植物细胞工程(完全)

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？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？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。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：在一个生物体内，细胞没有表现出全能性，原因是（）Ａ．细胞失去了全能性Ｂ．细胞中的基因部分丢失Ｃ．细胞中的基因选择性表达Ｄ．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D2、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C丛芽（胚状体）外植体植物体脱分化再分化过程（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①适宜温度、无光照、pH和无菌环境。②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①培植周期短②后代无性状分离③不受气候,季节和地域限制④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①明显缩短育种年限②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植物A细胞植物B细胞去壁原生质体A原生质体B原生质体融合融合体再生壁杂种细胞细胞分裂愈伤组织杂种植株去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）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=142N=141.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A2.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D3.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B4.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D5.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AD6.下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：⑴步骤①是去掉，使植物细胞成为，最常用的方法是。⑵步骤②一般常用的化学试剂是，目的是。⑶在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的