植物克隆
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(共29张PPT)
植物的克隆
选修３ 现代生物科技专题
理论基础
植物的克隆
通常采用的技术基础
植物组织培养
植物器官培养
植物细胞的全能性
主要技术
植物细胞培养
植物体细胞杂交
科学史：
19世纪30年代，德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺创立了细胞学说。
1902年，德国植物学家哈伯兰特在细胞学说的基础上，大胆提出要在试管中人工培育植物。他预言离体的植物细胞具有发育上的全能性，能够发育成为完整的植物体。
什么是植物细胞的全能性？
植物细胞为什么有全能性？
植物组织培养为什么用离体的植物细胞？
1、定义：
植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性，因而都具有发育成完整植株的潜能。
2、原理：
生物体的每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、体现：
（1） 受精卵的全能性最高
（2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。
（3）不同植物或同一植物的不同基因型
的个体，细胞的全能性表达程度不同
一、植物细胞的全能性
受精卵
生殖细胞
体细胞
＞
＞
大小
拟南芥
烟草
番茄
小麦
玉米
水稻
4、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
5、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(激素配比)
2.选择性能优良、细胞全能型表达充分的基因型
6、细胞表现出全能性的条件
离体、无菌状态
有一定营养物质：水、无机盐、蔗糖、维生素等；
激素：主要是细胞分裂素和生长素；
适宜的温度和光照（培养后期）
二、植物组织培养
1958年,斯图尔德(F.C.Steward 、美)胡萝卜组织培养
开花的胡萝卜植株
胚状体
胡萝卜根的切片
从根切片分离的细胞
愈伤组织
试管植株
蝴蝶兰属热带气生兰，花形似蝴蝶，因而得名。其花形态美丽，色彩丰富，花期长，在热带兰中有“兰花皇后”之美称，是近年来最受欢迎的洋兰之一。
任务：蝴蝶兰是单茎性气生兰，植株极少发育侧芽，且种子极难萌发,对其进行常规性的繁殖，增殖速度很慢。请设计快速培育方案。（以3-4月龄的植株幼叶繁殖最好）
过程
由高度分化的植物器官、组织或细胞形成为愈伤组织的过程。
蝴蝶兰植株
叶细胞
愈伤组织
胚状体
幼体
成熟植株
脱分化：
悬浮培养
分散成单细胞
胚性细胞
特征：细胞质丰富、液泡小而细胞核大。
再分化
愈伤组织或创伤组织：
想一想：产生的愈伤组织细胞与叶细胞
（1）的染色体的数目是否相同？
（2）染色体上所含的遗传物质是否相同？
（3）细胞的形态结构是否相同？
相同
相同
不同
是一种由相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的的新生细胞。
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：水、矿质元素
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
。激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素
PH值：5.0－6.0
摇床：
由恒温培养箱和振荡器组合而成，专为细胞培养提供控制和均衡的培养条件而设计，特别是悬浮液培养应用。
超大容量恒温双层摇床
恒温摇床
胚状体
胚性细胞
幼苗优点？
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
在组织培养实验中，需要灭菌？
有哪些因素会造成杂菌污染？
应用1：某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染，为查找污染原因设计了4个实验，实验条件除图示外共他均相同。下列各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是什么？
污染主要来源于组织培养所用的离体组织；
污染主要不是培养基灭菌时间短造成的；
调节培养基pH不能解决污染问题；
调节培养温度不能解决污染问题。
脱分化（愈伤组织的形成）：需要有外界刺激因素和激素诱导，需加入适当营养物质和植物生长调节剂，如无机盐、糖类、植物激素等。
再分化：需要适当比例的营养物质和生长调节剂的诱导。
应用2：利用以下资料概括脱分化和再分化需要什么外界条件？
资料1：植物组织培养培养基基本成分。无机营养成分：C、H、O等大量元素及部分微量元素。有机营养成分：含N物质包括维生素和氨基酸；碳源：2%—5%的蔗糖。琼脂起支持作用。相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素等。PH值调整如5.0－6.0。
资料2：在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。使用顺序影响实验结果：先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化；先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化；同时使用分化频率提高。激素用量的比例影响实验结果：生长素用量比细胞分裂素用量比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。
应用2：利用以下资料概括脱分化和再分化需要什么外界条件？
资料1：植物组织培养培养基基本成分。无机营养成分：C、H、O等大量元素及部分微量元素。有机营养成分：含N物质包括维生素和氨基酸；碳源：2%—5%的蔗糖。琼脂起支持作用。相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素等。PH值调整如5.0－6.0。
资料2：在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。使用顺序影响实验结果：先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化；先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化；同时使用分化频率提高。激素用量的比例影响实验结果：生长素用量比细胞分裂素用量比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。
愈伤组织的形成需要有外界刺激因素和激素诱导，需要加入适当营养物质和植物生长调节剂，如无机盐、糖类、植物激素等。并用适当比例的营养物质和生长调节剂诱导愈伤组织分化。
应用3：
培养过程中，在培养基上需加入蔗糖，培养时需要照光，
那么，培养的植物到底是自养型还是异养型？光的作用
是什么？对于上述疑问，某研究性学习小组进行了下列
实验：一组在培养基中加30%的蔗糖，另一组不加蔗糖，
接种后，每组再分成两个小组，分别在光下和暗中培养。
1个月后，观察植物体生长、分化情况，结果为下表：
培养条件 加蔗糖 不加蔗糖
光 正常生长，分化 不生长，死亡
暗 只生长，不分化 不生长，死亡
你能得出什么结论？
蔗糖为生长、分化的必需成分(提供能量)，
光促进细胞分化。
试管苗大规模培养
移栽
移栽
植物组织培养的应用
植物快速繁殖（珍稀、濒危物种）
转基因植物的培育
无性繁殖植物脱毒幼苗的培养
次生代谢物的生产（药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等）
制成人工种子，解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题
胚芽
胚根
胚乳或子叶
蝴蝶兰
蝴蝶兰
脱毒生姜
紫草素的生产
紫草
紫草素
愈伤组织
1、细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，下列不正确的是 ( )
A．分化发生在生物体的整个生命进程中
B．分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果
C．未离体的体细胞不会表现出全能性
D．分化过程中遗传物质发生了改变
D
课堂练习：
2、将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（ ）
A、具有完整细胞核的细胞
B、一定的营养物质和植物激素
C、离体状态
D、导入指定基因
D
3、植物组织培养过程中的脱分化是指（ ） A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞 B.未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程
C.植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤
组织的过程 D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程
C
4、植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是（ ）
①细胞的全能性 ②离体植物器官，组织或细胞 ③根，芽④生长素和细胞分裂素 ⑤生长素和乙烯 ⑥愈伤组织⑦再分化 ⑧脱分化 ⑨植物体
A．①、②⑧⑥⑦③⑨、④ B．①、②⑦⑥⑧③⑨、⑤
C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤ D．①、②⑨⑧⑥⑦③、④
A
5．植物细胞表现出全能性的必要条件是（ ） A.给予适宜的营养和外界条件 B.导入其他植物细胞的基因 C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件 D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
6．细胞具有全能性的原因是 （ ）
A.生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能
B.生物体的每一个细胞都具有全能性
C.生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基因
D.生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的
7. 下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是( )
A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同
C
C
D
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） 。
离体的植物细胞、组织、器官
①具有植物细胞全能性
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
植物的克隆
选修３ 现代生物科技专题
理论基础
植物的克隆
通常采用的技术基础
植物组织培养
植物器官培养
植物细胞的全能性
主要技术
植物细胞培养
植物体细胞杂交
科学史：
19世纪30年代，德国植物学家施莱登和德国动物学家施旺创立了细胞学说。
1902年，德国植物学家哈伯兰特在细胞学说的基础上，大胆提出要在试管中人工培育植物。他预言离体的植物细胞具有发育上的全能性，能够发育成为完整的植物体。
什么是植物细胞的全能性？
植物细胞为什么有全能性？
植物组织培养为什么用离体的植物细胞？
1、定义：
植物体的每个生活细胞都具有遗传上的全能性，因而都具有发育成完整植株的潜能。
2、原理：
生物体的每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、体现：
（1） 受精卵的全能性最高
（2） 受精卵分化后的细胞中，体细胞的全能性比生殖细胞的低。
（3）不同植物或同一植物的不同基因型
的个体，细胞的全能性表达程度不同
一、植物细胞的全能性
受精卵
生殖细胞
体细胞
＞
＞
大小
拟南芥
烟草
番茄
小麦
玉米
水稻
4、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
5、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(激素配比)
2.选择性能优良、细胞全能型表达充分的基因型
6、细胞表现出全能性的条件
离体、无菌状态
有一定营养物质：水、无机盐、蔗糖、维生素等；
激素：主要是细胞分裂素和生长素；
适宜的温度和光照（培养后期）
二、植物组织培养
1958年,斯图尔德(F.C.Steward 、美)胡萝卜组织培养
开花的胡萝卜植株
胚状体
胡萝卜根的切片
从根切片分离的细胞
愈伤组织
试管植株
蝴蝶兰属热带气生兰，花形似蝴蝶，因而得名。其花形态美丽，色彩丰富，花期长，在热带兰中有“兰花皇后”之美称，是近年来最受欢迎的洋兰之一。
任务：蝴蝶兰是单茎性气生兰，植株极少发育侧芽，且种子极难萌发,对其进行常规性的繁殖，增殖速度很慢。请设计快速培育方案。（以3-4月龄的植株幼叶繁殖最好）
过程
由高度分化的植物器官、组织或细胞形成为愈伤组织的过程。
蝴蝶兰植株
叶细胞
愈伤组织
胚状体
幼体
成熟植株
脱分化：
悬浮培养
分散成单细胞
胚性细胞
特征：细胞质丰富、液泡小而细胞核大。
再分化
愈伤组织或创伤组织：
想一想：产生的愈伤组织细胞与叶细胞
（1）的染色体的数目是否相同？
（2）染色体上所含的遗传物质是否相同？
（3）细胞的形态结构是否相同？
相同
相同
不同
是一种由相对没有分化的活的薄壁细胞团组成的的新生细胞。
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：水、矿质元素
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
。激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素
PH值：5.0－6.0
摇床：
由恒温培养箱和振荡器组合而成，专为细胞培养提供控制和均衡的培养条件而设计，特别是悬浮液培养应用。
超大容量恒温双层摇床
恒温摇床
胚状体
胚性细胞
幼苗优点？
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
在组织培养实验中，需要灭菌？
有哪些因素会造成杂菌污染？
应用1：某组织培养实验室的愈伤组织被真菌严重污染，为查找污染原因设计了4个实验，实验条件除图示外共他均相同。下列各图表示实验结果，据图可得出的初步结论是什么？
污染主要来源于组织培养所用的离体组织；
污染主要不是培养基灭菌时间短造成的；
调节培养基pH不能解决污染问题；
调节培养温度不能解决污染问题。
脱分化（愈伤组织的形成）：需要有外界刺激因素和激素诱导，需加入适当营养物质和植物生长调节剂，如无机盐、糖类、植物激素等。
再分化：需要适当比例的营养物质和生长调节剂的诱导。
应用2：利用以下资料概括脱分化和再分化需要什么外界条件？
资料1：植物组织培养培养基基本成分。无机营养成分：C、H、O等大量元素及部分微量元素。有机营养成分：含N物质包括维生素和氨基酸；碳源：2%—5%的蔗糖。琼脂起支持作用。相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素等。PH值调整如5.0－6.0。
资料2：在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。使用顺序影响实验结果：先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化；先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化；同时使用分化频率提高。激素用量的比例影响实验结果：生长素用量比细胞分裂素用量比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。
应用2：利用以下资料概括脱分化和再分化需要什么外界条件？
资料1：植物组织培养培养基基本成分。无机营养成分：C、H、O等大量元素及部分微量元素。有机营养成分：含N物质包括维生素和氨基酸；碳源：2%—5%的蔗糖。琼脂起支持作用。相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素等。PH值调整如5.0－6.0。
资料2：在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。使用顺序影响实验结果：先使用生长素，后使用细胞分裂素有利于细胞分裂，但细胞不分化；先使用细胞分裂素，后使用生长素细胞既分裂也分化；同时使用分化频率提高。激素用量的比例影响实验结果：生长素用量比细胞分裂素用量比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。
愈伤组织的形成需要有外界刺激因素和激素诱导，需要加入适当营养物质和植物生长调节剂，如无机盐、糖类、植物激素等。并用适当比例的营养物质和生长调节剂诱导愈伤组织分化。
应用3：
培养过程中，在培养基上需加入蔗糖，培养时需要照光，
那么，培养的植物到底是自养型还是异养型？光的作用
是什么？对于上述疑问，某研究性学习小组进行了下列
实验：一组在培养基中加30%的蔗糖，另一组不加蔗糖，
接种后，每组再分成两个小组，分别在光下和暗中培养。
1个月后，观察植物体生长、分化情况，结果为下表：
培养条件 加蔗糖 不加蔗糖
光 正常生长，分化 不生长，死亡
暗 只生长，不分化 不生长，死亡
你能得出什么结论？
蔗糖为生长、分化的必需成分(提供能量)，
光促进细胞分化。
试管苗大规模培养
移栽
移栽
植物组织培养的应用
植物快速繁殖（珍稀、濒危物种）
转基因植物的培育
无性繁殖植物脱毒幼苗的培养
次生代谢物的生产（药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂等）
制成人工种子，解决有些植物结子困难、发芽率低、繁殖困难等问题
胚芽
胚根
胚乳或子叶
蝴蝶兰
蝴蝶兰
脱毒生姜
紫草素的生产
紫草
紫草素
愈伤组织
1、细胞分化是生物界普遍存在的一种生命现象，下列不正确的是 ( )
A．分化发生在生物体的整个生命进程中
B．分化是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果
C．未离体的体细胞不会表现出全能性
D．分化过程中遗传物质发生了改变
D
课堂练习：
2、将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（ ）
A、具有完整细胞核的细胞
B、一定的营养物质和植物激素
C、离体状态
D、导入指定基因
D
3、植物组织培养过程中的脱分化是指（ ） A.植物体的分生组织通过细胞分裂产生新细胞 B.未成熟的种子经过处理培育出幼苗的过程
C.植物的器官、组织或细胞，通过离体培养产生愈伤
组织的过程 D.取植物的枝芽培育成一株新植物的过程
C
4、植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是（ ）
①细胞的全能性 ②离体植物器官，组织或细胞 ③根，芽④生长素和细胞分裂素 ⑤生长素和乙烯 ⑥愈伤组织⑦再分化 ⑧脱分化 ⑨植物体
A．①、②⑧⑥⑦③⑨、④ B．①、②⑦⑥⑧③⑨、⑤
C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤ D．①、②⑨⑧⑥⑦③、④
A
5．植物细胞表现出全能性的必要条件是（ ） A.给予适宜的营养和外界条件 B.导入其他植物细胞的基因 C.脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件 D.将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内
6．细胞具有全能性的原因是 （ ）
A.生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能
B.生物体的每一个细胞都具有全能性
C.生物体的每一个细胞都含有个体发育的全部基因
D.生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的
7. 下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是( )
A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同
C
C
D
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） 。
离体的植物细胞、组织、器官
①具有植物细胞全能性
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