资源简介

(共40张PPT)
成年人全身细胞总数约 1014个,
细胞种类有200多种，这么多种类细胞均来自一个受精卵。
有丝分裂
受精卵
细胞群
复习：细胞分裂与细胞分化
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。
分裂（数目增多）
分化（功能差异）
细胞分化的实质：基因的选择性表达
受精卵
有丝
分裂
细胞
分化
系统
人体
骨细胞
上皮
细胞
肌肉
细胞
神经细胞
上皮组织
肌肉组织
神经组织
结缔组织
器官
第二章 细胞工程
分类
原理和方法
操作水平
操作目的
细胞生物学和分子生物学
细胞水平或细胞器水平
按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品(定向改造）
概念
植物细胞工程
动物细胞工程
细胞工程：
胚胎工程
2024/5/27
1902年，哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功
1958年，斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持
1960年，科金用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体
1964年，古哈等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发育而来的胚
1971年，卡尔森诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株
1974年，土壤农杆菌的Ti质粒被发现，之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合
早在1902年，哈伯兰特（Haberlandt）提出高等植物的器官和组织可以不断地分割，直至单个细胞的观点，预言植物体细胞在适宜的条件下有发育成完整植株的潜力，提出了植物细胞全能性的设想，并且用植物细胞组织进行了培养实验。他虽然未能获得再生植株，却是植物组织培养的开创者。1902年他发表了著名论文《植物细胞离体培养实验》，论文中提出的“植物细胞全能性” 理论成为植物组织培养的理论基础。从哈伯兰特提出植物细胞全能性理论，到1958年斯图尔德（F.C.Steward）等人用胡萝卜根的韧皮部细胞证实了植物细胞的全能性，科学家们用了整整56年。
植物细胞工程的发展历程
科技探索之路
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
2.1植物细胞工程
探究：
1、为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？
植物细胞具有全能性。
2、什么是细胞的全能性？
1、定义：
生物体的细胞具有使后代细胞发育成完整个体的潜能的特性。
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。
受精卵
生殖细胞
体细胞
＞
＞
3、大小：
一、细胞的全能性
植物细胞＞动物细胞
分化程度低的细胞>分化程度高的细胞
分裂能力强的细胞>分裂能力弱的细胞
幼嫩的细胞＞衰老的细胞
在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为
A、细胞的基因丧失了全能性
B、基因的选择性表达
C、不同的细胞内基因不完全相同
D、在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了变化
B
趁热打铁：
1
2
3
4
5
6
表现全能性的条件
离体(1)离体状态(未离体的细胞，由于细胞的分化其全能性受到限制，不能表现)。
一定的营养物质
适宜物质的诱导和调节(植物激素主要是生长素和细胞分裂素)。
无菌(防止杂菌污染)
其他适宜条件
人工条件下实现的这一过程，就是植物组织培养。
1、概念
植物组织培养是将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导形成完整的植株的技术。
二、植物组织培养技术
2.理论基础：
植物细胞的全能性
3、过程
离体的植物器官、组织、细胞
已分化的细胞，经诱导失去特有结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
脱分化
愈伤组织
具有分生能力的薄壁细胞
再分化
幼根
和芽
植株
处于脱分化状态的愈伤组织在一定条件下，可以再分化出幼根和芽，形成完整小植株
（外植体）
胚状体或丛芽
愈伤组织的形成
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，通过细胞分裂，形成一种由排列疏松无规则、高度液泡化、无定形态的薄壁细胞组成的组织。
特点：分化程度低，全能性高。
细胞的脱分化：
让已经分化的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
脱分化的实质和结果分别是什么？
实质是恢复细胞的全能性。
结果是形成愈伤组织。
细胞分化
有丝分裂
受精卵
小肠上皮细胞
血红细胞
神经细胞
细胞的再分化：
脱分化产生的愈伤组织继续培养，重新分化成根或芽等器官的过程。
脱分化和再分化是依靠什么手段实现的？
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
有利于芽的分化
促进愈伤组织生长
补充：植物激素的作用
生长素和细胞分裂素在植物组织培养中的作用：
生长素主要促进生根，细胞分裂素主要促进发芽，通过改变二者的比例，可以实现脱分化与再分化。
菊花的组织培养
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。
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
外植体的消毒
外植体的切段
将消过毒的外植体置于无菌培养皿中
→用无菌滤纸吸去表面的水分
→用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。
探究 实践
菊花的组织培养
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。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
外植体的接种
探究 实践
注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！
（将“形态学上端”朝上，下端朝下）
菊花的组织培养
培养基及培养条件：
激素比例1：1、置于黑暗、
提供有机碳源（蔗糖）
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
诱导愈伤组织
探究 实践
菊花的组织培养
培养基及培养条件：
激素比例1：1、置于黑暗、
提供有机碳源（蔗糖）
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
诱导愈伤组织
探究 实践
菊花的组织培养
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。
外植体的消毒
外植体的切段
接种外植体
诱导愈伤组织
诱导生芽生根
移栽
诱导生芽生根
移栽
探究 实践
生芽过程：
生根过程：
生长素比例少、有机营养、不需光照；
生长素比例多、无机营养、需光照。
注意：先诱导生芽，再诱导生根！
1. 实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。
2. 接种时注意外植体的方向，不要倒插。
3. 诱导愈伤组织期间一般不需要光照，有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。
【注意】
问题思考
1、植物组织培养基，正常情况下应该是固体培养基还是液体培养基？
固体培养基，方便愈伤组织形成完整组织（一般用MS培养基）
2.某同学在进行组织培养时，发现试验过程中出现了杂菌污染，试分析问题可能在哪？
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。
3.根据上述所学知识，总结植物植株培养所需的条件
①无菌环境②营养物质③适宜环境条件（温度、PH、光等），前期无光，后期有光④植物激素：细胞分裂素和生长素
4、在整个植物组织培养过程中，细胞的分裂方式有哪些？植物组织培养产生后代算是有性生殖还是无性生殖？
均为有丝分裂，属于无性生殖
1、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是
A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果
B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果
C 、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果
D 、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果
D
若用 “① ② ③ ④”
表示植物组织培养的过程。请回答：
（1）①表示
被培养成为④的根本原因是
（2）②表示 ，其细胞特点是
脱分化
再分化
离体的植物组织器官、组织或细胞
植物细胞具有全能性
具有分生能力的薄壁细胞。
愈伤组织
利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花
三、植物体细胞杂交技术
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
有没有方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？
植物体细胞杂交技术应运而生
请同学们讨论如何实现？
马铃薯细胞
番茄细胞
杂种细胞
1.阻碍植物细胞亲和的结构是什么？怎么去除？
原生质体融合
原生
质体
纤维素酶和果胶酶
2.去壁以后的结构叫什么？
3.用什么方法才能让细胞紧密接触并发生融合？
4.融合的过程是怎样的？其原理是什么？
5.植物体细胞融合完成的标志是什么？
6.杂种细胞遗传物质有什么特点？
7.融合后除杂种细胞外还有哪些融合细胞？
具有两个物种的遗传物质
马—马、番--番
所以还要经过筛选才能得到杂种细胞
物理方法：离心、振动、电激.
化学方法：聚乙二醇（PEG）诱导等
细胞膜融合
细胞质融合
细胞核融合
细胞膜的流动性
杂种细胞再生出细胞壁
正在融合的原生质体
杂种细胞再生出细胞壁
杂种细胞
愈伤组织
杂种植株
植物细胞A
植物细胞B
原生质体A
原生质体B
正在融合的原生质体
去细胞壁!
再生细胞壁
植物组织培养
植物细胞融合
2.过程
诱导融合
植物体细胞杂交技术
概念 ：
优势（与有性杂交方法比较）：
克服远缘杂交不亲和的障碍，具有两物种的优良性状。
将不同来源的植物体细胞，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。
三、植物体细胞杂交技术
为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？
主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，马铃薯—番茄杂交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受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，所以杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯。
白菜
甘蓝
白菜－甘蓝
“白菜－甘蓝”同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。
（三）植物体细胞杂交技术的应用
植物组织培养 植物体细胞杂交技术
所属范畴
原理
步骤
意义
联系
无性繁殖
细胞全能性
①脱分化
②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
杂交技术应用了植物组织培养
克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍
①去除细胞壁
②融合形成杂种细胞
③组织培养
生物膜流动性
细胞全能性
染色体变异、基因重组
四、植物组织培养与体细胞杂交技术的比较
【典例】科学家利用植物体细胞杂交技术将番茄与马铃薯的体细胞原生质体融合，最终得到番茄—马铃薯杂种植株。下列有关叙述错误的是(　　)
A.番茄—马铃薯杂种植株能在地上结番茄、地下长马铃薯
B.可用物理法使番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合
C.该项生物工程技术可克服生物远缘杂交不亲和的障碍
D.该项生物工程技术需经历脱分化和再分化
A
2.下图为植物体细胞杂交过程示意图，据图回答：
⑴步骤①是去掉 ，使植物细胞成为 ，最
常用的方法是 。
⑵步骤②一般常用的化学试剂是 ，
目的是 。
⑶在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，运用的
技术手段是 　，其中步骤④相当于 ，
步骤⑤相当于 。
细胞壁
原生质体
酶解法
聚乙二醇
诱导原生质体融合
植物组织培养
脱分化
再分化

展开更多......

收起↑