植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)課件 【知識精講精研】高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修三

細(xì)胞工程

細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)等多學(xué)科的原理和方法，通過細(xì)胞器、細(xì)胞或組織水平上的操作，有目的地獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品的一門綜合性的生物工程。原理和方法操作水平目的分類細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)細(xì)胞器、細(xì)胞或組織獲得特定的細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體或其產(chǎn)品動(dòng)物細(xì)胞工程和植物細(xì)胞工程植物細(xì)胞工程發(fā)展歷程哈伯蘭特提出了細(xì)胞全能性的理論，但相關(guān)的實(shí)驗(yàn)嘗試沒有成功。斯圖爾德等發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細(xì)胞可以分化為胚，為細(xì)胞全能性理論提供了強(qiáng)有力的支持。科金用真菌的纖維素酶分解番茄根的細(xì)胞壁，成功獲得了原生質(zhì)體。古哈等在培養(yǎng)毛曼陀羅的花藥時(shí)，首次得到了由花藥中的花粉粒發(fā)育而來的胚?？柹T導(dǎo)煙草種間原生質(zhì)體融合，獲得了第一株體細(xì)胞種間雜種植株。土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒被發(fā)現(xiàn)。之后，該質(zhì)粒應(yīng)用于植物分子生物學(xué)領(lǐng)域，促進(jìn)了植物細(xì)胞工程與分子生物學(xué)技術(shù)的緊密結(jié)合。1902年1958年1960年1964年1971年1974年動(dòng)物細(xì)胞工程發(fā)展歷程希普：首例胚胎移植成功哈里森:首創(chuàng)動(dòng)物組織體外培養(yǎng)法張明覺：發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物精子獲能現(xiàn)象格登、童第周：體細(xì)胞核移植成功試管家兔誕生米爾斯坦和科勒：創(chuàng)立單克隆抗體技術(shù)胚胎分割移植成功埃文斯：成功分離和培養(yǎng)小鼠的胚胎干細(xì)胞克隆羊多莉誕生山中伸彌：獲得誘導(dǎo)多能干細(xì)胞單細(xì)胞基因組測序進(jìn)行遺傳病篩查的試管嬰兒誕生我國科學(xué)家首次培育了體細(xì)胞克隆猴。1890年1907年1951年1958年1959年1975年1978年1981年1996年2006年2014年2017年植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)2.1.1從社會(huì)中來

從古至今，我國人民都把蘭花看作高潔、典雅的象征，很多人喜歡養(yǎng)蘭花。但是自然條件下繁殖周期長、繁殖率低。如何能讓名貴的蘭花大量、快速地繁殖，從而走入尋常百姓家呢？植物組織培養(yǎng)技術(shù)詠懷程樊蘭為王者香，芬馥清風(fēng)里。從來巖穴姿，不競繁華美。選取多肉健康、飽滿的葉片。平躺放在沙上，葉片間隔2~3厘米。約2~3周后生根，或從葉基處長出不定芽。葉插成功多肉進(jìn)行葉插繁殖為什么多肉葉片能發(fā)育成植株？離體一、植物組織培養(yǎng)技術(shù)2.原理：1.概念：指

的植物器官、組織或細(xì)胞等，培養(yǎng)在人工控制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其分化為

的技術(shù)。離體完整植株植物細(xì)胞的全能性外植體外植體：在植物組織培養(yǎng)過程中，從植物體上被分離下來的，接種在培養(yǎng)基上供培養(yǎng)用的原生質(zhì)體、細(xì)胞、組織、器官等。細(xì)胞經(jīng)過

后，仍然具有產(chǎn)生完整生物體或分化成其他各種細(xì)胞的潛能。分裂和分化植物組織培養(yǎng)技術(shù)——全能性1.具有全能性的原因：一般生物體的每一個(gè)細(xì)胞都包含有該物種的

。即都有發(fā)育成

所必需的全部遺傳信息。全套遺傳信息完整個(gè)體2.體現(xiàn)全能性的標(biāo)志：細(xì)胞→完整個(gè)體或其他各種細(xì)胞實(shí)例：胡蘿卜韌皮部細(xì)胞發(fā)育成完整植株受精卵發(fā)育成個(gè)體（動(dòng)植物）蜜蜂受精卵發(fā)育成工蜂，卵細(xì)胞發(fā)育成雄峰

用一片葉子、一片花瓣、一?；ǚ鄯敝吵鲂碌闹仓攴至逊只飩€(gè)體或其他細(xì)胞細(xì)胞已分化細(xì)胞實(shí)例：芽原基只能發(fā)育為芽，葉原基只能發(fā)育為葉3.生物體內(nèi)細(xì)胞不體現(xiàn)全能性的原因：基因在特定的時(shí)間和空間條件下

表達(dá)的結(jié)果。選擇性4.全能性大小比較：（1）分化程度低的

分化程度高的（2）細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的

細(xì)胞分裂能力弱＞＞（3）受精卵

胚胎干細(xì)胞

生殖細(xì)胞

體細(xì)胞

植物細(xì)胞

動(dòng)物細(xì)胞＞＞＞＞植物組織培養(yǎng)技術(shù)——全能性（1）離體狀態(tài)（2）無菌操作（3）種類齊全、比例適合的營養(yǎng)物質(zhì)（4）植物激素（主要是生長素和細(xì)胞分裂素）誘導(dǎo)和調(diào)節(jié)（5）適宜的外界條件（溫度、pH、光照等）歸納——植物細(xì)胞表現(xiàn)全能性的條件3.一般過程：外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長發(fā)育接種外植體誘導(dǎo)愈傷組織誘導(dǎo)生芽誘導(dǎo)生根移栽成活脫分化再分化再分化分化狀態(tài)未分化狀態(tài)外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長發(fā)育1.脫分化：

在一定的

和

等條件的

下，

的細(xì)胞

，轉(zhuǎn)變成

的過程。激素營養(yǎng)誘導(dǎo)已經(jīng)分化失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能未分化的細(xì)胞①光照條件：②過程中涉及的生命活動(dòng)：一般不需要光照只有細(xì)胞增殖（有絲分裂），沒有細(xì)胞分化

細(xì)胞排列疏松且無規(guī)則、高度液泡化、呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞團(tuán)。2.愈傷組織：③結(jié)果：形成愈傷組織注意說明1.外植體脫分化的難易因植物種類、器官來源及生理狀況的

不同而不同。一般來說，植物的花和幼嫩的組織脫分化相

對較易，而植物的莖、葉等成熟的組織脫分化則較難。2.該過程添加的外源激素主要是細(xì)胞分裂素和生長素（比例適中），

因?yàn)槎吣軓?qiáng)烈地促進(jìn)愈傷組織的形成。3.無菌操作——植物組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵。3.再分化：

脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)，又可以

出芽或根等器官的過程。重新分化①實(shí)質(zhì)：②光照條件：基因的選擇性表達(dá)需要給予適當(dāng)強(qiáng)度的光照誘導(dǎo)葉綠素的合成，使試管苗能夠進(jìn)行光合作用原因：③過程中涉及的生命活動(dòng)：既有細(xì)胞增殖（有絲分裂），又有細(xì)胞分化。④結(jié)果：生長素/細(xì)胞分裂素

比例較高：誘導(dǎo)愈傷組織生根生長素/細(xì)胞分裂素

比例較低：誘導(dǎo)愈傷組織發(fā)芽影響植物組織再分化的因素a.外植體的遺傳特征和取材的位置會(huì)影響愈傷組織的再分化

能力。b.培養(yǎng)基的成分和物理性質(zhì)對器官的形成有一定的影響，但起決定作用的是植物激素，特別是生長素和細(xì)胞分裂素的比例。5.生長發(fā)育：

將試管苗移到大田中栽培或進(jìn)行無土栽培，使之進(jìn)一步生長發(fā)育為具有根、莖、葉且能開花、結(jié)果的完整植株。4.胚狀體：

離體培養(yǎng)條件下，沒有經(jīng)過受精過程，但是經(jīng)過了胚胎發(fā)育過程所形成的胚狀類似物，因而統(tǒng)稱為體細(xì)胞胚或胚狀體。植物組織培養(yǎng)技術(shù)歸納總結(jié)脫分化再分化過程外植體→愈傷組織愈傷組織→胚狀體結(jié)果形成愈傷組織形成根、芽需要條件a.離體b.適宜的營養(yǎng)c.生長素與細(xì)胞分裂素的比例適中d.一般不需光a.離體b.適宜的營養(yǎng)c.生長素與細(xì)胞分裂素的比例高或低誘導(dǎo)生根或生芽d.光照決定植物脫分化、再分化的關(guān)鍵因素探究.實(shí)踐菊花的組織培養(yǎng)1.原理：外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長發(fā)育植物細(xì)胞一般具有

。全能性生長素/細(xì)胞分裂素

結(jié)果比值高(＞1)比值低(＜1)比值適中(=1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促進(jìn)愈傷組織的形成簡記為：“高”根，“低”芽，“中”愈傷離體的莖尖、根尖、葉片、花藥等（外植體）2.目的：1）了解植物組織培養(yǎng)的基本原理2）了解生長素和細(xì)胞分裂素的濃度、用量比例對菊花愈傷組織形成和分化的影響3）嘗試進(jìn)行植物組織培養(yǎng)3.材料：離體的莖尖、根尖、葉片、花藥等（外植體）。4.MS培養(yǎng)基：水（去離子水）、無機(jī)營養(yǎng)（大量元素、微量元素）、有機(jī)營養(yǎng)（蔗糖、維生素、氨基酸）、天然附加物、植物激素（生長素、細(xì)胞分裂素等）教材116頁5.步驟：制備外植體接種培養(yǎng)試管苗正常植株用酒精擦拭雙手和超凈工作臺臺面。流水充分沖洗外植體。②消毒：③切割：無菌操作30S2-3次30min①材料：幼嫩的菊花莖段2-3次酒精無菌水次氯酸鈉溶液無菌水洗將消過毒的外植體置于無菌的培養(yǎng)皿中，用無菌濾紙吸去表面的水分。用解剖刀將外植體切成0.5~1cm長的小段。切割與接種制備外植體接種培養(yǎng)試管苗正常植株在酒精燈火焰旁，將外植體的1/3~1/2插入誘導(dǎo)愈傷組織的培養(yǎng)基中。用封口膜或瓶蓋封蓋瓶口，并在培養(yǎng)瓶上作好標(biāo)記。①接種到誘導(dǎo)愈傷組織培養(yǎng)基脫分化形成愈傷組織有光時(shí)，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。將接種了外植體的錐形瓶或植物組織培養(yǎng)瓶置于18~22℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。在培養(yǎng)過程中，定期觀察和記錄愈傷組織的生長情況。避光②接種到誘導(dǎo)生芽培養(yǎng)基③接種到誘導(dǎo)生根培養(yǎng)基若先生根后面就不易生芽制備外植體接種培養(yǎng)試管苗正常植株培養(yǎng)15~20d后，將生長良好的愈傷組織轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生芽的培養(yǎng)基上。長出芽后，再將其轉(zhuǎn)接到誘導(dǎo)生根的培養(yǎng)基上，進(jìn)一步誘導(dǎo)形成試管苗。接種室制備外植體接種培養(yǎng)試管苗正常植株移栽前先打開封口膜或瓶蓋，讓試管苗在培養(yǎng)箱內(nèi)生長幾日。用流水清洗掉根部的培養(yǎng)基后，將幼苗移植到消過毒的蛭石或珍珠巖等環(huán)境中，待其長壯后再移栽入土。每天觀察并記錄幼苗的生長情況，適時(shí)澆水、施肥，直至開花。固體基質(zhì)型，含水量高、蓄水性強(qiáng)、透性好，適合栽培珍珠巖

,珍珠巖是一種火山噴發(fā)的酸性熔巖，經(jīng)急劇冷卻而成的玻璃質(zhì)巖石，有弧形或圓形裂隙，如珍珠的結(jié)構(gòu)，所以被命名為珍珠巖。蛭石是一種天然、無毒的礦物質(zhì)，在高溫作用下會(huì)膨脹的礦物。它是一種比較少見的礦物，屬于硅酸鹽。外植體的消毒消毒與無菌水沖洗外植體的切段切割與接種接種外植體超凈工作臺或接種箱誘導(dǎo)愈傷組織愈傷組織培養(yǎng)誘導(dǎo)生芽生根移栽回顧實(shí)驗(yàn)6.結(jié)果分析與評價(jià)：用于植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基同樣適合某些微生物的生長，如一些細(xì)菌、真菌等的生長。培養(yǎng)物一旦受到微生物的污染，就會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)前功盡棄，因此要進(jìn)行嚴(yán)格的無菌操作。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？

菊花的莖段容易誘導(dǎo)成愈傷組織，其他部分如葉、花也能培養(yǎng)成小植株，只是稍微困難些。2.為什么切取菊花的莖段，其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？菊花的組織培養(yǎng)外植體愈傷組織試管苗完整植株脫分化芽、根等再分化生長發(fā)育黑暗光照離體無菌培養(yǎng)基適宜的外界條件(溫度、光照、氣體等)水瓊脂有機(jī)物無機(jī)物植物激素蔗糖：提供能量、調(diào)節(jié)滲透壓。植物激素：主要是生長素和細(xì)胞分裂素。二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)要培育出如圖所示的番茄—馬鈴薯利用傳統(tǒng)有性雜交方法能實(shí)現(xiàn)嗎？為什么？不能，因?yàn)椴煌N生物之間存在著生殖隔離。

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，來實(shí)現(xiàn)這一美妙的設(shè)想。1.概念將不同來源的植物細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新植物體的技術(shù)。融合實(shí)例:+=白菜甘藍(lán)白菜-甘藍(lán)二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù)細(xì)胞融合初期人細(xì)胞鼠細(xì)胞人鼠雜交細(xì)胞細(xì)胞融合細(xì)胞融合37°培養(yǎng)40min參考動(dòng)物細(xì)胞融合，若是植物細(xì)胞之間的雜交，則應(yīng)先做什么？得到雜種細(xì)胞后，如何培育成植株？去除細(xì)胞壁（獲得原生質(zhì)體）原生質(zhì)體：是指去除細(xì)胞壁后的植物細(xì)胞原生質(zhì)層：是指植物細(xì)胞的液泡膜、細(xì)胞膜及其之間的細(xì)胞質(zhì)構(gòu)成的紅色熒光素標(biāo)記的抗體綠色熒光素標(biāo)記的抗體A細(xì)胞B細(xì)胞A原生質(zhì)體B原生質(zhì)體正在融合的原生質(zhì)體雜種細(xì)胞愈傷組織雜種植株移栽后的植株①①②③④⑤⑥①去除細(xì)胞壁纖維素酶去壁：酶解法果膠酶②誘導(dǎo)融合物理法：化學(xué)法電融合法、離心法聚乙二醇（PEG）融合法高Ca2+

-高pH融合法等③細(xì)胞壁再生④脫分化⑤再分化⑥移栽植物細(xì)胞融合植物組織培養(yǎng)植物細(xì)胞的全能性細(xì)胞膜的流動(dòng)性2.過程

體細(xì)胞融合成功后培養(yǎng)基中共有

種細(xì)胞類型()，其中融合細(xì)胞類型有3種()，而真正符合要求的是AB，因此要對融合細(xì)胞進(jìn)行篩選。細(xì)胞融合后，共有幾種細(xì)胞類型？融合細(xì)胞有幾種，符合要求的是哪種？AB5A、B、AA、BB、ABAA、BB、AB3.原理細(xì)胞膜的流動(dòng)性（原生質(zhì)體融合）植物細(xì)胞具有全能性（雜種細(xì)胞培養(yǎng)成雜種植株）（1）植物細(xì)胞融合完成的標(biāo)志：再生出新的細(xì)胞壁（2）植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志：培育成新植物體4.標(biāo)志5.意義打破生殖隔離，克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，培育植物新品種。在此過程中活躍的細(xì)胞