资源简介

(共39张PPT)
2.1 植物细胞工程
第三课时
03
植物体细胞杂交技术
2003年1月5日，“神舟”四号准确着陆。这次时6天18小时的空行，开展了多项在轨研究，其中有一项被媒体描述成“太空婚礼”的生物实验。不过，“婚礼”中的 “新郎”和“新娘”是一对对体细胞，作为“新房”的是一个黑色的小合子——电融合仪。原来，这是科技工作者在空间微重力条件下进行的细胞融合(cell fusion)实验。
关于植物体细胞杂交技术的趣事
1.概念：植物体细胞杂交技术主要是指将自发或人工融合的
培育成新品种 的技术。
杂种细胞
植物体
植物体细胞杂交技术的概念
+
=
白菜
甘蓝
白菜-甘蓝
植物体细胞杂交技术的过程
白菜和紫甘蓝的体细胞杂交时，首先遇到的障碍是什么？用什么方法可以解除这一障碍？
细胞壁会阻碍植物细胞之间的融合。由于细胞壁主要由纤维素和果胶构成，所以可以用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得有生命活力的原生质体。
即酶解法去壁
① 原生质体是指植物细胞去除细胞壁后剩余的部分，包括细胞质膜、细胞质和细胞核。
② 原生质层是指成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质，包括细胞膜、细胞质、液泡膜。
③ 从概念上可以看出，原生质层中没有包含细胞液（液泡中的液体部分）和细胞核，因此原生质体应该比原生质层多这两部分成分。
区分原生质体与原生质层
【注意】质壁分离的“质”指的是原生质层。
注意：原生质体虽然没有细胞壁，但是具有活细胞的一切特征。酶解法获得原生质体条件温和，原生质体完整性好，活力高。
原生质体
为什么用上述酶？___________________________________
酶解法利用了原理？___________
纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？
植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成
酶的专一性
使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常
植物体细胞杂交技术的过程
物理法
化学法
电融合法
离心法
聚乙二醇（PEG）
高Ca2+-高pH
优点：成本低无需仪器，不受物种限制，诱导细胞融合的频率高
缺点：有一定的毒性对某些细胞不适用（如卵细胞）
融合
方法
优点：技术操作简便，诱导细胞融合的频率高，无毒害
缺点：对介质要求高，需控制电压强度与时间
植物体细胞杂交技术的过程
原生质体的融合
①自发融合
缺点：效率比较 。
②诱导融合
a.优点：效率 且对原生质体伤害 。
低
高
小
细胞融合完成的标志：
__________________
相关的细胞器：
_______________
验证再生出新壁的实验：
_____________________________________
再生出新的细胞壁
高尔基体和线粒体
质壁分离和质壁分离复原实验
植物体细胞杂交技术的过程
植物体细胞杂交依据的生物学技术及原理有哪些？
植物细胞融合
植物组织培养
生殖方式：________
分裂方式：________
可遗传变异类型：________________
实例：白菜-甘蓝、马铃-番茄、烟草-番茄、水稻-稻稗等
意义：_______________________________________
无性生殖
有丝分裂
染色体（数目）变异
打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种
植物体细胞杂交技术的过程
植物体细胞杂交完成的标志*：_______________
培育出杂种植株
植物体细胞杂交技术的过程
成功的实例
优点
白菜——甘蓝
生长周期短、耐热性强和易储藏
思考：若只考虑两两融合，原生质体A和原生质体B可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？
AA
AB
BB
筛选
AB
思考：
获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？
诱导融合后的产物有三类：
①未融合的细胞
②两两融合的细胞
③多细胞融合体
不一定；
植物体细胞杂交技术的过程
①_______________ a/b_____________
②_______________ c_______________
③_______________ d_______________
④_______________ e_______________
⑤_______________ f_______________
①②③___________ ④⑤____________
去除细胞壁
原生质体
原生质体间的融合
正在融合的原生质体
再生出新的细胞壁
杂种细胞
脱分化
愈伤组织
再分化
杂种植株
植物细胞融合
植物组织培养
识图：数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株
1978年，梅尔彻斯（Melchers）等人首次获得了
马铃薯与番茄的体细胞杂种，所产生的杂交株被
称为“马铃薯-番茄”。像大多数杂种一样，杂交
植株同时具有马铃薯和番茄的形态特征，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“马铃薯—番茄”一类的体细胞杂交植物还不能产生经济效益。
植物体细胞杂交技术的过程
缺点：杂种植株包含两个物种的全部遗传物质，各种基因都包含在内，这些遗传物质的表达相互干扰，它们不能像在原植株细胞内实现有序表达，不能按照人们的意愿表现相应的性状。故杂种后代遗传性状不稳定
再生植株寿命较短
据报道，某男子培育出一株奇怪的植株，实现了“地上长番茄、地下结马铃薯”，你认为该男子可能是利用什么方法获得的该植株？
分析：__________________________________________。
接穗
砧木
嫁接。以土豆植株为砧木，以番茄植株为接穗
植物体细胞杂交技术的过程
根据植物体细胞杂交技术的相关原理，小组合作思考讨论完成问题。
3.植物体细胞杂交技术意义？
2.杂种细胞的染色体数是多少？杂种细胞染色体组数是多少？
1.植物体细胞杂交属于哪种变异类型？
4.植物体细胞杂交有何优缺点？
A植物的染色体数目为2n，基因型为AaBb；B植物的染色体数目为2m，基因型为CcDd。现通过植物体细胞杂交技术获得这两种植物的杂种植株，请回答下列问题：
变异类型
生殖类型
变异类型
染色体数
染色体组数
基因组成
无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律
染色体数目变异
两亲本染色体数之和。2n+2m
两亲本染色体组数之和。2+2
两亲本基因型之和。AaBbCcDd
AaBb
CcDd
植物体细胞杂交育种
四倍体
杂交育种诱导多倍体
四倍体
二倍体
如何处理植株使其可育？
看减数分裂联会、配对能否正常进行！
①若亲本植株可育，
则杂种植株可育。
②杂种植株是不同于
亲本的新物种。
变异类型
植物体细胞杂交和有性杂交的辨析
植物体细胞杂交的原理
(1)原生质体融合的过程利用了细胞质膜的 性。
(2)杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的 。
意义：可以克服不同种植物之间杂交的 障碍，打破 ，实现远缘物种之间的 ，再通过培养便可获得新品种植株。
问题：杂种后代遗传性状 、再生植株 。
流动
全能性
不亲和
生殖隔离
核质融合
不够稳定
寿命较短
若植株A和植株B细胞结构如图所思，A有X条染色体，B有Y条染色体，通过植物细胞融合技术获得杂种细胞AB，则：
①杂种细胞的染色体数为______
②杂种细胞的基因型为__________
③杂种细胞中染色体组数为________
④得到的杂种植株为____倍体
⑤理论上该植株可育吗？
__________________________________________
⑥得到的杂种植株与植株A和植株B还是同一物种吗？
X+Y
DdYyRr
4
四
可育，有同源染色体，同源染色体能联会，可形成配子
异源四倍体
练一练
不是，因为存在生殖隔离（无法产生可育后代）
有关植物体细胞杂交的三个易错点
核心归纳
植物组织培养 植物体细胞杂交技术
原理
过程
意义
联系 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性
植物细胞的全能性
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
脱分化
再分化
根、芽或胚状体
植物体
生长发育
植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较
植物细胞A
植物细胞B
原生质体A
去壁
原生质体B
去壁
人工诱导
融合的原生质体AB
杂种细胞AB
愈伤组织
脱分化
再生细胞壁
杂种植株
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
植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术
克服不同种生物远缘杂交的障碍
1.早在20世纪60年代，科学家就设想一种地上能接番茄，地下能接马铃薯的超级作物。可是两种不同物种在自然状态下不能通过传统的杂交育种的方法得到。科学家通过植物体细胞杂交的方法，培养出第一个杂种植物——番茄—马铃薯。虽然成功培育出的这种植株并不像科学家预想的那样，地上结番茄，地下结马铃薯，但仍具有划时代的意义，为植物体细胞杂交在生活生产实践中的应用拉开了帷幕。据此回答以下问题：
(1)番茄马铃薯不能通过传统的杂交育种的方法得到的主要原因是什么？
提示：番茄和马铃薯属于不同的物种，二者存在生殖隔离。
核心探讨
(2)从结果上看杂种植株在遗传上有何特点？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？
提示：遗传物质来自两个亲本，具有双亲的遗传性状。染色体数目增加，属于染色体数目变异。
(3)从新品种培育的角度分析，植物体细胞杂交技术最大的优点是什么？
提示：克服了不同种植物远缘杂交不亲和的障碍，使不同种植物杂交成为可能。
(4)科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植物，但这种植物并没有地上结番茄，地下长马铃薯。你如何解释这一现象？
提示：基因之间、基因与基因产物之间、基因与环境之间存在着复杂的相互作用，两种生物的基因结合到一个细胞中之后，不能按照原来的顺序表达。
核心探讨
2.植物体细胞杂交过程去除细胞壁用的是什么酶？利用了酶的什么特点？
用的是纤维素酶和果胶酶；利用了酶的专一性。
3.植物体细胞杂交培养基中往往加入蔗糖且浓度略大于原生质体内的浓度，试分析其原因是什么？
一方面为原生质体提供营养，另一方面保持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。
核心探讨
4.原生质体A与原生质体B融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？
有3种类型：AA、BB、AB；我们需要的是AB；因此要对融合后的原生质体进行筛选。
5.若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数： ；染色体组数： ；基因型：_______ _；属于可遗传变异类型中的 。
2x＋2y
4个
AabbccDd
染色体数目变异
核心探讨
1.植物体细胞杂交技术与植物组织培养技术的比较
(1)原理
①植物体细胞杂交技术的原理：a.细胞质膜的流动性；b.植物细胞的全能性。
②植物组织培养技术的原理：植物细胞的全能性。
(2)过程
植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物组织培养等过程。
(3)繁殖方式
植物组织培养和植物体细胞杂交都属于无性繁殖；并且后者还能打破生殖隔离，实现远缘杂交。
核心归纳
项目 植物体细胞杂交 多倍体育种
不同点 原理 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 染色体数目变异
方法 通过原生质体融合和植物组织培养得到杂种植株 常用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，使染色体数目加倍
染色体来源和数目变化 通过植物体细胞杂交得到的(杂种)植株中染色体数目是两融合细胞中的染色体数目之和，且染色体一般来自两种不同的植物体 通过染色体加倍得到的多倍体植株中的染色体数与原植株中的染色体数是倍数关系，且染色体来自同一个体，加倍的是同源染色体
相同点 通过改变细胞或植株染色体的数目来改变遗传物质，从而改变生物体的性状，从中选育出符合人们要求的新品种 2.比较植物体细胞杂交和多倍体育种
核心归纳
3.杂种植株遗传物质的变化
(1)细胞融合属于染色体变异，杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和。
(2)染色体组数通常也是两亲本细胞染色体组数之和，形成异源多倍体。
4.特别提醒
(1)原生质体融合成功的标志是再生出细胞壁。
(2)植物体细胞杂交的结果是获得杂种植株。
(3)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略大于原生质体内的浓度，不仅能为原生质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。
核心归纳
(1)植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞(　　)
(2)植物体细胞杂交过程利用了植物组织培养技术(　　)
(3)植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性(　　)
(4)若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有3种类型(　　)
(5)将普通小麦与耐盐性强的中间偃麦草进行体细胞杂交获得了耐盐小麦新品种，常用灭活的病毒诱导原生质体融合。(　　)
(6)植物细胞融合需先去分化再诱导融合。 (　　)
(5)植物体细胞杂交要先去除细胞壁的原因是细胞壁阻碍了原生质体的融合。(　　)
(6)植物体细胞杂交过程中，细胞融合成功的标志是产生新的细胞壁。(　)
自查自纠
×
√
×
√
×
×
√
√
典例应用
4.下图为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图，下列有关叙述正确的是
A.获得a、b细胞需要用胰蛋白酶和果胶酶处理
B.诱导a、b细胞融合的化学试剂一般为秋水仙素
C.a、b细胞融合为c细胞的原理是细胞质膜具有流动性
D.d、e、f过程表示植物的组织培养过程，e、f分别为脱分化和再分化
√
5.下图为甲种植物细胞和乙种植物细胞的结构(仅显示细胞核)，下列有关叙述错误的是
A.乙植物能产生4种不同类型的花粉
B.将甲、乙两种植物杂交得到的植物为二倍体，可育
C.用纤维素酶和果胶酶可以去除植物细胞的细胞壁
D.经植物体细胞杂交得到的植物为四倍体，基因型为DdYyRr
√
典例应用
√
典例应用
6．白菜与甘蓝均为二倍体，染色体数分别为20与18。科学家利用植物体细胞杂交技术培育出的“白菜—甘蓝”，具有生长期短、耐热性强和易于储存等优点。下列叙述错误的是 (　　)
A．用酶解法去除植物细胞的细胞壁体现了酶的专一性
B．白菜—甘蓝的产生用到了植物原生质体融合和植物组织培养技术
C．植物体细胞杂交的目的是克服远缘杂交不亲和的障碍获得杂种细胞
D．利用植物体细胞杂交技术培育四倍体白菜—甘蓝的过程不会发生同源染色体联会的现象
课堂小结
1.植物组织培养技术常用于商业化生产：其过程一般为:无菌培养物的建立→培养物增殖→生根培养→试管苗移栽及鉴定。下列相关叙述错误的是（ ）
A．为获得无菌培养物，外植体要消毒处理后才可接种培养
B．组织培养过程中也可无明显愈伤组织形成，直接形成胚状体等结构
C．提高培养基中生长素和细胞分裂素的比值，有利于诱导生根
D．用同一植株体细胞离体培养获得的再生苗不会出现变异
随堂检测
√
A. ①②③④ B. ①③④⑤ C. ①②④⑤ D.②③④⑤
随堂检测
√
2.在下列过程中，需要采用植物组织培养技术的是（ ）
　①利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株
②用花药离体培养得到的单倍体植株
③用基因工程培养抗棉铃虫的植株　
④利用细胞工程培养“番茄马铃薯”杂种植株 　
⑤无子西瓜的大量繁殖
A．簇毛麦与小麦之间存在生殖隔离
B．培养过程中幼胚细胞经过脱分化和再分化
C．杂种植株减数分裂时染色体能正常联会
D．杂种植株的染色体加倍后能产生可育植株
随堂检测
√
3.研究者拟通过有性杂交的方法将簇毛麦（2n=14）的优良性状导入普通小麦（2n=42）中。用簇毛麦花粉给数以千计的小麦小花授粉，10天后只发现两个杂种幼胚，将其离体培养，产生愈伤组织，进而获得含28条染色体的大量杂种植株。以下表述错误的是（　　）
4．甲品种青花菜具有由核基因控制的多种优良性状，但属于胞质雄性不育品种。通过体细胞杂交，成功地将乙品种细胞质中的可育基因引入甲中。下列相关叙述错误的是(　　)
随堂检测
A．形成杂种植株时，杂种细胞除了可以被直接诱导出芽、根外，还可以通过形成人工种子获得杂种植株
B．细胞融合成功的标志是杂种细胞再生成细胞壁
C．杂种细胞经过外源生长素和赤霉素的诱导，直接再分化成为杂种植株
D．杂种植株含有控制甲品种青花菜优良性状的基因，并能通过父本进行传递
√

展开更多......

收起↑