(shí)：誘導(dǎo)芽的形成細(xì)胞分裂素/生長(zhǎng)素的比例低時(shí)：誘導(dǎo)根的形成使用順序?qū)嶒?yàn)結(jié)果先使用生長(zhǎng)素或使用細(xì)胞分裂素有利于細(xì)胞分裂但不分化先使用細(xì)胞分裂素，后使用生長(zhǎng)素細(xì)胞分裂也分化同時(shí)使用分化頻率加快資料1根據(jù)以上資料，你得出什么結(jié)論？資料2植物激素對(duì)脫分化和再分化起到?jīng)Q定性的作用，培養(yǎng)基中植物激素的種類(lèi)、濃度、比例和使用順序都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)前第32頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)強(qiáng)調(diào)幾個(gè)概念：愈傷組織：離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在培養(yǎng)一段時(shí)間以后，通過(guò)細(xì)胞分裂，形成一種高度液泡化，由無(wú)定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞組成的排列疏松無(wú)規(guī)則的組織。當(dāng)前第33頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)植物細(xì)胞的脫分化：由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過(guò)程，又稱(chēng)去分化。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。植物細(xì)胞的再分化：脫分化產(chǎn)生的愈傷組織在培養(yǎng)過(guò)程中重新分化成根或芽等器官的過(guò)程。當(dāng)前第34頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)反饋練習(xí)1.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當(dāng)前第35頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)2.在離體的植物器官、組織或細(xì)胞脫分化形成愈傷組織的過(guò)程中，下列哪一項(xiàng)條件是不需要的（）A.消毒滅菌B.適宜的溫度C.充足的光照D.適宜的養(yǎng)料和激素C當(dāng)前第36頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)3.要將胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)成完整植株，不需要（）A.具有完整細(xì)胞核的細(xì)胞B.離體狀態(tài)C.導(dǎo)入外源基因D.一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和激素C當(dāng)前第37頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)4、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(chēng)為：

A、脫分化B、去分化

C、再分化D、脫分化或去分化當(dāng)前第38頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)5、下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是A、秋海棠的葉B、馬鈴薯的塊莖C、成熟的花粉D、木質(zhì)部中的導(dǎo)管細(xì)胞D當(dāng)前第39頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)因?yàn)椴煌N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。于是，這些科學(xué)家試圖用這兩種植物的體細(xì)胞進(jìn)行雜交，來(lái)實(shí)現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)這幅番茄—馬鈴薯圖利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？當(dāng)前第40頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)1．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？2．有沒(méi)有一種溫和的去壁方法呢？3．為什么兩個(gè)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(gè)來(lái)源不同的原生質(zhì)體發(fā)生了融合，下一步該做何處理？5．如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？請(qǐng)思考：當(dāng)前第41頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)馬鈴薯細(xì)胞番茄細(xì)胞雜種細(xì)胞1.阻礙植物細(xì)胞親和的結(jié)構(gòu)是什么？怎么去除？融合長(zhǎng)壁原生質(zhì)體纖維素酶和果膠酶2.去壁以后的結(jié)構(gòu)叫什么？3.用什么方法才能讓細(xì)胞緊密接觸并發(fā)生融合？4.融合的過(guò)程是怎樣的？其過(guò)程中用到了膜的什么特性？5.融合完成的標(biāo)志是什么？6.雜種細(xì)胞遺傳物質(zhì)有什么特點(diǎn)？7.融合后除雜種細(xì)胞外還有哪些融合細(xì)胞？

物理方法：離心、振動(dòng)、電擊.化學(xué)方法：聚乙二醇（PEG）誘導(dǎo)細(xì)胞膜融合細(xì)胞質(zhì)融合細(xì)胞核融合流動(dòng)性單核、長(zhǎng)出新的細(xì)胞壁具有兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)馬—馬、番--番所以還要經(jīng)過(guò)篩選才能得到雜種植株當(dāng)前第42頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)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1、過(guò)程植物細(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二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)細(xì)胞融合的基礎(chǔ)：細(xì)胞膜的流動(dòng)性當(dāng)前第43頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)2、概念

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，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。3、優(yōu)勢(shì)和未解決的問(wèn)題

優(yōu)勢(shì)（與有性雜交方法比較）

：打破了不同種生物間的生殖隔離障礙，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍。未解決的問(wèn)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。當(dāng)前第44頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)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。當(dāng)前第45頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)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。當(dāng)前第46頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)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)：當(dāng)前第47頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)比較植物組織培養(yǎng)植物體細(xì)胞雜交技術(shù)所屬范疇原理步驟意義聯(lián)系無(wú)性繁殖細(xì)胞全能性①脫分化②再分化保持優(yōu)良性狀繁殖速度快、大規(guī)模生產(chǎn)提高經(jīng)濟(jì)效益雜交技術(shù)應(yīng)用了組織培養(yǎng)克服不同種生物遠(yuǎn)源雜交的障礙①去除細(xì)胞壁②融合形成雜種細(xì)胞③組織培養(yǎng)膜流動(dòng)性細(xì)胞全能性染色體變異、基因重組當(dāng)前第48頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)幾個(gè)關(guān)鍵詞：細(xì)胞離體、一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素（細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素）和其他外界條件必要條件：外植體:脫分化:再分化:愈傷組織:胚狀體:從活植物體上切下進(jìn)行培養(yǎng)的那部分組織或器官已經(jīng)分化的細(xì)胞，在一定的條件下，重新回復(fù)到原始的未分化狀態(tài)脫分化的細(xì)胞，在一定的條件下，又重新分化成各種特異性的組織細(xì)胞的過(guò)程在人工培養(yǎng)基上由外植體長(zhǎng)出來(lái)的一團(tuán)無(wú)序生長(zhǎng)的薄壁細(xì)胞（細(xì)胞排列疏松、無(wú)規(guī)則）。具有生根發(fā)芽能力的胚狀結(jié)構(gòu)細(xì)胞分化:在發(fā)育過(guò)程中，具有全能性的細(xì)胞（如受精卵細(xì)胞）逐步轉(zhuǎn)變成形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能各異的組織細(xì)胞的過(guò)程當(dāng)前第49頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)1、植物體細(xì)胞雜交尚未解決的問(wèn)題有：A、去掉細(xì)胞壁,分離出有活力的原生質(zhì)體B、將雜種細(xì)胞培育成植株C、讓雜種植物按照人們的需要表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性D、尚未培育出屬間雜種植物當(dāng)前第50頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)2、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、重壓當(dāng)前第51頁(yè)\共有55頁(yè)\編于星期四\21點(diǎn)3.植物細(xì)胞表現(xiàn)