植物细胞工程(完全)ppt课件.ppt

专题2 细胞工程,细胞工程 是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，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,应用的原理和方法,细胞生物学和分子生物学,细胞整体水平或细胞器水平,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,概念,分类,植物细胞工程,研究的目的,研究的水平,动物细胞工程,1996年7月5日,世界上第一只体细胞克隆动物-克隆羊多利诞生于英国.,这样的生物技术属于何种生物工程？,细胞工程,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。,克隆多莉羊技术是 水平上的技术，培育抗虫棉是 水平上的技术。,细胞工程与基因工程相比：,细胞,分子,思考:,植物细胞工程的理论基础是什么？通常采用的技术手段有哪些？,一 、植物细胞工程,所采用技术的理论基础,植物细胞工程,通常采用的技术手段,植物组织培养,植物体细胞杂交,植物细胞的全能性,植物细胞工程的基本技术和理论基础,植物细胞工程常用的技术是,植物体细胞杂交（原理：细胞膜的流动性、细胞的全能性）,植物组织培养（原理：细胞全能性）,2、理论基础：,细胞的全能性,1、植物组织培养的概念,在无菌和人工控制的条件下,将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工控制的培养基上，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。,(一)、植物组织培养,一、技术手段,植物组织培养技术,1.植物组织培养属于哪种生殖方式？2.植物组织培养得到的植物体细胞中染色体数目？3.植物组织培养得到的植物，遗传物质来自几个亲本？4.为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体？5.什么是细胞的全能性？,想一想：,无性繁殖,有丝分裂的结果，和亲本染色体数目相同,一,植物细胞具有全能性。,1、概念：细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。,细胞的全能性,在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择地表达出各种蛋白质，从而构成生物体的不同组织和器官，因此，要实现细胞的全能性，首先必须使生物体的细胞处于离体状态。,3、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？,2、原因：是生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的全部遗传物质（全部遗传信息）,具有发育成完整个体所必需的全部基因。,4、大小：,（1） 受精卵的全能性最高,（2）,体细胞：植物细胞动物细胞已分化的植物细胞可以表现全能性，已分化的动物细胞全能性表现受抑制。已分化的动物细胞核仍可以表现全能性,（3）,（4）体细胞：分裂能力强的细胞（分化程度小）分裂能力弱的细胞（分化程度高）,5. 高度分化的植物细胞表现全能性条件：,当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界条件（温度、光照、无菌）的作用下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。,前提：离体 , 细胞： 活细胞，生存条件：适宜的环境条件(温度等)无菌、无毒的环境适宜的培养基(一定的营养物质和植物激素) 人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。,全能性表现的条件：,1、有关全能性的表述中，不正确的是（ ） 受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完 整个体，因此全能性最高 生物体内细胞由于分化全能性不能表达 卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能 性很高 植物细胞离体培养在一定条件下能表现出 全能性,C,趁热打铁：,2.下列植物细胞全能性最高的是（ ）A.形成层细胞 B.韧皮部细胞 C.木质部细胞 D.叶肉细胞3下列细胞全能性最高的是（ ）A植物的卵细胞B植物的精子细胞C被子植物的受精卵D被子植物的的叶肉细胞,A,C,在一个生物体内，细胞没有表现出 全能性，原因是（ ） 细胞失去了全能性 细胞中的基因部分丢失 细胞中的基因选择性表达 细胞中的基因变异不同,C,切取形成层,无菌接种,诱导愈伤组织的形成,试管苗的形成,培养室,移栽,脱分化,再分化,1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？3.为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？,细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件,避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。,胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。,4.为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5.请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。,在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。,外植体（离体的植物器官、组织、细胞）,脱分化,愈伤组织,再分化,根芽,植物体,3 植物组织培养的基本过程,外植体,愈伤组织,新植株,外植体：用于离体培养的植物器官、组织或细胞。 愈伤组织：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、具有分生能力、无定形状态的薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。,外植体选择,脱分化难易程度因植物种类，器官来源和生长状况不同有很大差异，一般烟草，胡萝卜，植物花和幼嫩组织脱分化较易,愈伤组织,愈伤组织是通过细胞分裂形成的，其细胞排列疏松而无规则，高度液泡化呈无定形状态的薄壁细胞。无分化，全能性高,脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而产生愈伤组织的过程。（避光）再分化：脱分化产生的愈伤组织重新分化成根或芽等器官，进而发育成一棵完整的植株的过程。（需光）,4 影响植物组织培养的因素,材料的选择、营养成分、激素、一定的外界因素（温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等）。,外植体：离体的植物组织、器官、细胞,脱分化,适宜的养料（有机）、激素、（温度、避光、无菌）,愈伤组织,再分化,适宜的养料、激素、（温度、光照、无菌）,胚状体或丛芽,植物体,植物组织培养的大致过程：,细胞分裂素=生长素：,促进愈伤组织形成和生长,细胞分裂素生长素：,诱导芽的形成,细胞分裂素生长素的：,诱导根的形成,关键因素：植物激素的浓度、使用的先后顺序、用量的比例（细胞分裂素、生长素）,以下培养基出现的现象说明什么问题？,激素配比对组织培养的影响,在培养基中需要添加生长素和细胞分裂素等植物激素，其浓度、使用的先后顺序、用量的比例等都影响结果。 高 利于根分化、抑制芽的形成生长素/细胞分裂素 低 利于芽的形成,适中 利于愈伤组织的形成,自我评价,1、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（ ） A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果 B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果 C 、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果 D 、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果,D,2 、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养， 又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为( ),C,反馈练习,1.下列属于组织培养的是：（ ）A.花粉培养成单倍体植株B.芽发育成枝条C.根尖分生区发育成成熟区D.未受精的卵发育成植株,A,2.在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的（ ）A.消毒灭菌B.适宜的温度C.充足的光照D.适宜的养料和激素,C,3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完整植株，不需要（ ）A.具有完整细胞核的细胞B.离体状态C.导入外源基因D.一定的营养物质和激素,C,若用“ ” 表示植物组织培养的过程。请回答：（1）表示 ， 能被培养成为的根本原因是（2）表示 ，其细胞特点是 薄壁细胞。,离体的植物组织器官、组织或细胞,植物细胞具有全能性,高度液泡化无定型状态排列疏松具有分生能力的,愈伤组织,作业,脱分化,再分化,过程,（分化）,（未分化）,（分化）,幼芽或幼根？,条件？,优点？,特点？,繁殖速度快不受季节限制幼苗无毒保持优良性状,适宜温度、无光照、 pH和无菌环境。无机、有机成分和植物激素（生长素，细胞分裂素和赤霉素）,无定形状态薄壁细胞高度液泡化排列疏松、无规则分裂旺盛，全能性高,分化程度低去分化较易,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,植物组织培养技术的流程简图,1.微型繁殖技术（也称快速繁殖技术）,(一)植物繁殖的新途径,(1)概念： 快速繁殖优良品种的植物组织培养技术. (2)特点: A、保持优良品种的遗传特性; B、高效快速地实现种苗的大量繁殖. (3)优点： 从植物体上取材少，培养周期短，繁殖率高，便于自动化管理。 例：用一个兰花茎尖就可以在一年内生产 400万株兰花苗.,二 应用,兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。,植物细胞工程的基本技术,试管苗大规模培养,2.作物脱毒,1.)作物脱毒的原因:2.)作物脱毒的材料:3.)作物脱毒的方法:4.)作物脱毒的结果:,长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差,分生区（如茎尖）的细胞,进行组织培养,获得脱毒苗,5.)成就:,3.神奇的人工种子,天然种子的局限,1）培育周期长 2）优良杂种的后代会发生性状分离而丧失其优良特性 3）生产会受到季节、气候和地域的限制，并且需要占用大量的土地实现制种,人工种子,胚状体,通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。,（1）人工种子概念,胚状体（或不定芽、顶芽和腋芽）+人工种皮,(3）人工种皮中的有效成分适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌、植物生长调节剂等,(4)技术：植物组织培养,（2）人工种子组成,讨论,培植周期短 后代无性状分离不受气候,季节和地域限制可以很方便地贮藏和运输,(5)优点：,3.神奇的人工种子,(1)技术:植物组织培养。(2)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽。,(3)特点:保持亲本优良性状；不受气候,季节和地域限制。,1.单倍体育种,(二 )作物新品种的培育,由配子不经过受精作用而直接发育成,且体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体.,1.)单倍体定义：2.)举例：3.)单倍体育种的优点：,蜜蜂中的雄蜂 通过花药或花粉来获得单倍体植物,明显缩短育种年限得到的植株都是纯合体,2.突变体的利用,(二) 作物新品种的培育,植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断的分生状态，易受到培养条件和外界压力的影响而产生突变,1.)产生：,筛选对人们有利突变体,进而培育新品种,2.)利用：,(二) 作物新品种的培育,1.单倍体育种 (1)方法:花药离体培养。 (2)优点: 后代稳定遗传,都是纯合体; 明显缩短育种年限。,2.突变体的利用 (1)产生:植物组织培养； (2)利用:筛选对人们有利突变体,进而培育新品种。,(三) 细胞产物的工厂化生产,1.种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等。2.技术:植物的组织培养。培养至愈伤组织环节,要想获得遗传物质来自两个亲本的番茄马铃薯（番茄、马铃薯之间存在生殖隔离，有性杂交不能成功），需要用什么技术手段？,植物体细胞杂交应用研究,1、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。,2、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限制，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。,植物体细胞杂交,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？杂交完成的标志是什么？5如何将杂种细胞培育成杂种植株？,请思考：,杂种植株,融合的原生质体ABAABB,再生出细胞壁,脱分化,愈伤组织,再分化,植物体细胞杂交的过程,植物细胞的融合,植物组织培养,植物细胞A,原生质体B,原生质体A,杂种细胞ABAABB,去 壁,去 壁,人工诱导,方法？,促进融合的方法？,融合完成的标志,植物细胞B,融合体,杂种细胞,去壁的常用方法：,原生质体融合方法：,植物体细胞杂交过程示意图,细胞融合的基础：,细胞膜的流动性,利用电激法将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合,植物体细胞杂交过程,原生质体制备（酶解法去细胞壁）原生质体融合（人工诱导） 杂种细胞的筛选和培养（形成愈伤组织）杂种植株的再生与鉴定,物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇等试剂,酶解法：纤维素酶和果胶酶,去壁,去壁,纤维素酶果胶酶,原生质体,植物细胞,原生质体融合,离心、振动、电刺激、聚乙二醇,再生细胞壁,杂种细胞,去分化,愈伤组织,杂种植株,激素,筛选,等量,激素,再分化,植物体细胞杂交过程示意图,实例 番茄-马铃薯,在克服远源杂交不亲和的障碍、培育作物新品种方面所取得的重大突破。,意义：,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性状。,原理：植物细胞的全能性和细胞膜的流动性,失败,甘蓝,白菜,白菜甘蓝,4.成果及未解决问题,.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。,白菜,甘蓝,2.利用多倍体育种能获得这种白菜-甘蓝吗？怎样获得？,2N=14,2N=14,1.植物体细胞杂交得到的白菜甘蓝是几倍体、几个染色体组、多少染色体，是否可育？,是四倍体、四个染色体组、28条染色体、可育,能，先让两者进行有性杂交，对杂交所得种子在萌发成幼苗时，用秋水仙素处理，使其染色体加倍，恢复育性。,思考：,1下列属于组织培养的是 ( )A花粉培育成单倍体植株 B芽发育成枝条C根尖分生区发育成成熟区 D未受精的卵细胞发育成个体,A,2.植物体细胞杂交的过程实质是（ ）A、细胞质融合的过程 B、细胞核融合的过程C、细胞膜融合的过程 D、细胞原生质体融合的过程,D,3.在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生细胞壁，参与这一过程的细胞器（ ）A、叶绿体、高尔基体 B、线粒体、高尔基体C、叶绿体、线粒体 D、线粒体、内质网,B,4.用杂合种子尽快获得纯合子植株的方法是（ ）A、种植F1选出不分离者纯合子 B、种植秋水仙素处理纯合子C、种植生长素处理纯合子D、种植花药离体培养单倍体幼苗秋水仙素处理纯合子,D,5.下面关于植物细胞工程的叙述，正确的是(多选) ( )A叶肉细胞脱分化后可形成具有分裂能力的薄壁细胞B叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织C融合植物叶肉细胞时，应先去掉细胞膜D叶肉细胞离体培养时，可以表现出全能性,AD,6.下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：,步骤是去掉 ，使植物细胞成为 ，最常用的方法是 。步骤一般常用的化学试剂是 ，目的是 。在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的技术手段是 ，其中步骤相当于 ，步骤相当于 。,细胞壁,原生质体,酶解法,聚乙二醇,诱导原生质体融合,组织培养,脱分化,再分化,植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，使两株植物的性状能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是 。从理论上讲，杂种植株的育性为 。若运用传统有性杂交方法能否实现？ 因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于 。利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？,杂种细胞具有两个亲本的遗传物质,可育,不能,克服远缘杂交不亲和的障碍,不遵循，植物体细胞杂交属于无性生殖。,7.基因型为AaBb的水稻（24条染色体）的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下培养形成试管苗。愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团愈伤组织形成中，必须从培养基中获得 和小分子有机物等营养物质。要促进花粉细胞分裂生长，培养基中应有 和 两类激素。组织培养技术不能直接用于（ ）A、快速繁殖 B、培育无病毒植株C、植物产品的工厂化生产 D、培养抗病菌植株用组织培养技术繁殖植物体时，不可能发生的是（ ）A、基因重组 B、基因突变 C、染色体变异 D、染色体分离,水、无机盐,细胞分裂素,生长素,D,A,试管苗的细胞核中含有 个DNA分子。培养成的试管苗可能出现的基因型有 。如果要获得育种需要的植株，并能繁殖新品种，后面的育种步骤是 。,12,AB Ab aB ab,用一定浓度的秋水仙素处理组织培养获得的幼苗,8.下面所列过程是植物组织培养的简略过程。请据此回答：脱分化再分化表示 ，它能被培养成的根本原因是 。表示 ，它的细胞特点是 ，它的颜色特点是 。若想制造人工种子，应选择（写编号） 。,外植体,植物细胞全能性,愈伤组织,细胞排列疏松，高度液泡化无定形状态,色浅,若是花药，则是 ，这项技术可用在 上。,单倍体植株,单倍体育种,9.下图为植物细胞融合及组织培养过程示意图。下列说法不正确的是（ ）,A植物体细胞杂交的最大优点是可以克服远缘杂交不亲和的障碍B杂种细胞经过和过程可以培育成杂种植株，说明杂种细胞具有全能性C尽管愈伤组织可以进行光合作用，但其培养基中仍需要糖类、氨基酸等有机营养D若A的基因型为Rr，B的基因型为Yy，则最终形成的杂种植株的基因型为RrYy,C,植株,3、过程,B不同植物的原生质体的融合C完整的两个体细胞的融合 D植物花粉细胞的两两融合,A,B,1、植物体细胞融合完成的标志是 ( )A产生新的细胞壁 B细胞膜发生融合C细胞质发生融合 D细胞核发生融合,2、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指 ( )A不同植物的精子和卵细胞的融合,比较,无性繁殖,细胞全能性,脱分化再分化,保持优良性状繁殖速度快、大规模生产提高经济效益,杂交技术应用了组织培养,克服不同种生物远源杂交的障碍,去除细胞壁融合，再生壁形成杂种细胞组织培养,膜流动性细胞全能性,染色体变异、基因重组,自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。,提示：根据眼虫的特点，动物细胞和植物细胞之间在理论上是可以实现杂交的。具体的实验方案可以设计如下：,蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等,1.细胞产物种类：,(三) 细胞产物的工厂化生产,植物的组织培养,2.技术：,3.成就：,