资源简介

(共40张PPT)
第二章 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、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的生物工程。
1.原理方法： ；
2.操作水平： ；
3.目的： ；
4.分类： 。
细胞生物学、分子生物学和发育生物学
细胞器、细胞或组织水平
获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品
植物细胞工程、动物细胞工程
第二章 细胞工程
第1节 植物细胞工程
木棉花
桃花
康乃馨
菊花
一、细胞全能性
1.概念：
细胞经分裂和分化后，仍然具有 或
的潜能，即细胞具有全能性。
产生完整生物体
分化成其他各种细胞
2.体现全能性的标志：
种子发育成植株，体现了植物种子的全能性。（ ）
胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株。（ ）
受精卵发育成个体。（ ）
蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰。（ ）
用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株。（ ）
胚胎干细胞分化成其他种类的细胞。（ ）
×
√
√
√
√
√
细胞
完整个体
其他各种细胞
或
3.植物细胞具有全能性的原因：
一般来说，生物体的每一个细胞都含有该物种所持有的全套遗传信息。
一个染色体组就携带者控制一种生物生长发育、遗传和变异的全套遗传信息，而配子至少含有一个染色体组，所以从理论上讲，配子也具有全能性。
6.细胞全能性大小的比较：
一般来说，细胞分化程度越高，全能性 ；细胞分化程度越低，全能性 。随着细胞分化程度的不断提高，细胞的分裂能力和全能性 。
越低
越高
逐渐降低
(1)不同种生物细胞的全能性大小：
(2)同种生物不同细胞的全能性大小：
植物细胞 动物细胞
受精卵 生殖细胞 体细胞
＞
（动物细胞只有细胞核有全能性）
＞
＞
4.现实表现：
在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性。
5.现实表现的原因：
在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性的表达。
(3)同种生物不同体细胞的全能性大小：
分化程度低的 分化程度高的；
细胞分裂能力强的 细胞分裂能力弱的；
幼嫩的细胞 衰老的细胞；
＞
＞
＞
6.植物细胞表现出全能性的条件：
①离体；
②提供营养物质(有机物、无机物)；
③提供植物激素(生长素、细胞分裂素等)；
④提供其他适宜条件(温度、pH、无菌等)。
二、植物组织培养技术
1.概念：
植物组织培养技术是指将 植物器官、组织或细胞等，培养在
上，给予 ，诱导其形成 的技术。
离体的
人工配制的培养基
适当的培养条件
完整植株
2.理论基础：
植物细胞的全能性
3.过程：
移栽成活
外植体
愈伤组织
芽、根等
试管苗
完整植株
外植体
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
排列疏松、无规则
具有分生能力的薄壁细胞
脱分化
回顾：
细胞分化：
在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
(1)脱分化
①概念：
的细胞 ，转变成
的过程。
已经分化
失去其特有的结构和功能
未分化的细胞
②结果：
形成 。
愈伤组织
③光照条件：
不需要光照
④过程中涉及的生命活动：
只有细胞增殖（有丝分裂），
没有细胞分化
外植体
愈伤组织
芽、根等
试管苗
完整植株
脱分化
有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织
再分化
(2)再分化
①概念：
②实质：
③结果：
需要光照
④光照条件：
既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化
能重新 成____________ 的过程。
愈伤组织
分化
芽、根等器官
基因的选择性表达
再分化成 ，长出 和 。
胚状体
芽
根
诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用
⑤过程中涉及的生命活动：
外植体
愈伤组织
芽、根等
试管苗
完整植株
脱分化
再分化
移栽
植物激素中 和 是启动 、 和
的关键激素，它们的_____、_____等都会影响植物细胞的
发育方向；
生长素
细胞分裂素
细胞分裂
脱分化
再分化
浓度
比例
生长素/细胞分裂素 结果
高
低
适中
促进愈伤组织的形成
有利于根的分化
有利于芽的分化
注意：由愈伤组织进行细胞分化时，一般要先诱导其生芽，然后诱导其生根，可通过控制培养基中生长素和细胞分裂素的比例来实现。
简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤
探究·实践
菊花的组织培养
材料用具
幼嫩的菊花茎段
容易诱导形成愈伤组织
②培养基：
①外植体：
包括无机营养成分（水和无机盐）、有机营养成分（蔗糖、氨基酸、维生素等）、特定浓度和比例的
植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）。
③体积分数为70%的酒精：
对手、超净工作台、外植体进行消毒。
④质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液：
对外植体进行消毒。
⑤无菌水：
清洗外植体
1.材料：
2.用具：
P35
方法步骤
1.消毒：
①用 擦拭双手和超净工作台台面
酒精
②外植体
流水冲洗
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
2.外植体切段：
将消过毒的外植体置于 的培养皿中
无菌
用无菌滤纸吸去表面的水分
用解剖刀将外植体切成 长的小段
0.5～1cm
3.接种：
在 ，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。
酒精灯火焰旁
注意：应将外植体的 插入培养基中，不要倒插。
形态学下端
方法步骤
4.脱分化：
将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于 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。
18～22℃
5.再分化：
培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到 的培养基上
诱导生芽
长出芽后→将其转接到 的培养基上，进一步诱导形成试管苗。
诱导生根
6.移栽培养：
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。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。
【思考】在植物组织培养过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，
并且要求无菌操作？
一方面，避免杂菌迅速生长消耗培养基中营养；
另一方面，某些杂菌会危害培养物的生长。
20世纪60年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种地上结番茄、地下长马铃薯的“超级作物”。
利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？
不能。因为不同种生物之间存在着天然的生殖隔离。
×
三、植物体细胞杂交技术
1.概念：
植物体细胞杂交是指将 的 ，在一定条件下融合成 ，并把杂种细胞培育成 的技术。
不同来源
植物体细胞
杂种细胞
新植物体
【思考1】想要让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，
遇到的第一个障碍是什么？
细胞壁
【思考2】有没有一种温和的去细胞壁的方法？
（纤维素和果胶）
用 和 水解细胞壁
纤维素酶
果胶酶
酶解法
脱去细胞壁的细胞
原生质体
【思考3】人工诱导原生质体间的融合方法有哪些？
物理法：
化学法：
电融合法、离心法等；
聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+ —高PH融合法等
【思考4】原生质体融合的原理是什么？
细胞膜的流动性
【思考5】细胞融合后，共有几种细胞类型？符合要求的是哪种？
A
B
②两两融合细胞:
、AB
AA
、BB
符合要求
融合后的杂种细胞需要经过筛选才能获得所需的杂种细胞。
①未融合的细胞：
A
、B
2.过程：
三、植物体细胞杂交技术
原生质体融合
植物组织培养
原生质体融合成功的标志：
再生出新的细胞壁
（需要的 、 参与）
高尔基体
线粒体
植物体细胞杂交完成的标志：
培育出杂种植株
植物组织培养技术是植物体细胞杂交技术的基础
【思考6】杂种细胞的染色体数是多少？
四倍体
二倍体
二倍体
两亲本染色体数之和
【思考7】杂种细胞染色体组数是多少？
（2n+2m）
两亲本染色体组数之和
（2+2=4）
【思考8】此杂种植株是几倍体？
四倍体
从变异类型看，应属于 。
无性生殖
染色体数目变异
从生殖类型上看，植物体细胞杂交技术属于 ，
3.实例：
三、植物体细胞杂交技术
白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。
4.意义：
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种等
5.局限性：
目前仍有许多理论和技术问题未解决,还不能让杂种植物按照人们的需求表现出双亲的优良性状。
【思考】“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？
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。
所以两个物种的遗传物质的表达会相互干扰。
也就是说，杂种细胞虽然具有两种细胞的遗传物质，但这些遗传物质并不一定都表达。
面临的实际问题
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？
我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征。但是兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率低；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。
铁皮石斛具有重要的药用价值和经济价值，社会需求量大。
为了提高铁皮石斛的繁育效率，你应该如何作出决策？
面临的实际问题
铁皮石斛富含某种糖类和生物碱，可以用来提取药物。
铁皮石斛有滋阴润肺、养胃生津、健脑名目、补五肺之虚劳的神奇功效，铁皮石斛对增加免疫力、抗衰老、防治癌症、治疗糖尿病和萎缩性肺炎有着确切疗效，对烟酒过度、劳累过度、用眼用脑过度、声带嘶哑等恢复有特殊疗效。
四、植物繁殖的新途径
1.快速繁殖
(1)概念：
用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。
被人们形象地称为植物的快速繁殖技术。
【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？
植物组织培养到愈伤组织阶段，细胞进行旺盛、快速的有丝分裂，从而获得大量的组织细胞。不断地对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。另外，植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。
(2)优点：
①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性
②繁殖率高，可大批量生产
③培养周期短
④不受自然生长季节的限制
（微型繁殖技术）
(3)应用：
1.快速繁殖
可以用来快速繁殖一些优良的 、 、 和
等。
观赏植物
经济林木
无性繁殖作物
濒危植物
(4)实例：
甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。
四、植物繁殖的新途径
2.作物脱毒
生姜是药食两用的经济作物，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%。
病毒引起的植物病害有500多种。受害植物包括粮食作物、蔬菜、果树和花卉等。而且没有有效的防治办法，只能拔除，造成经济损失。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。
2.作物脱毒
(1)选材部位：
植物 。
顶端分生区附近
(2)方法：
切取一定大小的 进行组织培养，再生的植株就有可能不带病毒，从而获得 。
茎尖
脱毒苗
(茎尖组织培养技术)
2.作物脱毒
脱毒苗
抗毒苗
≠
脱毒苗是选择植物的茎尖进行组织培养而获得的，只是体内不含病毒，不能抵抗病毒侵染，属于 工程的范畴。
细胞
抗毒苗是把某抗病基因导入植物细胞，属于 工程的范畴。
基因
脱毒产品
菠萝
香蕉
马铃薯
甘蔗
脱毒草莓
以培育矮杆抗病水稻为例
P 高杆抗病 × 矮杆染病
DDTT
ddtt
F1 高杆抗病
DdTt
杂交育种
自交
高杆
抗病
9D_T_
高杆
染病
3D_tt
矮杆
抗病
3ddT_
矮杆
染病
1ddtt
ddT_
选种
连续自交
矮杆抗病
ddTT
取花粉
DT
Dt
dT
dt
花粉
单倍体育种
DT
Dt
dT
dt
花药 离体 培养
单倍体
DDTT
DDtt
ddTT
ddtt
秋水 仙素 处理
纯合体
选种
矮杆抗病
ddTT
五、作物新品种培育
1.单倍体育种
(1)过程：
缺点：耗时长
优点：操作简单
五、作物新品种培育
1.单倍体育种
①明显缩短育种年限，节约大量人力、物力；
②可获得纯合子，后代不发生性状分离，能稳定遗传；
优良品种
花药
花粉
离体培养
单倍体幼苗
纯合二倍体
人工诱导
染色体加倍
选择
(4)原理：
植物细胞的全能性
染色体数目变异
(3)缺点：
技术相对比较复杂
(2)优点：
③可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。
1.单倍体育种
(5)实例：
水稻、玉米、油菜、甘蓝、甜椒等。
注意：单倍体育种的目的不是获得单倍体植株，因为单倍体植株一般是高度
不育的，在生产上没有推广应用的价值。
我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种
五、作物新品种培育
2.突变体的利用
在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，
因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。
从突变的个体中筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。
(1)常用材料：
愈伤组织
外植体
愈伤组织
试管苗
脱分化
再分化
植株
有用的突变体
筛选
射线、化学物质等诱变
(2)原理：
植物细胞的全能性
基因突变
(2)优点：
通过人工诱变提高变异的频率，可以获得高产、优质、抗逆的新品种，加速育种进程。
2.突变体的利用
(3)缺点：
突变具有不定向性、低频性和多害少利性，
因此需处理大量实验材料。
(4)实例：
已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。
六、细胞产物的工厂化生产
(1)植物的代谢及代谢产物:
①初生代谢：
初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，
在整个生命活动中一直进行着。
初生代谢物:糖类、脂质、蛋白质、核酸等。
②次生代谢：
次生代谢不是生物生长所必需的，一般在在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行的。
次生代谢物:一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）
在植物的抗虫、抗病等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。
次生代谢物含量很低，从植物组织中提取会大量破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到。
(2)植物细胞培养:
外植体
愈伤组织
培养提取细胞产物
脱分化
培养、提取
①含义：
在 件下对 进行培养使其增殖的技术。
离体
单个植物细胞或细胞团
②培养基：
细胞悬液
分散开
液体培养基
（使培养物与营养物质充分接触）
③原理：
细胞增殖
④优点：
不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，
对于社会、经济、环境保护具有重要意义。
⑤实例：
紫草宁
——抗菌、消炎和抗肿
（世界首例药用植物细胞工程产品）
紫杉醇
人参皂苷
——抗菌、消炎和抗肿
（已被用于乳腺癌等癌症的治疗）
基础
检测
(1)快速繁殖不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以
保持优良品种的遗传特性。( )
（2)作物脱毒后不会再感染病毒。( )
（3)单倍体育种只是为了获得单倍体。( )
（4)突变体育种常用射线、化学物质处理愈伤组织。( )
（5)快速繁殖本质上是一种无性繁殖。( )
√
√
√
×
×

展开更多......

收起↑