生物學課件 2.1-植物細胞工程

克隆羊

克隆羊多利的產(chǎn)生是屬于哪一項生物工程技術？專題2細胞工程細胞工程

指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法，通過某種工程學手段，在細胞水平或細胞器水平上，按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學技術。

應用的原理和方法研究的水平研究的目的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的遺傳物質或獲得細胞產(chǎn)品

植物細胞工程

動物細胞工程根據(jù)操作對象的不同,可分為:2.1.1植物細胞工程的基本技術植物組織培養(yǎng)技術植物體細胞雜交技術2.1

植物細胞工程

細胞的全能性1、定義：

指已經(jīng)分化的細胞，仍具有發(fā)育成完整個體的潛能。2、原因：

生物體的任何一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個活細胞都應該具有全能性。

3、大?。?/p>

植物細胞的全能性受精卵生殖細胞體細胞＞＞一、植物組織培養(yǎng)技術植物組織培養(yǎng)的概念

原理離體的植物器官、組織或細胞愈傷組織根、芽小植株外植體脫分化一定的營養(yǎng)和激素(細胞分裂素、生長素)再分化植物組織培養(yǎng)脫分化:再分化:愈傷組織:讓已經(jīng)分化的細胞,經(jīng)過誘導后,失去其特有的結構和功能而轉變成未分化細胞的過程.由一團排列疏松而無規(guī)則,高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細胞組成.脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進行培養(yǎng),又可以重新分化成根或芽等器官,這個過程叫做再分化.

薄壁組織細胞

具有潛在的細胞分裂能力，在一定的外界因素刺激下，它們可再生，使植物的創(chuàng)傷愈合或形成不定根、不定芽等。薄壁組織細胞

具有潛在的細胞分裂能力，在一定的外界因素刺激下，它們可再生，使植物的創(chuàng)傷愈合或形成不定根、不定芽等。離體、一定的營養(yǎng)物質、激素、其他外界條件必要條件：植物組織培養(yǎng)(無菌環(huán)境、一定的溫度、適合的

PH、適時光照等。)過程

一制備固體培養(yǎng)基

五移栽

四培養(yǎng)三接種二胡蘿卜處理與消毒植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基定義：含有一定營養(yǎng)成分，供組織培養(yǎng)植物生長的基質

無機營養(yǎng)成分：C，H，O大量元素及部分微量元素

有機營養(yǎng)成分

①含N物質：包括維生素和氨基酸②碳源：2%—5%的蔗糖③瓊脂：起支持作用④生長激素：生長素，細胞分裂素和赤霉素

PH值：5.0－6.0MS培養(yǎng)基工作液濃度單位mg/L大量元素：NH4NO31650KNO3

1900KH2PO4170CaCl2·2H2O440MgSO4·7H2O370微量元素：KI0.83H3BO36.3MnSO4·4H2O22.3ZnSO4·7H2O8.6Na2MoO4·2H2O0.25CuSO4·5H2O0.025CoCl2·6H2O0.025鐵鹽：FeSO4·7H2O（27.8）Na2-EDTA·2H2O（37.3）有機物質：肌醇100煙酸0.5甘氨酸2.0鹽酸吡哆醇（維生素B6）0.5鹽酸硫胺素（維生素B1）0.11.在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？

植物組織培養(yǎng)中用到的培養(yǎng)基含有豐富的營養(yǎng)成分，有利于培養(yǎng)物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養(yǎng)過程中污染現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。培養(yǎng)基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養(yǎng)物爭奪營養(yǎng)，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養(yǎng)物有害的物質，導致培養(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)實驗中用到的植物材料和各種器械都要進行徹底地滅菌，實驗人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌。

滅菌（1）濕熱滅菌：培養(yǎng)基及布制品的滅菌幾種排氣的方法：時間與體積的關系：放氣方法：滅菌（2）灼燒滅菌：用于無菌操作的器械95%的酒精+酒精燈火焰上灼燒接種器殺菌器，如圖（3）過濾滅菌：不耐熱的物質滅菌（4）干熱滅菌：玻璃器皿及耐熱用具等。（5）紫外線和熏蒸滅菌：空間滅菌所用（培養(yǎng)室、接種室等）。（6）一些物體表面用藥劑噴霧滅菌。（7）消毒劑表面滅菌：植物材料（超凈工作臺上，接種室）消毒劑因素外植體消毒步驟材料→自來水→蒸餾水→75%酒精30~60s→無菌水3~4次→10%次氯酸鈉或次氯酸鈣飽和液或0.1~0.2%升汞（吐溫）5~15min→無菌水洗5~8次。3.接種（接種室）植物材料消毒接種到誘導培養(yǎng)基誘導出愈傷組織直接誘導分化愈傷組織接種到分化培養(yǎng)基上分化出幼苗完整植株幼苗接種到生根培養(yǎng)基上移栽到大田愈傷組織轉接到繼代培養(yǎng)基上得到大量的愈傷組織1972年卡爾森等通過兩個煙草品種之間原生質體的融合，獲得了第一個體細胞雜種。背景資料1978年梅爾徹斯(Melchers)等首次獲得了番茄和馬鈴薯的屬間體細胞雜種——“Potamato”。

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、小麥與鵝冠草等細胞雜種及其后代，獲得了有價值的新品系或育種上有用的新材料。二、植物體細胞雜交技術1、定義：

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物體的技術。2、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。植物體細胞雜交（1）要想讓兩個來自不同植物的體細胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？（2）有沒有一種溫和的去細胞壁的方法？（3）如果兩個來源不同的原生質體發(fā)生融合形成了雜種細胞，下一步該對此細胞做何種處理？（4）如何將雜種細胞培育成雜種植株？(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物體細胞雜交過程示意圖(6)植物A細胞植物B細胞去壁原生質體A原生質體B原生質體融合融合體再生壁雜種細胞細胞分裂愈傷組織雜種植株去壁的常用方法：酶解法（纖維素酶、果膠酶等）

原生質體融合方法：物理法：離心、振動、電刺激等化學法：聚乙二醇（PEG）植物體細胞雜交過程示意圖細胞A細胞B原生質體A原生質體B再生細胞壁雜種細胞細胞分裂愈傷組織雜種植株返回植物體細胞雜交尚未解決的問題有：A、去掉細胞壁,分離出有活力的原生質體B、將雜種細胞培育成植株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不能人工誘導原生質體融合的方法是：A、振動B、電刺激、C、PEG試劑、D、重壓3.意義:克服不同生物的遠源雜交所采用技術的理論基礎

植物細胞工程通常采用的技術手段

植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交植物細胞的全能性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，但這些遺傳物質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。

2.1.2植物細胞工程的實際應用(一)植物繁殖的新途徑

微型繁殖作物脫毒神奇的人工種子(二)作物新品種的培育

單倍體育種突變體的利用(三)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)1.微型繁殖技術：把用于快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術，叫做微型繁殖技術，也叫快速繁殖技術。微型繁殖技術的特點：①繁殖速度快；②“高保真”（因為是無性繁殖）；③不受自然生長季節(jié)的限制（因為在具有一定人工設施的室內生產(chǎn)）。

(一)植物繁殖的新途徑2.作物脫毒生產(chǎn)實踐中遇到什么問題？科技人員是如何應用植物組織培養(yǎng)技術解決這些問題的？莖尖愈傷組織根、芽小植株外植體脫分化植物激素：細胞分裂素、生長素再分化植物組織培養(yǎng)條件：

一定的營養(yǎng)物質、一定的溫度、空氣、無菌環(huán)境、適合的PH、適時光照等。3.神奇的人工種子人工種子：

以植物組織培養(yǎng)得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。

誘導植物愈傷組織↓體細胞胚的誘導↓體細胞胚的成熟↓體細胞胚的機械化包裹↓貯藏或種植人工種子的優(yōu)點：

（1）天然種子由于在遺傳上具有因減數(shù)分裂引起的重組現(xiàn)象，因而會造成某些遺傳性狀的改變，而人工種子則可以完全保持優(yōu)良品種的遺傳特性；天然種子生上受季節(jié)限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十幾年才繁殖一次，而人工種子生產(chǎn)上不受季節(jié)的限制。（2）試管苗的大量貯藏和運輸也是相當困難的。人工種子則克服了這些缺點，人工種子外層是起保護作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地貯藏和運輸。

針對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、無機鹽、有機碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌等。

為了促進胚狀體的生長發(fā)育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調節(jié)劑。

(二)作物新品種的培育

----單倍體育種和突變體的利用

花藥

花粉細胞培養(yǎng)愈傷組織分化出小植物單倍體植株正常植株(三)細胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn)

工廠化生產(chǎn)人參皂甙的基本過程：

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人參皂甙含量高的細胞株作為種質，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。

發(fā)酵工程是指采用現(xiàn)代工程技術手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術。發(fā)酵工程的內容包括:

菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等方面。植物組織培養(yǎng)的應用：

（1）試管苗的快速繁殖（2）無病毒植物的培育（3）提取原料（4）人工種子（5）轉基因植物的培育

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，中國尚未應用于生產(chǎn)。

1）離體的器官、組織或細胞如果不進行脫分化處理，能否培養(yǎng)成完整植物體？2）決定植物細胞脫分化、再分化的關鍵因素是什么？

原理：病毒在植物體內通過維管束和胞間連絲傳播，因此在植物體內含量不均勻，頂端分生組織帶毒少，病毒含量低。影響因素：

1、莖尖大小，莖尖越大脫