植物的克隆

第二节植物的克隆你知道它们的育种方式？•矮抗水稻•三倍体无籽西瓜•抗虫棉天使花房手指玫瑰任务：“春风欲擅秋风巧，催出幽兰继落梅。”素有天下第一香之称的兰花，具有高雅的叶片和芳香艳丽的花朵，自古就是文人墨客吟诗作赋的对象。但是兰花在自然条件下播种繁殖难度很大，需要较长的时间才能获得少量幼苗，你能否设计一种方法满足人们对兰花的需求呢？问题1为什么胡萝卜体细胞能培养成一个完整的胡萝卜植株呢？1958年美国科学家斯图尔德愈伤组织离体组织胚状体试管苗植物克隆的技术基础是------------------，理论基础是-----------------------------植物细胞的全能性植物组织培养植物克隆的技术基础是植物组织培养（cellandtissueculture）一、植物克隆的基本技术细胞（cell）组织（tissue）植物体无性繁殖——植物组织培养1、植物组织培养的概念的理解2、植物组织培养的理论基础——细胞的全能性植物细胞的全能性1、概念受精卵生殖细胞体细胞＞＞：植物体的每个活细胞具有遗传上的全能性,都具有发育为完整植株的潜能，叫做植物细胞全能性。2、原因3、全能性的体现：：从理论上讲，每个细胞都包含该物种的全部遗传物质（全部基因），所以每个活细胞都应具有全能性。植物细胞动物细胞不同种类植物或同种植物的不同基因型个体之间因遗传性的差异,细胞全能性的表达程度大不相同.问题2：为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。长期培养中细胞全能性下降的原因•染色体畸变•细胞核变异•非整倍体的产生•激素平衡被打破•对外源生长物质的敏感性发生改变•其他原因遗传物质的改变生长发育条件的改变（4）长期培养问题有些植物在多次继代培养后，会丧失细胞全能性的表达能力•原因：1.遗传物质发生不可逆转的改变2.激素平衡被打破或外源激素作用的结果克隆成功所需的条件（a）1.探讨特定植物细胞全能性表达的条件2.选择性能优良、细胞全能型表达充分的基因型（5）植物克隆成功的条件问题3：植物细胞可能表现出全能性条件：④其他外界条件②营养物质（水、无机盐、维生素、氨基酸、蔗糖、琼脂等）③植物生长调节剂（细胞分裂素、生长素）（适宜温度、ＰＨ、无菌、光照（后期））①离体状态切取接种愈伤组织的形成试管苗的形成培养室移栽此操作过程需要注意什么事项？2、植物组织培养的程序1.配制含有适当营养物质和植物生长调节剂的含0.7%-1%琼脂的培养基，倒在灭菌试管中凝固成半固体2.从消毒的根、茎、叶上切取一些小组织块3.将组织块放在固体培养基上进行培养，获得愈伤组织（创伤组织）4.以适当配比的营养物质和生长调节剂诱导愈伤组织，直到再生出新植株在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？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。植物组织培养的培养基要包含哪些物质呢？植物组织培养的培养基•无机营养成分：大量元素及植物所必需的微量元素•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：起支持作用生长调节剂：（生长素，细胞分裂素）PH值：5.0－6.0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。★植物组织培养的一般程序：脱分化愈伤组织：相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的新生组织再分化调节营养物质和生长调节剂的适当配比（P24）诱导根、芽顶端分生组织★植物组织培养的一般程序：脱分化通过悬浮培养分散成单细胞细胞质丰富、液泡小而细胞核大（胚性细胞的特征）再分化调节营养物质和生长调节剂的适当配比（P24）包裹人工种皮，形成人工种子胚状体总结：组织培养的基本操作程序（1）配置半固体培养基（灭菌）（2）无菌操作切取一些小块组织（3）获得愈伤组织（4）诱导愈伤组织（5）再生新植株出现脱分化通过调节营养物质和生长调节剂的适当配比生长调节物质配比的调控：（1）诱导芽的分化：（2）诱导根的分化：细胞分裂素和激动素IAA和增减其它激素外植体无需光需光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：A、脱分化B、去分化C、再分化D、脱分化或去分化下列不能作为植物组织培养的材料是：A、秋海棠的叶B、马铃薯的块茎C、成熟的花粉D、木质部中的导管细胞CD几个概念：•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，植物组织块切口处细胞在创口的刺激下通过细胞脱分化、分裂，形成一种相对没有分化、高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。•植物细胞的脱分化：由高度分化的植物器官、组织或细胞丧失原有的结构和功能，又重新恢复了分裂功能，产生愈伤组织的过程，又称去分化。•植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。8、下图是植物组织培养的简略表示。据此回答：（1）①表示，它能被培养成为④的根本原因是。（2）②表示，它与①相比分化程度，全能性。（3）若想制作人工种子，应该选用（填编号）。（4）若①是花药，则④是，继续对其使用处理可获得正常植株，该过程称为。（5）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的叶片的颜色是，这说明根尖细胞。（6）若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草素，培养将进行到（填编号）。离体的植物器官组织或细胞植物细胞的全能性愈伤组织低高③单倍体植株秋水仙素纯合单倍体育种绿色含有与叶绿体形成相关的基因②植物全能性的表达离体的植物器官、组织、细胞游离单细胞或原生质体胚状体根、芽愈伤组织人工种子再生植株脱分化4.植物组织培养分类愈伤组织培养细胞培养器官培养原生质体培养最为常见的组织培养悬浮细胞培养单细胞培养按材料的类别分器官培养指以植物的根、茎、叶、花、果等器官为外植体的离体无菌培养。指以单个游离细胞为外植体的离体无菌培养。细胞培养3、器官培养和细胞培养原生质体培养指以单个游离细胞为外植体的离体无菌培养。细胞培养单倍体培养离体细胞－愈伤组织－根、芽、花－植株愈伤组织——单细胞——细胞团——球形胚——心形胚——胚状体——完整植株悬浮培养----摇床器官培养指以植物的根、茎、叶、花、果等器官为外植体的离体无菌培养。如：雌性花器官的培养成果显著（子房的培养、胚囊的培养、花药的离体培养等）植物细胞结构图如何剥离细胞壁呢？用纤维素酶和果胶酶啊！！原生质体培养原生质体培养植物细胞0.5~0.6mol/L的甘露醇(较高渗透压)纤维素酶和果胶酶球型的原生质体原生质体：植物细胞除去壁后的部分为什么要加较高渗透压的甘露醇呢?防止原生质体吸水胀破植株原生质体培养技术的应用三、植物细胞培养主要几种技术：1、组织培养2、悬浮细胞培养3、原生质体培养4、单倍体培养通过调节营养物质和生长调节剂的适当配比，诱导愈伤组织生芽生根而形成再生新的植株。通过液体悬浮培养使愈伤组织分散成单细胞（胚性细胞：细胞质丰富，液泡小而细胞核大），经适宜培养基中成分的诱导，可发育成胚状体，从而形成新株。原生质体：去除细胞壁后的植物细胞。用适当方法进行原生质体培养，也可以获得新植株。用花药离体培养方法获得单倍体植株。三、植物组织培养的概念是指在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官（根、茎、叶、花、未成熟的果实、种子等）、组织（如形成层、花药组织等）、细胞（体细胞、生殖细胞），以及原生质体，培养在人工配制的培养基上，给予适当的培养条件，使其长成完整的植株，统称为植物组织培养。原生质体培养成功后，植物细胞工程得以发展。这是在原生质体培养的基础上，由原生质体融合和基因工程技术结合的研究领域。植物细胞工程的概念和操作过程是：培养植物细胞，借助基因工程方法，将外源DNA导入受体细胞中，或通过细胞融合、显微注射将不同的遗传重组，再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养，获得具有特定性状的新植物。四、植物细胞工程——概念培养植物细胞（包括原生质体），借助基因工程方法，将外源遗传物质（DNA）导入受体细胞（包括原生质体）中或通过细胞融合、显微注射等将不同来源的遗传物质重新组合，再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养，获得具有特定性状的新植株。转基因植物细胞或重组细胞具有特定性状新植株培养要实现植物细胞工程，你认为应解决哪些关键步骤？发光树内含有萤火虫的发光基因。异想天开发光基因发光树如何培育发光树呢？提取目的基因（发光基因）目的基因与运载体结合导入受体细胞（原生质体）检测发光与否原生质体培养四、植物细胞工程——步骤步骤一：获得转基因植物细胞或获得重组植物细胞将植物细胞培养成新植株步骤二：5、植物组织培养的应用（1）试管苗的快速繁殖（2）无病毒植物的培育（3）提取原料（4）人工种子（5）转基因植物的培育人工种子解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题。人工种子一、植物繁殖的新途径1.微型繁殖(1)微型繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.(2)特点:保持优良品种的遗传特性;高效快速地实现种苗的大量繁殖.植物细胞工程的应用2.作物脱毒(1)材料:无病毒的茎尖(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得3.神奇的人工种子(1)特点:后代无形状分离不受气候,季节和地域限制(2)技术:植物组织培养.(3)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.二、作物新品种的培育1.单倍体育种(1)方法:花药的离体培养(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,进而培育新品种四、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.三、为遗传学、植物生理学和细胞生物学问题提供了良好的研究系统。实际应用1、植物繁殖的新途径1）微型繁殖2）作物脱毒3）神奇的人工种子2、作物新品种的培育1）单倍体育种2）突变体的利用3、细胞产物的工厂化生产讨论：1.植物克隆的三个层次：（1）细胞：愈伤组织细胞悬浮培养成细胞系（2）器官：愈伤组织直接发育出花器官；子房的培养、胚囊的培养（3）个体：愈伤组织细胞悬浮培养的单细胞→细胞团→球形胚→心形胚→胚状体→完整植株六.应用:1、快速繁殖（微型繁殖技术；珍稀、濒危物种）2、培育无病毒（脱毒）植株（病毒在植物体内分布不均匀，茎尖生长点一般不含病毒。茎尖分生组织培养结合病毒检测可脱除病毒）3、生产细胞次生代谢产物（药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等4、杂种细胞的培育5、转基因植物的培育6、突变体的筛选（抗赖氨酸类似物突变体）7、抗性作物（抗盐碱、抗高温、抗干旱）的诱发和筛选8、制备人工种子，解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题人工种子是指通过植物组织培养技术获得具有胚芽、胚根、胚轴等结构的植物胚状体，并且用适当方法将胚状体包裹起来，用以代替天然种子进行繁殖的一种结构。•人工种子有许多优点:首先，它解决了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。第二，人工种子可以工业化生产，提高农业的自动化程度。第三，人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外，还可以添加各种附加成分，如固氮细菌、防病虫农药、除草剂和植物激素类似物等，有利于幼苗茁壮成长，提高作物产量。第四，用人工种子播种可以节约粮食。胚状体资料2病毒引起的植物病害有500多种。受害的植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉，如水稻、小麦、棉花、马铃薯、油菜、大蒜、苹果、枣、唐菖蒲、兰花等。而且没有有效的防治办法，只能拔除病株，造成很大的经济损失。病毒多集中在种子、老叶等器官中，在幼嫩的器官和未成熟的组织中较少，在分生区几乎不含病毒。本课小结：一、植物细胞的全能性三、植物细胞培养主要几种技术二、植物组织培养程序四、植物克隆的成就：五、植物克隆的发展1、细胞培养和器官培养2、原生质体培养和植物细胞工程3、多途径上的植物克隆实践1、概念2、原因3、体现1、配置半固体培养基2、无菌操作切取一些小块组织3、获得愈伤组织4、诱导愈