2018-2019学年北师大版生物选修三(课件+练习)：第3章 细胞工程 (1)

愈伤组织→分散成悬浮细胞→继代培 养→细胞次生代谢产物
培养目的 植物幼苗
细胞的次生代谢产物
二者关系 植物组织培养是植物细胞培养的基础;它们都属于植物细胞工程 的范畴
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(2)培养过程 筛选细胞→获得次生代谢产物含量高、生长迅速的单细胞无性繁殖系 →扩大培养→发酵生产→分离纯化次生代谢产物。 (3)优点 ①可快速、高效地生产具有生理活性的次生代谢产物。 ②生产不受季节、外部环境等条件的限制。
2.植物细胞工程就是利用细胞生物学或分子生物学的原理和方法,以 植物细胞为基本单位进行培养增殖或按照人们的意愿来改造细胞的某些 生物学特性,从而获得细胞产品的一门综合技术。
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4.植物细胞培养主要是将选定的植物细胞在适当的条件下进行培养, 以得到大量基本同步生长的细胞,为遗传操作提供材料。其采用的主要方法 是细胞悬浮培养。
5.植物体细胞杂交和显微注射技术的基础是用纤维素酶和果胶酶去除 植物细胞壁获得有活力的原生质体,并进行培养。
6.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,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,最终诱 导产生愈伤组织、丛芽或完整的植株。
细胞分裂素
生长素 =X
> 1,促进生芽
< 1,促进生根
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3.实验:小麦种胚的组织培养 (1)实验原理:植物体的活细胞一般都具有全能性。在特定的营养和激 素条件下,小麦的种胚可以脱分化形成愈伤组织,在含有不同激素成分的培 养基上可以再分化生成幼苗,进而发育成完整的小麦植株。 (2)方法步骤。 成熟小麦种子消毒→成熟胚的愈伤组织诱导→愈伤组织的再分化→ 再生植株。
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植物细胞工程涉及许多操作技术,主要包括:植物组织培养技术、植物 体细胞杂交技术和植物细胞核移植技术等。
一、植物组织培养技术
1.任何一个细胞只要含有这种生物的全部遗传信息,那么,它就具有发 育成完整生物体的潜能,也就是说每个生物细胞都具有全能性的特点。
(6)拯救濒危植物。
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题型一
题型二
题型三
题型四
题型五
题型一 细胞全能性
【典例 1】 下列有关细胞全能性的叙述,不正确的是( ) A.受精卵在自然条件下能形成完整个体,因此全能性最高 B.生物体内由于细胞分化,全能性很难表达 C.卵细胞与受精卵一样,细胞未分化,全能性很高 D.植物细胞在一定条件下离体培养能表现出全能性 解析:受精卵是个体发育的起点,全能性最高,生物体内每一个细胞都是通过 有丝分裂形成的,都含有发育成完整个体所需的全部基因,理论上都具有全 能性,卵细胞是高度分化的细胞,分化的植物细胞尽管有全能性,但要表达全 能性必须在一定条件下离体培养。 答案:C
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(3)作物脱毒 ①材料:无病毒的植物分生组织。 ②脱毒苗:切取一定大小的茎尖进行组织培养获得的。 (4)愈伤组织的诱变育种 ①产生:植物组织培养过程中,由于培养细胞处于不断分裂的状态,因此 容易受到培养条件和外界压力(如:射线、化学物质等)的影响而产生突变。 ②利用:筛选对人们有用的突变体,进而培育新品种。 (5)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:植物组织培养技术。 ③地位:是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一 道工序。
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①培养成功的关键是避免微生物的污染,所有实验用具要严格 灭菌,接种过程进行严格的无菌操作。 ②培养基中必须含有植物生长发育所需要的全部营养物质,其中生长素和 细胞分裂素用量的比例对器官的发生起决定作用。 ③愈伤组织最初避光培养,后期见光培养。 ④炼苗。在芽和根长至 3~4 cm 时,打开培养瓶瓶盖,加少量水,让小麦幼苗适 应外界环境。 ⑤把小麦幼苗移栽到土壤中,注意栽培管理。
2.植物组织培养技术是植物细胞工程的基础技术,根据培养物的种类 又可分为植物细胞培养、植物离体胚培养、原生质体培养和花粉及花药培 养技术等。
3.植物的细胞培养是植物体细胞杂交、植物细胞核移植、显微注射和 细胞代谢产物大规模生产等技术的基础。
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在植物体内,细胞没有表现出全能性,而是分化成为不同的组 织和器官,这是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。但它们 的遗传潜力并没有丧失,全部的遗传信息仍然被保存在 DNA 的序列中,一 旦脱离原来的组织和器官的束缚成为游离状态,并在一定的营养条件和植 物激素的诱导下,细胞就能表现出全能性,发育成完整的植株。
第3章 细胞工程
-1-
第1节 植物细胞工程
-2-
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1.理解并阐述细胞的全能性。 2.举例说出植物组织培养的过程、原理及应用。 3.简述植物细胞培养的过程及应用。 4.举例说出植物体细胞杂交过程及应用。
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殖。
①植物体细胞杂交过程中无有性生殖细胞的结合,属于无性生
②从杂种植株的染色体组成上看,染色体数目增加,植物体细胞杂交属于染 色体数目的变异。
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6.植物细胞工程的应用 (1)微型繁殖 ①概念:植物的快速繁殖技术就是利用组织培养的方法将植物体某一 部分的组织小块进行培养并诱导分化成大量的小植株,从而达到快速无性 繁殖的目的。 ②特点:保持优良品种的遗传特性;高效快速地实现种苗大量繁殖。
三、植物细胞工程的应用
1.植物的微型快速繁殖:利用植物的组织或器官,经过组织培养过程,在 短时间内获得大量的植物幼苗的技术。
2.人工种子:是一种以植物组织培养得到的胚状体为主要材料,再在其 外面包裹一层有机薄膜制作而成的颗粒体。
3.作物脱毒:利用植物的幼嫩组织或器官,如茎尖进行组织培养,可获得 脱毒种苗。
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(2)制造人工种子 ①特点:后代不会发生性状分离;不受季节、气候和地域限制。 ②结构:人工薄膜包裹的胚状体或不定芽或顶芽、腋芽的颗粒体。其结 构如下图所示,主要由三部分组成,一是胚状体(分生组织),它相当于天然种 子的胚,是有生命的物质结构;二是供胚状体维持生命力和保证其在适宜的 环境条件下生长发育的人工胚乳;三是具有保护作用的“人工种皮”(人工薄 膜)。
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2.进行植物组织培养的条件和过程 (1)条件:①植物细胞要处于离体状态。②给予一定的营养物质,如有机 物(蔗糖、维生素、植物激素等)和矿质元素等。③无菌条件,即保证培养材 料、培养基、培养用具完全无菌。一旦发生微生物感染,它们就会快速繁殖, 争夺营养,并且还会产生毒素,使培养物很快中毒死亡。④适宜的环境条件, 如适宜的温度和 pH 等。
4.愈伤组织的诱变育种:植物的愈伤组织在培养过程中一直处于分裂 增生的状态,其遗传物质极易受到外界因素的影响而发生变异,所以利用植 物组织先诱导出愈伤组织,对愈伤组织进行诱变处理,可以从再分化得到的 植株中筛选、培育出新的品系或品种。
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(2)目的 植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株。杂种植株的特征是具备两 种植物的遗传特征,原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。 (3)优点 克服了远缘杂交不亲和的障碍。
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5.细胞产物的工厂化生产:利用组织培养方法,培养植物的某些器官或 愈伤组织,筛选出高产、高合成能力和生长较快的细胞株系,继而进行大规 模工业化生产。
6.拯救濒危植物。
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1.植物细胞的全能性 (1)概念:高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。 (2)原因:具有该生物的全部遗传信息。 (3)表达的条件:离体,必备的营养物质等。在体内由于基因的选择性表 达,而使细胞发生分化。 (4)全能性表达由高到低依次为:受精卵>干细胞>生殖细胞>体细胞;植 物细胞>动物细胞。
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4.植物细胞培养
(1)与植物组织培养的比较
植物组织培养
植物细胞培养
利用原理 细胞全能性
细胞增殖
培养基 固体培养基
液体培养基
离体的植物器官、组织、
培养对象
由愈伤组织分散得到的悬浮细胞
细胞或原生质体
培养过程 外植体→脱分化→再分 化→芽、根→植物幼苗
获得。
细胞次生代谢产物的生产需要植物细胞培养和发酵工程结合
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5.植物体细胞杂交 (1)过程 第一步,去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体。常用方法是“酶解法”, 即用纤维素酶和果胶酶等分解细胞壁。 第二步,将两个有活力的原生质体放在一起,通过人工诱导实现原生质 体的融合。常用的诱导方法有:物理法和化学法。物理法是利用离心、振动、 电刺激等促进原生质体融合。化学法是用聚乙二醇(PEG)等为诱导剂诱导 融合。 第三步,将诱导融合得到的杂种细胞,用植物细胞培养的方法进行培育, 就可以得到杂种植株。
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二、植物体细胞杂交技术
1.植物体细胞杂交就是将不同种的植物体细胞原生质体在一定条件下 融合成杂种细胞,并把杂种细胞培育成完整植物体的技术。人工诱导的方法 可以分为物理法和化学法两大类:物理法包括离心、振动、电刺激等;化学 法一般采用聚乙二醇来诱导细胞融合。
(2)过程:离体植物的组织器官
愈伤组织
幼根和芽或
胚状体 完整植株。
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(3)植物组织培养过程的比较
名称 过程
结果
生长调节剂 光
脱分 由外植体脱分化为 形成排列疏松、高度液泡 生长素与细 避
化 愈伤组织
化的薄壁细胞团
胞分裂素
光
再分 由愈伤组织分化为 有根、芽或有生根发芽的 生长素与细 需
化 幼苗或胚状体
能力
胞分裂素
光
移栽 发育成完整的植物 由根、茎、叶、花、果 自身产生各 需
培育 体
实、种子组成
种激素
光
植物激素的种类和比例,特别是生长素和细胞分裂素的协同调
控作用在植物组织培养中非常重要,被称为“激素杠杆”。
= 1,形成愈伤组织
③培育过程:植物组织培养诱导体细胞胚状体的发生→胚状体发育同 步化的控制→人工种皮的包埋等。
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④人工种子的优越性:可以保持杂种优势;可使在自然条件下不结实或 种子昂贵的植物得以繁殖;快捷高效的繁殖方式;节约了大量留种土地;可 人为控制植物的生长发育与抗逆性:人工胚乳除了含有供胚状体发育成植 株所必需的营养物质外,还可以在其中加入除草剂、弱病毒、杀菌剂、农药、 抑制休眠的物质及对植物生长有益的细菌等,使其具备抗逆性和耐贮性等 优良特性,也可添加激素类物质以调节植物的生长发育。与试管苗技术比较, 人工种子技术具有成本低、贮藏运输方便、减少了移栽驯化过程和生产周 期短等优点。