课件52张PPT。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。
根据操作对象不同,可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。2.1植物细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术2.1.2植物细胞工程的实际应用植物组织培养技术植物体细胞杂交技术植物繁殖的新途径作物新品种的培育珙桐水杉银杉鹅掌楸 伍德苏铁学名为“Encephalartos woodii”。这是世界上最稀有的植物之一,已被列入野外灭绝物种。全球发现的唯一一株野生伍德苏铁位于南非诺耶森林边缘的一个斜坡上。目前,伍德苏铁实际上已经相当于完全灭绝,因为它是一种雌雄异株植物,而植物园中所有现存的伍德苏铁都是雄性的。面对濒危的植物,是否有可靠的拯救方法?天使花房生物体的每一个细胞都含有该物种所特有的 ,都有发育成为完整个体所必需的 。2.原因:具有某种生物 的任何一个细胞,都具有发育成 的潜能。 完整生物体1.定义:细胞的全能性全套遗传物质全套遗传信息3.全能性的程度:(1) 受精卵的全能性最高 (3)分化程度低的细胞>分化程度高的细胞全部基因 4.生物体内细胞并没有表现出全能性,而是分化成为不同的组织器官的原因 基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果5、植物细胞表现出全能性的条件: 处于离体状态,在一定的营养物质、激素和其他外界条件的作用下,植物细胞就可能表现全能性,发育成完整的植株。1958年美国科学家斯图尔德利用胡萝卜韧皮部的细胞进行细胞培养植物组织培养技术胡萝卜横切面示意图皮层韧皮层形成层木质层取样部位接种试管苗的形成愈伤组织的形成移栽大田,培养成正常植株胡萝卜的组织培养取材消毒植物组织培养技术离体器官
组织细胞脱分化产生的愈伤组织继续进行培养,又重新分化成根或芽等器官。植物体愈伤组织根、芽1、过程已经高度分化的植物细胞经诱导后逐渐失去原来的结构和功能,转变成未分化细胞的过程,即形成愈伤组织。脱分化:再分化:愈伤组织:一些已分化的细胞 ,经过激素的诱导,已分化的细胞恢复了细胞分裂能力,而增殖形成的无组织结构、无器官分化的薄壁细胞团 3、概念 植物组织培养是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。2、条件 ①离体 ②培养基:无机物、有机物和植物激素(生长素,细胞分裂素等)
③适宜温度、光照、 pH和无菌环境。
(1)在组织培养实验中,为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作? 防止杂菌污染,因为杂菌生长快,会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质,导致培养物迅速死亡。讨论(2)在本实验中,切取胡萝卜块根时强调要切取含有形成层部分,原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。请思考一下,胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花),是否也能培养成小植株,你能用实验的方法进行验证吗?胡萝卜的其他部分(如茎、叶、花)也能培养再生形成小植株,只是诱导愈伤组织比较困难。(3)请根据上面的实验过程,概括出植物组织培养技术的流程简图。植物材料
(消毒)愈伤组织再分化诱导试管苗移栽到大田,培养成正常植株模型构建小结:植物组织培养的过程外植体脱分化再分化(离体的,已分化组织或细胞)(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
工厂化生产
幼苗无毒
保持优良性状①适宜温度、无光、 pH和无菌环境。
②无机物、有机物和植物激素(生长素,细胞分裂素等)无定形状态
薄壁细胞
高度液泡化
排列疏松、无规则
无叶绿体,不进行光合作用分化程度低去分化较易条件:需光植物组织培养的概念:
植物组织培养就是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。大蒜根尖培养及植株再生三、植物体细胞杂交技术: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。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?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、把原生质体放在一起能自然融合吗?
5.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?
6.如何将杂种细胞培育成杂种植株?请思考:涉及的方法(1)酶解法去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体。植物细胞原生质体
(2)人工诱导两种植物的原生质体融合成杂种细胞。离心、振动、电刺激 聚乙二醇(PEG)处理(3)用植物组织培养法培养杂种细胞为杂种植株。纤维素酶、果胶酶物理法:化学法: 植物体细胞杂交是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。1、过程:杂种植株融合的原生质体AB再生出细胞壁脱分化愈伤组织再分化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AB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植物细胞A植物细胞B愈伤组织脱分化杂种植物再分化融合植物组织培养去壁杂种细胞生壁原生质体A原生质体B酶解法融合原生质体植物体细胞杂交技术意义 与有性杂交(种内)相比,植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲合的障碍,大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围(种间、属间),并且培育出了许多在生产上有较高应用价值的杂种植株品种。烟草——海岛烟草胡萝卜——羊角芹白菜——甘蓝白菜甘蓝白菜-甘蓝“白菜-甘蓝”同普通白菜相比,具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。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。比较无性繁殖细胞全能性①脱分化
②再分化保持优良性状
繁殖速度快、大规模生产
提高经济效益杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍①去除细胞壁
②融合形成杂种细胞
③组织培养膜流动性
细胞全能性染色体变异2.1.2 植物细胞工程的实际应用 资料1 科学家应用多倍体育种的方法,
培育出的三倍体无子西瓜,具有无子、
含糖高、口感好等特点。
但因其不结种子,
每年必须用四倍体和
二倍体西瓜杂交培育
种子,不仅增加了生
产成本,也给无籽西
瓜的普及带来困难。 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。 资料3 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。(一)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.优点:3.成就:1)保持优良品种的遗传特性;
2)高效快速地实现种苗的大量繁殖。利用了植物“微型”繁殖技术的:
1)保持优良品种的遗传特性;
2)高效快速地实现种苗的大量繁殖,在短时间中获得大量的优质种苗。(一)微型繁殖技术(也称快速繁殖技术)一、植物繁殖的新途径 (二)作物脱毒 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:1.原因:2.材料:3.方法:4.结果:一、植物繁殖的新途径 (三)神奇的人工种子1.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。一、植物繁殖的新途径 2.人工种子 胚状体一、植物繁殖的新途径 (三)神奇的人工种子 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)+人工种皮一、植物繁殖的新途径 (三)神奇的人工种子(2)人工种子组成 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
↓
贮藏或种植设计人工种子制备技术的主要流程图一、植物繁殖的新途径 (三)神奇的人工种子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。加入适量的养分、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。1)优点:2)人工种皮的有效成分一、植物繁殖的新途径 (三)神奇的人工种子(一)单倍体育种二 作物新品种的培育 体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体。由配子不经过受精作用而直接发育成的个体。例:蜜蜂中的雄蜂长得弱小,而且高度不育。1.单倍体定义:2.单倍体形成:3.单倍体植株的特点:4. 设计出通过植物花药组织培养生成正常植株的实验流程。(一)单倍体育种二 作物新品种的培育 花药 花粉细胞培养 愈伤组织 根、芽单倍体植株正常植株后代都是纯合子,明显缩短育种年限5.优点:6.成就(一)单倍体育种二 作物新品种的培育 (二)突变体的利用 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 蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等1.细胞产物种类:三 细胞产物的工厂化生产植物的组织培养2.技术:3.成就:1、植物的微型繁殖技术是指( )
A.植物体细胞杂交技术 B.嫁接
C.营养繁殖 D.植物组织培养课堂演练CA3.用植物组织培养技术,可以培养或生产( )
A.食品添加剂 B.无病毒植物
C. 人工种子 D.前三项都是
4.下列四个选项中没有采取植物组织培养技术的是( )
A.花药离体培养得到单倍体植株
B.秋水仙素处理幼苗获得多倍体植株
C.人工种子的培育
D.“番茄——马铃薯”杂种植株的培育过程DB 5、马铃薯利用它的块茎进行无性繁殖,种植的世代多了以后往往会感染病毒而减产,为此农户都希望得到无病毒的幼苗进行种植。获得无病毒幼苗的最佳办法是( )
A.选择优良品种进行杂交
B.进行远缘植物体细胞杂交
C.利有芽尖进行组织培养
D.人工诱导基因突变C6.甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗,以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的( )
A.有丝分裂 B.分化
C.减数分裂 D.全能性C怎样拯救红豆杉并且生产大量紫杉醇?讨论∶作业