(共56张PPT)
第二节 植物的克隆
你知道它们的育种方式?
矮抗水稻
三倍体无籽西瓜
抗虫棉
天使花房 手指玫瑰
任务:
“春风欲擅秋风巧,催出幽兰继落梅。”素有天下第一香之称的兰花,具有高雅的叶片和芳香艳丽的花朵,自古就是文人墨客吟诗作赋的对象。但是兰花在自然条件下播种繁殖难度很大,需要较长的时间才能获得少量幼苗,你能否设计一种方法满足人们对兰花的需求呢?
问题1
为什么胡萝卜体细胞能培养成一个完整的胡萝卜植株呢?
1958年美国科学家斯图尔德
愈伤组织
离体组织
胚状体
试管苗
植物克隆的技术基础是------------------,
理论基础是-----------------------------
植物细胞的全能性
植物组织培养
植物克隆的技术基础是植物组织培养(cell and tissue culture)
一、植物克隆的基本技术
——植物组织培养
1、植物组织培养的概念的理解
2、植物组织培养的理论基础—— 细胞的全能性 植物细胞的全能性
1、概念
:植物体的每个活细胞具有遗传上的全能性,都具有发育为完整植株的潜能,叫做植物细胞全能性。
2、原因
3、全能性的体现:
:从理论上讲,每个细胞都包含该物种的全部遗传物质(全部基因),所以每个活细胞都应具有全能性 。
植物细胞 > 动物细胞
不同种类植物或同种植物的不同基因型个体之间因遗传性的差异,细胞全能性的表达程度大不相同.
问题2:为什么体内细胞没有表现出全能性,而是分化成为不同的组织、器官?
基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在个体发育的不同时期,生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的,合成的蛋白质也不一样,从而形成了不同的组织和器官。
长期培养中细胞全能性下降的原因
染色体畸变
细胞核变异
非整倍体的产生
激素平衡被打破
对外源生长物质的敏感性发生改变
其他原因
遗传物质的改变
生长发育条件的改变
(4)长期培养问题
有些植物在多次继代培养后,会丧失细胞全能性的表达能力
原因:1.遗传物质发生不可逆转的改变
2.激素平衡被打破或外源激素作用的结果
克隆成功所需的条件(a)
1.探讨特定植物细胞全能性表达的条件
2.选择性能优良、细胞全能型表达充分的基因型
(5)植物克隆成功的条件
问题3:植物细胞可能表现出全能性条件:
④其他外界条件
(适宜温度、PH、无菌、光照(后期))
切取
接种
愈伤组织的形成
试管苗的形成
培养室
移栽
此操作过程需要注意什么事项?
2、植物组织培养的程序
1.配制含有适当营养物质和植物生长调节剂的含0.7%-1%琼脂的培养基,倒在灭菌试管中凝固成半固体
2.从消毒的根、茎、叶上切取一些小组织块
3.将组织块放在固体培养基上进行培养,获得愈伤组织(创伤组织)
4.以适当配比的营养物质和生长调节剂诱导愈伤组织,直到再生出新植株
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。
植物组织培养的培养基要包含哪些物质呢?
植物组织培养的培养基
无机营养成分:大量元素及植物所必需的微量元素
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
生长调节剂:(生长素,细胞分裂素)
PH值:5.0-6.0
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。
★植物组织培养的一般程序:
脱分化
愈伤组织:相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的新生组织
再分化
调节营养物质和生长调节剂的适当配比(P24)
诱导根、芽顶端分生组织
★植物组织培养的一般程序:
脱分化
通过悬浮培养分散成单细胞
细胞质丰富、液泡小而细胞核大(胚性细胞的特征)
再分化
调节营养物质和生长调节剂的适当配比(P24)
包裹人工种皮,形成人工种子
胚状体
总结:组织培养的基本操作程序
(1)配置半固体培养基(灭菌)
(2)无菌操作切取一些小块组织
(3)获得愈伤组织
(4)诱导愈伤组织
(5)再生新植株出现
脱分化
通过调节营养物质和生长调节剂的适当配比
生长调节物质配比的调控:
(1)诱导芽的分化:
(2)诱导根的分化:
细胞分裂素和激动素
IAA和增减其它激素
外植体
无需光
需光
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:
下列不能作为植物组织培养的材料是:
C
D
几个概念:
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,植物组织块切口处细胞在创口的刺激下通过细胞脱分化、分裂,形成一种相对没有分化、高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。
植物细胞的脱分化:由高度分化的植物器官、组织或细胞丧失原有的结构和功能,又重新恢复了分裂功能,产生愈伤组织的过程,又称去分化。
植物细胞的再分化:脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。
8、 下图是植物组织培养的简略表示。据此回答:
(1)①表示 ,它能被培养成为④的根本
原因是 。
(2)②表示 ,它与①相比分化程度 ,
全能性 。
(3)若想制作人工种子,应该选用(填编号) 。
(4)若①是花药,则④是 ,继续对其使
用 处理可获得 正常植株,该
过程称为 。
(5)若①是胡萝卜根尖细胞,则培养成的④的叶片的颜
色是 ,这说明根尖细胞 。
(6)若利用此项技术制造治疗烫伤、割伤的药物——紫草
素,培养将进行到(填编号) 。
离体的植物器官
组织或细胞植物细胞的全能性
愈伤组织
低
高
③
单倍体植株
秋水仙素
纯合
单倍体育种
绿色
含有与叶绿体形成相关的基因
②
植物全能性
的表达
脱分化
4.植物组织培养分类
愈伤组织培养
细 胞 培 养
器 官 培 养
原生质体培养
最为常见的组织培养
悬浮细胞培养
单细胞培养
按材料的类别分
器官培养
指以植物的根、茎、叶、花、果等器官为外植体的离体无菌培养。
指以单个游离细胞为外植体的离体无菌培养。
细胞培养
3、器官培养和细胞培养
原生质体培养
指以单个游离细胞为外植体的离体无菌培养。
细胞培养
单倍体培养
离体细胞-愈伤组织-根、芽、花-植株
愈伤组织 ——单细胞——细胞团——球形胚——心形胚——胚状体——完整植株
悬浮培养----摇床
器官培养
指以植物的根、茎、叶、花、果等器官为外植体的离体无菌培养。
如:雌性花器官的培养成果显著(子房的培养、胚囊的培养、花药的离体培养等)
植物细胞结构图
如何剥离细胞壁呢?
用纤维素酶和果胶酶啊!!
原生质体培养
原生质体培养
植物
细胞
0.5~0.6mol/L的甘露醇
(较高渗透压)
纤维素酶
和果胶酶
球型的
原生质体
原生质体:植物细胞除去壁后的部分
为什么要加较高渗透压的甘露醇呢?
防止原生质体吸水胀破
植株
原生质体培养技术的应用
三、植物细胞培养主要几种技术:
1、组织培养
2、悬浮细胞培养
3、原生质体培养
4、单倍体培养
通过调节营养物质和生长调节剂的适当配比,诱导愈伤组织生芽生根而形成再生新的植株。
通过液体悬浮培养使愈伤组织分散成单细胞(胚性细胞:细胞质丰富,液泡小而细胞核大),经适宜培养基中成分的诱导,可发育成胚状体,从而形成新株。
原生质体:去除细胞壁后的植物细胞。
用适当方法进行原生质体培养,也可以获得新植株。
用花药离体培养方法获得单倍体植株。
三、植物组织培养的概念
是指在无菌和人工控制条件下,将离体的植物器官(根、茎、叶、花、未成熟的果实、种子等)、组织(如形成层、花药组织等)、细胞(体细胞、生殖细胞),以及原生质体,培养在人工配制的培养基上,给予适当的培养条件,使其长成完整的植株,统称为植物组织培养。
原生质体培养成功后,植物细胞工程得以发展。这是在原生质体培养的基础上,由原生质体融合和基因工程技术结合的研究领域。
植物细胞工程的概念和操作过程是:培养植物细胞,借助基因工程方法,将外源DNA导入受体细胞中,或通过细胞融合、显微注射将不同的遗传重组,再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养,获得具有特定性状的新植物。
四、植物细胞工程——概念
培养植物细胞(包括原生质体),借助基因工程方法,将外源遗传物质(DNA)导入受体细胞(包括原生质体)中或通过细胞融合、显微注射等将不同来源的遗传物质重新组合,再通过对这些转基因细胞或重组细胞进行培养,获得具有特定性状的新植株。
转基因植物细胞或重组细胞
具有特定性状新植株
发光树内含有萤火虫的发光基因。
异 想 天 开
发光基因
发 光 树
如何培育发光树呢?
提取目的基因
(发光基因)
目的基因与运载体结合
导入受体细胞
(原生质体)
检测发光与否
原生质体培养
四、植物细胞工程——步骤
步骤一:
获得转基因植物细胞
或
获得重组植物细胞
将植物细胞培养成新植株
步骤二:
5、植物组织培养的应用
(1)试管苗的快速繁殖
(2)无病毒植物的培育
(3)提取原料
(4)人工种子
(5)转基因植物的培育
人工种子解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题。
人工种子
一、植物繁殖的新途径
1.微型繁殖
(1)微型繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物组织培养技术.
(2)特点:
保持优良品种的遗传特性;
高效快速地实现种苗的大量繁殖.
植物细胞工程的应用
2.作物脱毒
(1)材料:无病毒的茎尖
(2)脱毒苗:切取茎尖进行组织培养获得
3.神奇的人工种子
(1)特点:
后代无形状分离
不受气候,季节和地域限制
(2)技术:植物组织培养.
(3)结构:人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽.
二、作物新品种的培育
1.单倍体育种
(1)方法:花药的离体培养
(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
四、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.
三、为遗传学、植物生理学和细胞生物学问题提供了
良好的研究系统。
实际应用
1、植物繁殖的新途径
1)微型繁殖
2)作物脱毒
3)神奇的人工种子
2、作物新品种的培育
1)单倍体育种
2)突变体的利用
3、细胞产物的工厂化生产
讨论:1.植物克隆的三个层次:
(1)细胞:愈伤组织细胞悬浮培养成细胞系
(2)器官:愈伤组织直接发育出花器官;子房的培
养、胚囊的培养
(3)个体:愈伤组织细胞悬浮培养的单细胞→细胞
团→球形胚→心形胚→胚状体→完整植株
六.应用 :
1、快速繁殖(微型繁殖技术;珍稀、濒危物种)
2、培育无病毒(脱毒)植株(病毒在植物体内分布不均匀,茎尖生长点一般不含病毒。茎尖分生组织培养结合病毒检测可脱除病毒 )
3、生产细胞次生代谢产物(药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等
4、杂种细胞的培育
5、转基因植物的培育
6、突变体的筛选(抗赖氨酸类似物突变体)
7、抗性作物(抗盐碱、抗高温、抗干旱)的诱发和筛选
8、制备人工种子,解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题
人工种子是指通过植物组织培养技术获得具有胚芽、胚根、胚轴等结构的植物胚状体,并且用适当方法将胚状体包裹起来,用以代替天然种子进行繁殖的一种结构。
人工种子有许多优点: 首先,它解决了有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。 第二,人工种子可以工业化生产,提高农业的自动化程度。 第三,人工胚乳中除含有胚状体发育所需的营养物质外,还可以 添加各种附加成分,如固氮细菌、防病虫农药、除草剂和植物激素类似物等,有利于幼苗茁壮成长,提高作物产量。 第四,用人工种子播种可以节约粮食。
胚状体
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。
本课小结:
一、植物细胞的全能性
三、植物细胞培养主要几种技术
二、植物组织培养程序
四、植物克隆的成就:
五、植物克隆的发展
1、细胞培养和器官培养 2、原生质体培养和植物细胞工程
3、多途径上的植物克隆实践
1、概念2、原因3、体现
1、配置半固体培养基
2、无菌操作切取一些小块组织
3、获得愈伤组织
4、诱导愈伤组织
5、再生新植株出现
1、组织培养 2、悬浮细胞培养
3、原生质体培养 4、单倍体培养