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1、,專題2 細(xì)胞工程,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,1、定義：,生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個體的潛能的特性。,2、原理：,生物體的每一個細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)，都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因，從理論上講，生物體的每一個活細(xì)胞都應(yīng)該具有全能性。,3、差異：,（1） 受精卵的全能性最高,4、潛在全能性的原因：,基因表達(dá)的選擇性,（2） 受精卵分化后的

2、細(xì)胞中，體細(xì)胞的 全能性比生殖細(xì)胞的低。,一、細(xì)胞的全能性,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,由高度分化的植物器官、組織或細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織的過程，稱為植物細(xì)胞的脫分化。),愈傷組織（排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞）,再分化,根或芽等器官,植物體,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。,相關(guān)問題,1、在植物

3、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)？,【實驗 胡蘿卜的組織培養(yǎng)】,在組織培養(yǎng)實驗中，為什么要強(qiáng)調(diào)所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？,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。造成培養(yǎng)基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養(yǎng)瓶和各

4、種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規(guī)范等。所以在組織培養(yǎng)實驗中用到的植物材料和各種器械都要進(jìn)行徹底地滅菌，實驗人員操作一定要規(guī)范，避免帶入雜菌。,在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強(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，你能用實驗的方法進(jìn)行驗證嗎？,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?？梢宰寣W(xué)生參考利用胡蘿卜根進(jìn)行組織培養(yǎng)的實驗，嘗試設(shè)計出利用胡蘿卜的莖、葉、花進(jìn)行組織培養(yǎng)的實驗流程。,1.植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件有哪些？2.在植物組培過程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒

5、，滅菌，并且要求無菌操作？3、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？,細(xì)胞離體、一定的營養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件,避免雜菌在上面迅速生長消耗營養(yǎng)，且有些雜菌會危害培養(yǎng)物的生長。,想一想,胡蘿卜根形成層容易誘導(dǎo)成愈傷組織，其他部分如葉、花也能培養(yǎng)成小植株，只是稍微困難些。,4、為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過程中應(yīng)避光培養(yǎng)？5、請同學(xué)們根據(jù)上述過程概括出植物組織培養(yǎng)技術(shù)的流程圖，并與同學(xué)交流。,在有光時，往往容易形成維管組織，而不易形成愈傷組織。,切取形成層,無菌接種,誘導(dǎo)愈傷組織的形成,試管苗的形成,培養(yǎng)室,移栽,脫分化,再分化,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

6、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的）,相關(guān)問題,（1）要想讓兩個來自不同植物的體細(xì)胞融合在一起，遇到的第一個障礙是什么？（2）有沒有一種溫和的去細(xì)胞壁的方法？（3）為什么兩個原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？（4）如果兩個來源不同的原生質(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？,雜種植株,融合的原生質(zhì)體AB,再生出細(xì)胞壁,脫分化,愈傷組織,再分化,植物細(xì)胞的融合,植物組織培養(yǎng),植物細(xì)胞A,原生質(zhì)體B,原生質(zhì)體A,雜種細(xì)胞AB,去 壁,去

7、 壁,人工誘導(dǎo),方法？,促進(jìn)融合的方法？,融合完成的標(biāo)志,植物細(xì)胞B,二、植物體細(xì)胞雜交過程,纖維素酶、果膠酶等,物理法：離心、振動、電刺激等化學(xué)法：聚乙二醇等試劑,問題,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？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物眼蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動

8、物細(xì)胞中存活，請?zhí)接懀簞游锛?xì)胞與植物細(xì)胞之間可以實現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請設(shè)計出具體實驗方案。,異想天開,植物細(xì)胞工程的實際應(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),（一）微型繁殖技術(shù)（也稱快速繁殖技術(shù)）,一 植物繁殖的新途徑,1.概念:,快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù),2.優(yōu)點:,3.成就:,1）保持優(yōu)良品種的遺傳特性2）高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖,（一）微型繁殖技術(shù)（也稱快速繁殖技術(shù)）,一 植物繁殖的新途徑,討論,P38,利用了植物“微型”繁殖技術(shù)的：1）保持優(yōu)良品種的遺傳特性2）高效快速地實現(xiàn)種苗的大量繁殖 在短時間中獲得

9、大量的優(yōu)質(zhì)種苗,一 植物繁殖的新途徑,（二）作物脫毒,1.作物脫毒的原因:2.作物脫毒的材料:3.作物脫毒的方法:4.作物脫毒的結(jié)果:,長期進(jìn)行無性繁殖的作物，易積累感染的病毒，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差,分生區(qū)（如莖尖）的細(xì)胞,進(jìn)行組織培養(yǎng),獲得脫毒苗,5.成就:,（三）神奇的人工種子,一 植物繁殖的新途徑,1.天然種子的局限,1）培育周期長 2）優(yōu)良雜種的后代會發(fā)生性狀分離而喪失其優(yōu)良特性 3）生產(chǎn)會受到季節(jié)、氣候和地域的限制，并且需要占用大量的土地實現(xiàn)制種,（三）神奇的人工種子,一 植物繁殖的新途徑,2.人工種子,胚狀體,（三）神奇的人工種子,一 植物繁殖的新途徑,通過植物組織培養(yǎng)得到的胚狀

10、體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經(jīng)過人工薄膜包裝得到的種子。,（1）人工種子概念（2）人工種子組成,胚狀體（或不定芽、頂芽和腋芽）+人工種皮,（三）神奇的人工種子,一 植物繁殖的新途徑,誘導(dǎo)植物愈傷組織 體細(xì)胞胚的誘導(dǎo) 體細(xì)胞胚的成熟 體細(xì)胞胚的機(jī)械化包裹 貯藏或種植,思考,設(shè)計人工種子制備技術(shù)的主要流程圖,（三）神奇的人工種子,一 植物繁殖的新途徑,討論,P40,培植周期短 后代無性狀分離不受氣候,季節(jié)和地域限制可以很方便地貯藏和運(yùn)輸,加入適量的養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源以及農(nóng)藥、抗生素、有益菌、植物生長調(diào)節(jié)劑等,1）優(yōu)點：,2）人工種皮的有效成分,（一）單倍體育種,二 作物新品種的培育,體細(xì)胞

11、中含有本物種配子染色體數(shù)目的個體,1.單倍體定義：2.單倍體形成：3.單倍體植株的特點：,由配子不經(jīng)過受精作用而直接發(fā)育成的個體。例：蜜蜂中的雄蜂,長得弱小，而且高度不育,（一）單倍體育種,二 作物新品種的培育,4.回顧單倍體育種的一般過程并設(shè)計出一種通過植物花藥組織培養(yǎng)生成正常植株的實驗流程。,花粉細(xì)胞培養(yǎng),脫分化,愈傷組織,分化出小植物,再分化,移栽,單倍體育種的原理:,染色體（數(shù)目）變異,技術(shù)：組織培養(yǎng)獲得單倍體；秋水素處理單倍體的幼苗，使染色體加倍,單倍體育種的優(yōu)點：,后代都是純合子，明顯縮短育種年限,（二）突變體的利用,二 作物新品種的培育,植物組織培養(yǎng)過程中，由于培養(yǎng)細(xì)胞一直處于不

12、斷的分生狀態(tài)，易受到培養(yǎng)條件和外界壓力的影響而產(chǎn)生突變,1.產(chǎn)生：,篩選對人們有利突變體,進(jìn)而培育新品種,2.利用：,蛋白質(zhì),脂肪,糖類,藥物,香料,生物堿等,1.細(xì)胞產(chǎn)物種類：,三 細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),植物的組織培養(yǎng),2.技術(shù)：,3.成就：,細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),紅豆杉與紫杉醇,人參皂甘的生產(chǎn),例1：03江蘇 用高度分化的植物細(xì)胞、組織和器官進(jìn)行組織培養(yǎng)可以形成愈傷組織，下列敘述錯誤的是A.該愈傷組織是細(xì)胞經(jīng)過脫分化和分裂形成的B.該愈傷組織的細(xì)胞沒有全能性C.該愈傷組織是由排列疏松的薄壁細(xì)胞組成D.該愈傷組織可以形成具有生根發(fā)芽能力的 胚狀結(jié)構(gòu),典例精析,例2：右圖為植物體細(xì)胞雜交過程示

13、意圖。據(jù)圖回答：,1）步驟是_最常用的方法是_.2）步驟一般常用的化學(xué)試劑是_目的是_.3）在利用雜種細(xì)胞培育成為雜種植株的過程中，運(yùn)用的技術(shù)手段是_ ，其中步驟相當(dāng)于_，步驟相當(dāng)于_,去掉細(xì)胞壁分離出有活力的原生質(zhì)體,酶解法,聚乙二醇（PEG）,誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合,植物組織培養(yǎng),脫分化,再分化,例2：右圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。據(jù)圖回答：,4）植物體細(xì)胞雜交的目的是獲得 新的雜種植株。使_ 能夠在新的植物體上有所表現(xiàn)， 其根本原因: 5）從理論上講，雜種植株的育性_。若運(yùn)用傳統(tǒng)有性雜交方法 能否實現(xiàn)？_。并說明理由： 因此，這項研究對于培養(yǎng)作物新品 種方面的重大意義在于： .,兩個親本的遺

14、傳性狀,雜種植株獲得了雙親的遺傳物質(zhì),可育,不能,因為不同種生物之間存在生殖隔離,克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，大大擴(kuò)展了可用于雜交的親本組合范圍,1、植物的微型繁殖技術(shù)是指（ ） A植物體細(xì)胞雜交技術(shù) B嫁接 C營養(yǎng)繁殖 D植物組織培養(yǎng)2、科學(xué)工作者把胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞分離出來，將單個細(xì)胞放入培養(yǎng)基中培養(yǎng)，獲得了許多完整的植株，這些植株的特點是（ ） A彼此性狀相似 B變異頻率較高 C單倍體 D都是純合子,課堂演練,3用植物組織培養(yǎng)技術(shù)，可以培養(yǎng)或生產(chǎn)（ ） A食品添加劑 B無病毒植物 C. 人工種子 D前三項都是4下列四個選項中沒有采取植物組織培養(yǎng)技術(shù)的是（ ） A花藥離體培養(yǎng)得到單倍體植株

15、B.秋水仙素處理幼苗獲得多倍體植株 C人工種子的培育 D“番茄馬鈴薯”雜種植株的培育過程,5、馬鈴薯利用它的塊莖進(jìn)行無性繁殖，種植的世代多了以后往往會感染病毒而減產(chǎn)，為此農(nóng)戶都希望得到無病毒的幼苗進(jìn)行種植。獲得無病毒幼苗的最佳辦法是（ ） A選擇優(yōu)良品種進(jìn)行雜交 B進(jìn)行遠(yuǎn)緣植物體細(xì)胞雜交 C利有芽尖進(jìn)行組織培養(yǎng) D人工誘導(dǎo)基因突變6.甘薯種植多年后易積累病毒而導(dǎo)致品種退化。目前生產(chǎn)上采用莖尖分生組織離體培養(yǎng)的方法快速繁殖脫毒的種苗，以保證該品種的品質(zhì)和產(chǎn)量水平。這種通過分生組織離體培養(yǎng)獲得種苗的過程不涉及細(xì)胞的（） A.有絲分裂 B.分化 C.減數(shù)分裂 D.全能性,7.基因型為AaBb的水稻（含24條染色體）的花藥通過無菌操作接入試管后，在一定條件下形成試管苗，問：,（1）愈傷組織是花粉細(xì)胞不斷分裂后形成的不規(guī)則的細(xì)胞團(tuán)，愈傷組織形成過程中，必須從培養(yǎng)基中獲得_ 等營養(yǎng)物質(zhì)。（2）要促進(jìn)花粉細(xì)胞分裂生長，培養(yǎng)基中應(yīng)有_和_兩類激素。,水、無機(jī)鹽、維生素和小分子有機(jī)物,細(xì)胞分裂素,植物生長素,（3）愈傷組織分化是指愈傷組織形成芽和根，再由芽發(fā)育成葉和莖。這一過程必須給予光照，其原因是_能利用光能制造有機(jī)物，供試管苗生長發(fā)育。（4）試管苗的細(xì)胞核中含_條脫氧核糖核苷酸鏈。（5）培育成的試管苗可能出現(xiàn)的基因型有_。,葉綠體,24,AB、aB、Ab、ab,