2.1.1植物细胞工程的基本技术-公开课-课件


专题2

细胞工程

细胞工程
指应用细胞生物学和分子生物学的原理和 方法,通过某种工程学手段,在细胞整体水平 或细胞器水平上,按照人们的意愿来改变细胞 内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学 技术。

细胞工程与基因工程相比:
前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术,
后者是分子水平上的生物技术

思考:
细胞 克隆多莉羊技术是 水平上的技术,培 分子 育抗虫棉是 水平上的技术。

2.1植物细胞工程
§2.1.1植物细胞工程的基本技术

植物组织培养

植 物 组 织 培 养

6 5

再分化
(愈伤组织) 4 脱分化

1

3

2

一、细胞的全能性
生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整 1、定义: 个体的潜能的特性。

2、原理:生物体的每一个细胞都包含有该物种所特
有的全套遗传物质,都有发育成为完整个 体所必需的全部基因,从理论上讲,生物 体的每一个活细胞都应该具有全能性。

3、差异: (1)受精卵的全能性最高
(2)生殖细胞的全能性较高 (3)受精卵分化后的细胞中,体细胞的 全能性比生殖细胞低 4、大小: 受精卵 > 生殖细胞 > 体细胞

植物细胞>动物细胞

三、植物组织培养的过程(重点)

切取 形成层 移栽

无菌 接种

脱分化

诱导愈伤组织 的形成 再分化

培养室

试管苗的形成

离体的植物器官、组织或细胞
遮光 脱分化

愈伤组织(排列疏松而无规则,高度液泡
化的呈无定形状态的薄壁细胞)

光照

再分化

植物组织培养的外界条件: a. 无菌操作 b.营养及激素(细胞分裂素、 生长素)

胚状体 (或丛芽)

植物体

c.光照

二、植物的组织培养
植物组织培养就是在无菌和人工 控制条件下,将离体的植物器官、 组织、细胞,培养在人工配制的培 养基上,给予适宜的培养条件,诱 导其产生愈伤组织、丛芽,最终形 成完整的植株。

三、植物体细胞杂交技术
这幅番茄—马铃薯图利 用传统有性杂交方法能 实现吗?为什么? 因为不同种生物之间存 在着生殖隔离,所以用 传统的有性杂交方法是 不可能做到这一点的。
理想图

于是,科学家试图用这两种植物的体细胞 进行杂交,来实现这一美妙的设想。

(1)

植物体细胞杂交 过程示意图
(2)
(3)

(1) (5)

(4)

1、过程
植物细胞A
去壁

植物细胞的融合
方法?
融合 完成 的 标志

植物组织培养

原生质体A 原生质体B
去壁

人 工 诱 导

融合的 原生质 体AB

杂种 细胞 脱 再 AB 分
生 出 细 胞 壁


愈 伤 组 织

再 分 化

杂 种 植 株

植物细胞B

促进融合 的方法?

细胞融合的基础:
细胞膜的流动性

去壁的常用方法: 酶解法(纤维素酶、果胶酶等)
物理法:离心、振动、电刺激等 原生质体融合方法: 化学法:聚乙二醇(PEG)

2、概念
将不同种的植物体细胞,在一定条件下 融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新 的植物体的技术。

3、优势和未解决的问题
优势(与有性杂交方法比较) :打破了不同 种生物间的生殖隔离障碍,大大扩展了可 用于杂交的亲本组合范围。

未解决的问题:未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良。

1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间 原生质体的融合,获得了第一个体细胞杂种。 1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得 了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种—— “Potamato”。
目前,已得到栽培烟草与野生烟草、 栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、 籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种 及其后代,获得了有价值的新品系或育 种上有用的新材料。

白菜

甘蓝 白菜-甘蓝 “白菜-甘蓝”同普通白菜相比,具有 生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。

1.为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有 如科学家所想像的那样,地上长番茄、地下结 马铃薯? 主要原因是:生物基因的表达不是孤立的,它 们之间是相互调控、相互影响的,马铃薯—番茄杂 交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质,但 这些遗传物质的表达受到相互干扰,不能再像马铃 薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达,所以杂 交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。

比较
植物组织培养
所属 范畴 原理 无性繁殖 细胞全能性 ①脱分化 ②再分化

植物体细胞杂交技术
染色体变异、基因重组 细胞的膜流动性 细胞全能性 ①去除细胞壁 ②融合形成杂种细胞 ③组织培养

步骤

保持优良性状 意义 繁殖速度快、大规模生产 克服不同种生物远源杂交 的障碍 提高经济效益 联系 植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术

四、植物细胞工程的实际应用

繁殖植物的新途径
微型繁殖 作物脱毒 人工种子

作物新品种的培育
单倍体育种 突变体的利用

细胞产物的工厂化生产
药物,香料,蛋白质等

1、微型繁殖
概念:应用 组织培养技术 ,快速繁殖植物(也叫 快速繁殖技术) 原理:植物细胞的( 全能性) 优点:繁殖率高,可大批量生产 取材少 培养周期短 保持( 优良性状 )

2、作物脱毒
病毒在作物体内逐年积累,会导致作物 产量降低,品质变差 (分生区 )附近(茎尖、根尖)的病毒极少, 甚至没有 采用( 茎尖组织培养)技术来脱除病毒

3、人工种子
结构:
人工薄膜 +胚状体(不定芽、顶芽、腋芽)

优点:
不受气候、季节、地域的限制 保留优良性状 时间短,占地少

技术: 植物组织培养 原理: 细胞全能性

课本P40

? 针对植物种类和土壤等条件,在人工 种子的包裹剂中还可以加入适量的养 分、无机盐、有机碳源以及农药、抗 生素、有益菌等。 ? 还可以加入生长调节剂

作物新品种的培育 1、单倍体育种
? 过程
选择 亲本 有性 杂交 F1代 花粉离 体培养 诱 单倍体 植 株

选择所 需类型

可 育 纯合子



染色体加倍

? 优点
?后代都是纯合子,能稳定遗传 ?明显缩短育种年限,加速育种进程

2、突变体的利用
利用组织培养时, 分生 状态的细胞易受

培养条件和外界压力(如射线,化学物
质等)的影响而产生突变的原理,诱导

并筛选出对人类有用的突变体。

3、细胞产物的工厂化生产
种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等.

技术:植物的组织培养.

培育到什么阶段提 取?

植 物 细 胞 工 程

基 本 技 术

植 物 细 胞 工 程

探究(原理):
1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养 成完整植物体? 植物细胞具有全能性。 2、什么是细胞的全能性?

具有某种生物全部遗传信息的任何一 个细胞,都具有发育成完整生物体的潜能, 也就是说,每个生物细胞都具有全能性的 特点 。

3、已分化的细胞为什么具有发育成完整个 体的潜能?
生物的每一个细胞都有本物种的全套遗传 物质,都有发育成完整个体的全套基因。 4、生物体内的细胞为什么没有表现出全能性, 而是分化成不同的组织器官? 在特定的时间和空间条件下,基因选择性 的表达的结果。

5、大小: 1)受精卵的全能性最高 受精卵>生殖细胞>体细胞 2) 3)植物细胞>动物细胞 4)分化程度低的细胞>分化程度 高的细胞 6.细胞表现全能性的条件有哪些? 离体、无菌、营养物质、激素 及其它适宜条件。

植物组织培养的培养基
? 无机营养成分:水和无机盐 ? 有机营养成分 ① 含N物质:包括维生素和氨基酸 ② 碳源:2%—5%的蔗糖 ③ 琼脂:起支持作用(固体培养基) ④ 相关激素:生长素,细胞分裂素和赤霉素 ? PH值:5.0-6.0

请思考:
? 1.你认为两个来自不同 植物的体细胞完成融合, 遇到的第一个障碍是什 么? ? 2.有没有一种温和的 去壁方法呢? ? 3.为什么两个原生质 体能发生融合,这与细 胞膜的什么特性有关? ? 4.如果两个来源不同 的原生质体发生了融合, 下一步该做何处理? ? 5.如何将杂种细胞培 育成杂种植株?

四、植物体细胞杂交技术
1、过程
植物细胞A
去壁

植物细胞的融合
方法?
融合 完成 的 标志

植物组织培养

原生质体A 原生质体B
去壁

人 工 诱 导

融合的 原生质 体AB

杂种 细胞 脱 再 AB 分
生 出 细 胞 壁


愈 伤 组 织

再 分 化

杂 种 植 株

植物细胞B

促进融合 的方法?

白菜

甘蓝 白菜-甘蓝

2、概念 将不同种的植物体细胞,在一定条件下融合 成杂种细胞,并把杂种细胞培育成新的植物 体的技术。 3、意义 在克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍上, 取得了巨大的突破,从而扩大了可用于杂交 的亲本组合。 4.未能解决的问题: 未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代 的优良性状。

比较
植物组织培养
所属 范畴 原理 无性繁殖 细胞全能性 ①脱分化 ②再分化

植物体细胞杂交技术
染色体变异、基因重组 膜流动性 细胞全能性 ①去除细胞壁 ②融合形成杂种细胞 ③组织培养

步骤

保持优良性状 意义 繁殖速度快、大规模生产 克服不同生物远缘杂交不 亲和的障碍 提高经济效益 联系 杂交技术应用了组织培养


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