资源简介

(共30张PPT)
原理和方法
操作水平
目的
分类
细胞生物学、分子生物学和发育生物学
细胞器、细胞或组织
获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
动物细胞工程和植物细胞工程
细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性生物工程。
第2章 细胞工程
2.1 植物细胞工程
一、植物细胞工程的基本技术
01 植物组织培养技术
02 植物体细胞杂交
“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（dài）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（xūn）风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！”这是我国历史上第一部兰谱——《金漳（zhānɡ）兰谱》（宋·赵时庚）中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。但是，兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢？
从社会中来
植物组织培养技术
①原因？
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。
②体现细胞全能性的标志？
细胞→ 完整个体或其他各种细胞
④在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现全能性的原因？
基因在特定时间、空间条件下选择性表达
③全能性大小比较：
分化程度越高，全能性越低
如何激活细胞的全能性呢？
一、植物细胞工程的理论基础
细胞的全能性
细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能，即细胞具有全能性。
植物组织培养技术
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽
诱导生根
移栽成活
二、组织培养技术
植物组织培养将_______的植物器官、组织、细胞等，培养在人工配制的 ______ 上，给予适宜的培养条件，诱导其形成 ___________ 的技术 。
离体
培养基
完整植株
生殖方式：无性生殖
分裂方式：有丝分裂
实例：菊花的植物组织培养
根、芽
植物体
脱分化
再分化
培养条件：
①无菌 ②营养物质
③适宜环境条件（温度、PH、光等） ④植物激素：
遮光
一定的光照
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
愈伤组织
离体的植物器官、组织或细胞（外植体）
愈伤组织重新分化为芽、根等器官
失去特有结构和功能转变成未分化的细胞
植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键。生长素和细胞分裂素的比例和浓度都会影响植物细胞的发育方向。
如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…
排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞
用酒精擦拭双手和超净工作台面
流水冲洗外植体(幼嫩的茎段)
酒精消毒
30s
无菌水清洗2~3次
次氯酸钠溶液处理30min
无菌水清洗2~3次
菊花的组织培养——方法步骤
①外植体消毒
②外植体切段
消毒过的外植体置于无菌培养皿，用无菌滤纸吸去表面水分，再用解剖刀将外植体切成0.5~1cm长的小段
③接种外植体
在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3~1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。
接种时注意外植体的方向，不要倒插！（“形态学上端”朝上）
思考：1.为什么整个过程要保证无菌操作？
避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。
1）培养基名称： ；
2）物理性质： ；
3）蔗糖的作用： 。
拓展1：植物组织培养常用的培养基配方
P116
作碳源提供能量、调节渗透压。
④诱导愈伤组织
培养15~20天后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上。长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗
⑤诱导生芽生根
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18~22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。
不需要光照
需要给予适宜时间和强度的光照
芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照
⑥移栽
移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。（炼苗）
用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。
每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。
Tissue culture of Chrysanthemum
01
菊花的组织培养
固体基质型，含水量高、
蓄水性强、透性好，适合栽培
珍珠岩 ,珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩 。
蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。
回顾实验
①外植体消毒
②外植体切段
③接种外植体
④诱导愈伤组织
⑤诱导生芽生根
⑥炼苗、移栽
1.接种3~4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。
2.从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？
3.培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？
培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。
2周左右
生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。
一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h，掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。
菊花的组织培养——结果与分析
进一步探究
若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？
① 空白对照：不加任何激素；
② 实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；
③ 实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；
④ 实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。
使用比例 实验结果
生长素
细胞分裂素
>
生长素
细胞分裂素
<
生长素
细胞分裂素
＝
有利于根的分化，抑制芽的形成
有利于芽的分化，抑制根的形成
促进愈伤组织的形成
能否从以上内容中概括植物组织培养中细胞表现出全能性所需要的条件？
（1）离体状态
（2）无菌操作
（3）种类齐全、比例适合的营养物质
（4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节
（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）
Expand
02
拓展
植物组织培养的两种途径
胚状体途径
器官发生途径
类似胚的结构
胚状体
4.植物组织培养是一个 过程（填繁殖方式）。
1. A、B过程分别为 。C是 。
A过程细胞分裂方式是 ，
B过程细胞分裂方式是 ,同时也进行 。
2.影响A、B过程的关键因素是 。
植物体
胚状体或
生芽生根
外植体
脱分化、再分化
C
有丝分裂
细胞分化
植物激素
无性繁殖
A B
3.A过程需要 光，B过程需光照，叶绿素的合成 光照。
有丝分裂
愈伤组织
避
需要
练一练
花药离体培养
一种组织培养技术，其过程是:
①把花粉发育到一定阶段的花药，通过无菌操作技术，接种在人工培养基上进行离体培养;
②花粉在培养基所提供的特定条件下可以发生多次分裂，形成类似胚胎的构造(胚状体)或愈伤组织;
③诱导愈伤组织分化出芽和根，最后长成植株。
注意:花药离体培养得到的植株一定是单倍体
×
三、植物体细胞杂交技术
利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
不能。因为不同种物种之间存在着生殖隔离
1. 概念：
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。
21
植物体细胞杂交技术
02
参考动物细胞融合，若是植物细胞之间的杂交，则应先做什么？得到杂种细胞后，如何培育成植株？
利用酶的专一性在等渗溶液中去除细胞壁
A细胞
B细胞
纤维素酶
果胶酶
1.去壁：
酶解法
正在融合的原生质体
再生出细胞壁
2.诱融
物理法：
化学法：
电融合法、离心法
聚乙二醇（PEG）融合法、
高Ca2+ —高PH融合法等
脱分化
再分化
移栽
植物细胞融合
植物组织培养
杂种植株
愈伤组织
A原生质体
B原生质体
移栽后的植株
细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
1. 原理：
植物体细胞杂交技术过程
2. 两个标志
（1）植物细胞融合完成的标志：
再生出新的细胞壁
（2）植物体细胞杂交完成的标志：
培育成新植物体
思考：
①参与此过程中的主要细胞器是？
②杂种细胞的染色体数是多少？
③杂种细胞染色体组数是多少？
④杂种细胞基因组成是什么？
高尔基体、线粒体
两亲本染色体数之和
两亲本染色体组数之和
3. 意义：
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育作物新品种
4.变异类型：
染色体数目变异
两亲本基因型之和
A、B、AA、BB、AB。（只考虑两两融合）需要进一步筛选
思考:
细胞融合后，共有 种细胞类型？
融合细胞有 种，符合要求的是 ？
5
3
AB
实验小组用核辐射消除某烟草细胞的细胞核，获得保留细胞质（含叶绿体）且具有链霉素抗性的烟草细胞甲，用酶去除烟草细胞甲和无链霉素抗性的烟草细胞乙的细胞壁，然后将二者的原生质体置于培养基上融合，获得杂种细胞丙。下列有关该过程的叙述错误的是（ ）
A.为了筛选出融合的杂种细胞，应在培养基上加入链霉素
B.去核的烟草细胞甲能在含链霉素的培养基上进行增殖
C.融合形成的杂种细胞同时含有烟草细胞甲和乙的遗传物质
D.杂种细胞的形成体现了细胞膜的流动性
B
概念
植物细胞融合
原生质体制备
过程
变异类型
植物组织培养
原生质体融合
原理
育种类型
原理
过程
花药离体培养
细胞全能性
操作步骤
脱分化
再分化
外植体
根、芽、胚状体
愈伤组织
外植体消毒
接种
切块
形成愈伤组织
诱导生芽生根
植物体细胞杂交
植物组织培养
植物细胞工程
优缺点
本堂小结
练习与应用
一、概念检测
1. 下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是( )
A.进行a处理时能用胰蛋白酶
B.b是诱导融合后得到的杂种细胞
C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽
D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中
A
2. 科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？
【答案】纤维素酶和果胶酶。
二、拓展应用
“番茄-马铃薯”杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么？
【提示】 1978年，梅尔彻斯(G.Melchers)等人首次获得了马铃薯与番茄的体细胞杂种植株。他们将培育的二倍体马铃薯和番茄的叶片细胞原生质体进行融合，产生了杂种植株一一“番茄-马铃薯”，它同时具有马铃薯和番茄的形态特征。其中一些植株形成了“类似块茎的生殖根”，但是并没有产生可结实的花、果实以及真正意义上的块茎。到目前为止“番茄-马铃薯”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益，但是其研究价值不可忽视。
“番茄-马铃薯”没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，主要原因是：生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以“番茄-马铃薯”杂种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相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达。杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。近年来，有报道称利用嫁接技术培育出了地上结番茄、地下长马铃薯的植株。

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