高中生物選修三專題二《細(xì)胞工程.ppt

1、植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程,細(xì)胞工程,指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，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)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。,細(xì)胞工程,植物細(xì)胞工程,動(dòng)物細(xì)胞工程,植物細(xì)胞工程,一、植物組織培養(yǎng),1、原理： 細(xì)胞的全能性,細(xì)胞的全能性,1. 概念:,已高度分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。,2. 原因：,生物體細(xì)胞含有本物種所特有的全套遺傳信息。,3. 全能性高低：,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,一、植物組織培養(yǎng),2、植物組織培養(yǎng)的條件 內(nèi)因：離體細(xì)胞、組織或器官 外因：1）適宜的外界環(huán)境條件，例如

2、無菌、適宜的溫度、濕度、光照等 2）培養(yǎng)基（一定的營養(yǎng)物質(zhì)，激素）,植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基,無機(jī)營養(yǎng)成分：無機(jī)鹽離子 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%的蔗糖溶液，調(diào)節(jié)滲透壓 瓊脂：起支持作用 激素：生長素，細(xì)胞分裂素和赤霉素 PH值：5.06.0,一、 植物組織培養(yǎng),一、植物組織培養(yǎng),3、 植物組織培養(yǎng)的基本過程 外植體 愈傷組織 胚狀體已分化出根、芽,分化程度降低，分裂能力增強(qiáng),重新分化出組織器官的過程（細(xì)胞分裂素、生長素）,細(xì)胞分化程度與細(xì)胞分裂能力呈負(fù)相關(guān),愈傷組織的形成,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，形成一種排列疏松無

3、規(guī)則、高度液泡化、無定形態(tài)的薄壁細(xì)胞組成的組織。,植物組織培養(yǎng)（試管苗的形成）,試管苗大規(guī)模培養(yǎng),移栽,經(jīng)過煉苗的小苗，可以和一般植物一樣進(jìn)行大規(guī)模栽培,植物組織培養(yǎng)的概念：,在無菌和人工控制的條件下將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予一定的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織和胚狀體，最終形成完整的植株。,能力訓(xùn)練：,1、下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是：,D,植物體細(xì)胞雜交應(yīng)用研究,1、定義：,將兩個(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過程。,2、優(yōu)勢：（與有性雜交方法比較）,克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，拓展了可用于雜交的親本組合范圍。,植物

4、體細(xì)胞雜交,植物體細(xì)胞雜交過程示意圖,標(biāo)志,去壁,思考題,細(xì)胞壁如何去除？ 原生質(zhì)層如何融合？融合的基礎(chǔ)是什么？ 雜交完成的標(biāo)志是什么？ 最后通過什么手段得到新個(gè)體 ？,融合體,雜種細(xì)胞,去壁的常用方法：,原生質(zhì)體融合方法：,植物體細(xì)胞雜交過程示意圖,細(xì)胞融合的基礎(chǔ)：,細(xì)胞膜的流動(dòng)性,不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是：,A、振動(dòng) B、電刺激、 C、PEG試劑、 D、重壓,對應(yīng)訓(xùn)練,植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用,（一）、植物繁殖的新途徑,（二）、作物新品種的培育,（三）、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),1.單倍體育種,2.突變體的利用,藥物，香料，蛋白質(zhì)等,一、植物繁殖的新途徑,1.微型繁殖(屬無性繁殖) (1

5、)微型繁殖技術(shù)（快速繁殖技術(shù)）: 快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù). (2)特點(diǎn):保持優(yōu)良品種的遺傳特性; 高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖.,2.培育脫毒作物 (1)材料:無病毒的莖尖 (2)脫毒苗:切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得,人工種子,用人工種皮包被體細(xì)胞胚，可以制造人工種子 人工種皮：藻酸鈉 解決有些植物結(jié)子困難、發(fā)芽率低、繁殖困難等問題,植物組織培養(yǎng)大量生產(chǎn)紫草素,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(yīng)用于生產(chǎn)。,08江蘇高考：下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述中，錯(cuò)誤的是 A培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓

6、B培養(yǎng)基中的生長素和細(xì)胞分裂素影響愈傷組織的生長和分化 C離體器官或組織的細(xì)胞都必須通過脫分化才能形成愈傷組織 D同一株綠色開花植物不同部位的細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因相同,D,細(xì)胞工程的概念,細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作，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)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。,植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)和理論基礎(chǔ),植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)是： 植物細(xì)胞的全能性,概念：細(xì)胞的全能性是指生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能。 原因：是生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)及發(fā)育為完整個(gè)體所必需的全部基因。,細(xì)

7、胞的全能性,當(dāng)植物細(xì)胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處于離體狀態(tài)時(shí)，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。,在生物的個(gè)體發(fā)育中，由于基因在特定時(shí)間和空間下選擇性地表達(dá)而形成不同器官，因此，要實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的全能性，首先必須使生物體的細(xì)胞處于離體狀態(tài)。,植物組織培養(yǎng)的概念,植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。,植物組織培養(yǎng)的過程,離體的植物器官、組織或細(xì)胞,脫分化（又叫去分化）,愈傷組織（排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀

8、態(tài)的薄壁細(xì)胞）,再分化,根或芽等器官,植物體,相關(guān)問題,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？ 2、為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？ 3、為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過程中應(yīng)避光培養(yǎng)？,植物體細(xì)胞雜交的概念,將不同種植物的體細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。 （不同種生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點(diǎn)的）,相關(guān)問題,（1）要想讓兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞融合在一起，遇到的第一個(gè)障礙是什么？ （2）有沒有一種溫和的去細(xì)胞壁的方法？ （3）為什么兩個(gè)原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細(xì)胞膜的什

9、么特性有關(guān)？ （4）如果兩個(gè)來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成了雜種細(xì)胞，下一步該對此細(xì)胞做何種處理？ （5）如何將雜種細(xì)胞培育成雜種植株？,植物體細(xì)胞雜交過程,雜合的原生質(zhì)體,雜種細(xì)胞,愈傷組織,雜種植株,植物體細(xì)胞雜交過程,原生質(zhì)體制備（酶解法去細(xì)胞壁） 原生質(zhì)體融合（人工誘導(dǎo)） 雜種細(xì)胞的篩選和培養(yǎng)（形成愈傷組織） 雜種植株的再生與鑒定,物理法：離心、振動(dòng)、電刺激等 化學(xué)法：聚乙二醇等試劑,纖維素酶、果膠酶等,問題,為什么“番茄馬鈴薯”超級(jí)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？ 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

10、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。,問題,自然界中有一種含有葉綠體的原生動(dòng)物眼蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動(dòng)物細(xì)胞中存活，請?zhí)接懀簞?dòng)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。,異想天開,植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用,繁殖植物的新途徑 微型育種 作物脫毒 人工種子 育種新方法 單倍體育種 誘導(dǎo)突變體 細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),概念：應(yīng)用組織培養(yǎng)技術(shù)，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技術(shù)） 原理：植物細(xì)胞的全能性 優(yōu)點(diǎn)：繁殖率高，可大批量生產(chǎn) 取材少 培養(yǎng)周期短 保持優(yōu)良性狀,微型繁殖,作物脫毒,病毒在作物體內(nèi)逐年積累，會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差 分生區(qū)附近（莖尖、根尖）的病毒極少，甚至沒有 采用莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng),人工種子,結(jié)構(gòu)： 人工薄膜+胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽） 優(yōu)點(diǎn)： 不受氣候、季節(jié)、地域的限制 保留優(yōu)良性狀 時(shí)間短，占地少 技術(shù)： 組織培養(yǎng) 原理： 細(xì)胞全能性,養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源、農(nóng)藥、抗生素、有益菌 生