植物细胞工程 (2)

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植物细胞工程 (2)
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, 标志着一种新的生 物技术面世。
克隆牛
专题2 细胞工程
细胞工程
Fra Baidu bibliotek
指应用细胞生物学和分子生物学的原理和
方法,通过某种工程学手段,在细胞整体水平
或细胞器水平上,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
植物材料消毒 接种到诱导培养基
诱导出愈伤组织
愈伤组织转接到继代培养基上
直接诱导分化
得到大量的愈 伤组织
愈伤组织接种到分化培养基上 分化出幼苗
幼苗接种到生 根培养基上
完整植株
移栽到大田
植物组织培养
在无菌和人工控制条件下,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,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最 终形成完整的植株。
一、植物组织培养技术
1、植物组织培养技术的过程
1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些? 2.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? 3、为什么切取胡萝卜根的形成层,其他部分也能
培养成小植株吗? 4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养? 5、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技
实例
白 菜
细胞融合
白菜 甘蓝
植物体细胞杂交 过程示意图
植物A细胞
原生质体A
去壁
原生质体融合
植物B细胞
原生质体B
杂种植株
细胞分裂 愈伤组织
融合体 再生壁
杂种细胞
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)
植物细胞A
去壁
原生质体A
细胞
AB
脱 分

伤 组 织
再 分 化
种 植 株
植物细胞B

促进融合 壁
的方法?
植物体细(胞三杂)交 植物体细胞杂交
1、定义: 将不同的植物体细胞,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: 打破了不同种生物间的生殖隔离限制
(与有性杂交 (克服不同生物的远源杂交),大大 方法比较) 扩展了可用于杂交的亲本组合范围。
B.生物体内细胞由于分化全能性不能表达 C.卵细胞和受精卵一样,细胞未分化,全能
性很高 D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出
全能性
探究:影响植物细胞全能性表达的因素
阅读下列有关材料,分析影响植物细胞全能性表达的因素

1、在快速繁殖颤杨时,如果将一个枝条平均分成三段,结果发
现,靠近顶端的那一段枝条的侧芽离体培养时繁殖系数高,中间
3、若用“① 脱分化 ② 再分化 ③
④”
表示植物组织培养的过程。请回答:
(1) ①表示 离体的植物组织器官、组织或,细胞
能被培养成为④的根本原因是
植物细胞具有全能性
(2) ②表示 愈伤组织,其细胞特点
是 具有分生能力的 薄壁细胞。
4、有关全能性的表述中,不正确的是( C )
A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完 整个体,因此全能性最高
一.植物繁殖新途径
• 1微型繁殖技术
概念:是快速高 效实现种苗繁植 ,培育优良植物 品种的植物组织 培养技术.
特点:
① 繁殖速度快; ②“高保真”(因为是无性繁殖); ③ 不受自然生长季节的限制(因为在
具有一定人工设施的室内生产)。
案例一
生姜是药食两用的经济作物,具 有栽培容易、产量高、价格高等特 点,近年在各地发展很快。但是生 姜在生产上长期采用无性繁殖,容 易感染多种病毒病,使生姜品质变 差,叶子皱缩,生长缓慢,一般减 产30%~50%。
“Potamato”。
目前,已得到栽培烟草与 野生烟草、栽培大豆与野生大 豆、小麦与鹅冠草等细胞杂种 及其后代,获得了有价值的新 品系或育种上有用的新材料。
请思考:
• 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
植物体 优点?
小结
切取 形成层
移栽
无菌 脱分化 接种
培养室
诱导愈伤组织 的形成 再分化
试管苗的形成
• 薄壁组织细胞
• 具有潜在的细胞分裂能 力,在一定的外界因素 刺激下,它们可再生, 使植物的创伤愈合或形 成不定根、不定芽等。
1、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是( D )
A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果
3、为什么切取胡萝卜根的形成层,其他部分也能 培养成小植株吗?
胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织,其他部分 如叶、花也能培养成小植株,只是稍微困难些。
4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养?
在有光时,往往容易形成维管 组织,而不易形成愈伤组织。
5、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。
术的流程图,并与同学交流。
想一想
1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些?
细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条 件(适宜的温度、湿度、光照、PH值、无菌条件)
2.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。
• 蜜蜂中的雄蜂是由未受精的卵发育来的 单倍体 .
• 多数植物都可通过花药或花粉来获得单 倍体
(花药离体培养) 过程:
2.突变体的利用
突变体产生: 植物组织培养 突变体的利用:筛选对人有利的突变 体培育新品种
3.细胞产物的工厂化生产
种类: 利用的枝术:组织培养 过程:
紫草愈伤组织中提取紫草素的过程 愈伤组织 紫草素
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? • 5.如何将杂种细胞培育成杂种植株?
二、植物体细胞杂交技术
1、过程 植物细胞的融合
植物组织培养
植物细胞A 方法?
融合 完成
去壁
原生质体A
原生质体B
去壁

标志
融合的 杂种


原生质
人 工
体AB


再 生 出 细
再分化: 脱分化产生的愈伤组织继续进行培养,又 可以重新分化成根或芽等器官,这个过程 叫做再分化.
植物细胞工程的基本技术
——植物组织细胞培养技术
植物组织培养的发展简史
1958年Steward和Reinert用胡萝卜根的 愈伤组织诱导成了体细胞胚,并进而获得了 完整植株。
科学研究表明,处于离体状态的植物活 细胞,在一定的营养物质、激素和其他外界条 件的作用下,就可能表现出全能性,发育成完 整的植株。人工条件下实现的这一过程,就是 植物组织培养。
植物的花瓣是怎样长成一株完整完整的植株呢?
植物组织培养的过程
离体的植物
器官、组织 脱分化 愈伤
或细胞
组织
外植体
再分化
根、芽
植物体
植物激素:特别是细胞分裂素、生长素 脱分化: 让已经分化的细胞,经过诱导后,失去其特有
的结构和功能而转变成未分化细胞的过程.
愈伤组织: 由一团排列疏松而无规则,高度液泡化的 呈无定形状态的薄壁细胞组成.
设计无病毒生姜幼苗的培 育方案
2.作物脱毒
• 作物脱毒材料:分生区的细胞 • 作物脱毒方法:进行组织培养 • 结果:脱毒苗
3.神奇的人工种子
诱导植物愈伤组织 ↓
体细胞胚的诱导 ↓
体细胞胚的成熟 ↓
体细胞胚的机械化包裹 ↓
贮藏或种植
作物新品种的培育 1.单倍体育种
• 单倍体的概念: • 是指由配子发育成的个体 • 单倍体的例子:
5、为什么植物的花瓣在植物体内没有能发育成完整 的植株,而是分化成不同的组织器官?
A.细胞失去了全能性
B.细胞中的基因部分丢失
C.细胞中的基因进行选择性表达

.细胞中的基因变异不同
在生物体内,在特定的时间和空间条件下,
细胞基因的选择性表达,细胞不能表现出全能
性,而是分化成为不同的组织器官。
细胞的全能性
分化程度低 去分化较易 幼芽或幼根?
①适宜温度和无菌 环境。
离体的植物 器官、组织 或细胞
②无机、有机成分
外植体 (分化) 和植物激素(生长
素,细胞分裂素)
脱分化 条件?
特点? 愈伤组织 (未分化)
排列疏松、无规则 高度液泡化
再分化
薄壁细胞
根、芽 (分化) 繁殖速度快
不受季节限制
幼苗无毒
保持优良性状
技术。
应用的原理和方法
细胞生物学和 分子生物学
研究的水平 研究的目的
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
2.1植物细胞工程
为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢?
回忆、思考
1、一个花瓣培养成完整植株的理论基础是什么? 植物细胞具有全能性
2、什么叫做细胞全能性?
——培养基中植物激素的比例
3、研究烟草组织培养时发现,烟草芽的形成以18℃为最好,在
12℃以下、30℃以上,芽的形成率很低。
——温度
影响植物细胞全能性表达的因素:
外植体的遗传特征、取材位置、植物 激素(特别是生长素和细胞分裂素的 比例)、光照、温度、营养、PH
二、植物体细胞杂交技术
这幅番茄—马铃薯图利 用传统有性杂交方法能 实现吗?为什么?
次之,基部最低。
——取材位置
2、用不同种类和比例的植物激素处理离体培养的烟草茎髓,发 现当细胞分裂素/生长素的比值低时诱导根的分化;两者比值处于 中间水平时,诱导产生愈伤组织,愈伤组织只生长不分化;两者 比值较高时,则诱导芽的分化。进一步研究发现,不同植物的愈 伤组织分化时所需要的激素比值是不一样的。
紫草
植 物 体 细 胞 的 杂 交
人工诱导
植物细胞B
去壁 原生质体B
正在融合的原生质体 再生壁
杂种细胞 脱分化
愈伤组织 再分化
杂种植株
2.1.2植物细胞工程的实际应用
植物组织培养
外植体
离体的植物器官、组织或细胞
过程
脱分化
愈伤组织 再分化
植物激素: 细胞分裂素、生长素
根、芽 小植株
植物组织培养条件:
一定的营养物质、一定 的温度、空气、无菌环境、 适合的PH、适时光照等。
因为不同种生物之间存 在着生殖隔离,所以用 传统的有性杂交方法是 不可能做到这一点的。
于是,这些科学家试图用这两种植物的体 细胞进行杂交,来实现这一美妙的设想。
1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间 原生质体的融合,获得了第一个体细胞杂种 。 1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得 了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种——
具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,都具有发 育成完整生物体的潜能,即每个细胞都具有全能性。
3、植物细胞能表现出全能性的原因是什么?
生物体的任何一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗 传物质,都有发育成为完整个体所必需的全部基因,从 理论上讲,生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。
4、动物细胞有全能性吗?生物体所有细胞全能性都一 致吗? 受精卵>生殖细胞>体细胞;植物细胞>动物细胞
1、定义: 具有某种生物全部遗传信息的任何一个细
胞,都具有发育成完整个体的潜能。即每 个细胞都具有全能性
2、原因: 生物体的任何一个细胞都包含有该物种所
特有的全套遗传物质,都有发育成为完整 个体所必需的全部基因,从理论上讲,生 物体的每一个活细胞都应该具有全能性。
3、大小: 受精卵 > 生殖细胞 > 体细胞
植物组织培养的培养基
• 定义:含有一定营养成分,供组织培养植物 生长的基质
• 无机营养成分:C,H,O大量元素及部分微量 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 ④ 生长激素:生长素,细胞分裂素和赤霉素
• PH值:5.0-6.0
(二)、植物组织培养
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
2、下列属于组织培养的是( ) •★A. 花药离体培养成单倍体植株 • B. 芽发育成枝条 • C. 根尖分生区发育成成熟区 • D. 利用桑枝条扦插大田并发育成
完整植株
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