植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)

專題2細(xì)胞工程 細(xì)胞工程 按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品 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)技術(shù) 植物體細(xì)胞雜交技術(shù) 定義 具有某種生物全部遺傳信息的任何一個(gè)細(xì)胞都具有發(fā)育成完整生物體的潛能 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 大小 植物組織培養(yǎng)技術(shù) 植物細(xì)胞的全能性 理論基礎(chǔ) 植物體細(xì)胞 動物體細(xì)胞分化程度越高 全能型越低 思考討論 為什么體內(nèi)細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性 而是分化成為不同的組織 器官 基因在特定空間和時(shí)間條件下選擇性表達(dá)的結(jié)果 在個(gè)體發(fā)育的不同時(shí)期 生物體不同部位的細(xì)胞表達(dá)的基因是不同的 合成的蛋白質(zhì)也不一樣 從而形成了不同的組織和器官 科學(xué)研究表明 處于離體狀態(tài)的植物活細(xì)胞 在一定的營養(yǎng)物質(zhì) 激素和其他外界條件的作用下 就可能表現(xiàn)出全能性 發(fā)育成完整的植株 人工條件下實(shí)現(xiàn)的這一過程 就是植物組織培養(yǎng) 植物組織培養(yǎng)必要條件 關(guān)鍵詞 外植體 脫分化 再分化 愈傷組織 細(xì)胞離體 一定的營養(yǎng)物質(zhì) 激素和其他外界條件 離體的植物器官 組織或細(xì)胞 愈傷組織 根胚狀體或叢芽 植物體 脫分化 再分化 脫分化 讓已經(jīng)分化的細(xì)胞 經(jīng)過誘導(dǎo)后 失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能而轉(zhuǎn)變成未分化細(xì)胞的過程 稱為植物細(xì)胞的脫分化 再分化 脫分化產(chǎn)生的愈傷組織繼續(xù)進(jìn)行培養(yǎng)又可以重新分化成根或芽等器官 這一過程稱為植物細(xì)胞的再分化 分化 個(gè)體發(fā)育中 由一個(gè)或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代 在形態(tài) 結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程 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 通過細(xì)胞分裂 形成一種高度液泡化 無定形狀態(tài)薄壁細(xì)胞團(tuán) 試管苗大規(guī)模培養(yǎng) 離體的植物器官 組織或細(xì)胞 愈傷組織 胚狀體或叢芽 植物體 外植體 脫分化 植物激素 細(xì)胞分裂素 生長素 再分化 植物組織培養(yǎng) 植物組織培養(yǎng)條件 離體 含有一定營養(yǎng)成分 激素 一定的溫度 空氣 無菌環(huán)境 適合的PH 適時(shí)光照等 菊花 每日光照12小時(shí) 胡蘿卜 避光培養(yǎng) 討論題P35 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)人員的無菌操作 提示 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(zhì) 導(dǎo)致培養(yǎng)物迅速死亡 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 提示 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 3 請根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)過程 概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖 3 請根據(jù)上面的實(shí)驗(yàn)過程 概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程簡圖 植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基 MS培養(yǎng)基 成分 無機(jī)營養(yǎng)成分 大量元素及部分微量元素有機(jī)營養(yǎng)成分 含N物質(zhì) 包括維生素和氨基酸 碳源 2 5 的蔗糖 瓊脂 起支持作用 植物激素 生長素 細(xì)胞分裂素 啟動細(xì)胞分裂 脫分化和再分化的關(guān)鍵性激素 PH值 5 0 6 0 培養(yǎng)基中必須含有植物生長發(fā)育所需要的全部營養(yǎng)物質(zhì) 其中生長素和細(xì)胞分裂素用量的比例對器官的發(fā)生起決定作用 生長素用量比細(xì)胞分裂素含量 比值高時(shí) 有利于根的分化 抑制芽的形成比值低時(shí) 有利于芽的分化 抑制根的形成比值適中時(shí) 有利于愈傷組織的形成 植物體細(xì)胞雜交技術(shù) 1 定義 用兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞 且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的方法 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 去壁 去壁 纖維素酶果膠酶 原生質(zhì)體 植物細(xì)胞 原生質(zhì)體融合 離心 振動 電激聚乙二醇 PEG 再生細(xì)胞壁 雜種細(xì)胞 去分化 愈傷組織 雜種植株 再分化 植物體細(xì)胞雜交過程示意圖 細(xì)胞膜的流動性 思考與探究 1 為什么 番茄 馬鈴薯 超級雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣 地上長番茄 地下結(jié)馬鈴薯 馬鈴薯 番茄沒有像人們預(yù)想的那樣地上長番茄 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番茄 地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了 制備原生質(zhì)體 酶解法去掉細(xì)胞壁誘導(dǎo)融合新的原生質(zhì)體生出細(xì)胞壁雜種細(xì)胞組織培養(yǎng)雜種植株 植物體細(xì)胞雜交方法及意義 意義 克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙 培育新品種 篩選 同時(shí)具有兩個(gè)物種的遺傳性 2 自然界中有一種含有葉綠體的原生動物 眼蟲 說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動物細(xì)胞中存活 請?zhí)接?動物細(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?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案 提示 根據(jù)眼蟲的特點(diǎn) 動物細(xì)胞和植物細(xì)胞之間在理論上是可以實(shí)現(xiàn)雜交的 具體的實(shí)驗(yàn)方案可以設(shè)計(jì)如下 1 在一個(gè)生物體內(nèi) 細(xì)胞沒有表現(xiàn)出全能性 原因是 細(xì)胞失去了全能性 細(xì)胞中的基因部分丟失 細(xì)胞中的基因選擇性表達(dá) 細(xì)胞中的基因變異不同 C 課后習(xí)題 2 關(guān)于愈傷組織形成過程的正確敘述是 A 愈傷組織的形成是離體植物細(xì)胞分化的結(jié)果B 愈傷組織的形成是離體植物細(xì)胞分裂的結(jié)果C 愈傷組織的形成是離體動物細(xì)胞分化的結(jié)果D 愈傷組織的形成是離體植物細(xì)胞脫分化的結(jié)果 B 3 植物細(xì)胞融合完成的標(biāo)志的是 A 產(chǎn)生新的細(xì)胞壁B 細(xì)胞膜發(fā)生融合C 細(xì)胞質(zhì)發(fā)生融合D 細(xì)胞核發(fā)生融合 A 4 通過細(xì)胞雜交 獲得一個(gè)雜種植株 需要的步驟是