高三生物2.1植物细胞工程ppt课件

专题2 细胞工程细胞工程 指应用细胞生物学和分子生物学的原理和 方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平 或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞 内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学 技术。 细 胞 工 程 应用的原理和方法 研究的水平 研究的目的 细胞生物学和分 子生物学 细胞整体水平 或细胞器水平 按照人们的意愿来改变 细胞内的遗传物质或获 得细胞产品 概念 分类 植物细胞工程 动物细胞工程￿￿￿￿￿￿前者是细胞水平或细胞器水平上生物 技术,后者是分子水平上的生物技术 克隆多莉羊技术是 水平上的技术， 培育抗虫棉是 水平上的技术。 细胞工程与基因工程相比： 细胞 分子 思考:利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花如何把某种植物的一块组织通过 培养得到一株完整植株?2.1植物细胞工程 §2.1.1植物细胞工程的基本技术 植物组织培养 植物组织培养就是在无菌和人工控制 条件下，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，诱导其产生愈伤组织、丛芽， 最终形成完整的植株。 一、植物的组织培养探究（原理）： 1、为什么已分化的植物组织或细胞能培养 成完整植物体？ 植物细胞具有全能性。 2、什么是细胞的全能性？ 具有某种生物全部遗传信息的任何一 个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能， 也就是说，每个生物细胞都具有全能性的 特点 。在特定的时间和空间条件下，基因选择性 的表达的结果。 生物的每一个细胞都有本物种的全套遗传 物质，都有发育成完整个体的全套基因。 4、生物体内的细胞为什么没有表现出全 能性，而是分化成不同的组织器官？ 3、已分化的细胞为什么具有发育成完 整个体的潜能？6.细胞表现全能性的条件有哪些？ 离体、营养物质、激素及其它适宜条件。 5、大小： 受精卵 生殖细胞 体细胞＞ ＞2） 植物细胞＞动物细胞 3） 1）受精卵的全能性最高 4）分化程度低的细胞＞分化程度 高的细胞1、有关全能性的表述中，不正确的是 Ａ．受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完 整个体，因此全能性最高 Ｂ．生物体内细胞由于分化全能性不能表达 Ｃ．卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能 性很高 Ｄ．在一定条件下,植物细胞离体培养能表现 出全能性(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器 械的灭菌和实验人员的无菌操作？ 防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和 培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有 害的物质，导致培养物迅速死亡。 (2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调 要切取含有形成层部分，原因是这部分容易诱 导形成愈伤组织。请思考一下，胡萝卜的其他 部分（如茎、叶、花），是否也能培养成小植 株，你能用实验的方法进行验证吗？ 胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培 养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。(3)、植物组织培养的过程（重点） 离体的植物器官、组织或细胞 脱分化（又叫去分化） 愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡 化的呈无定形状态的薄壁细胞） 再分化 胚状体 （或丛芽） 植物体 a. 无菌操作 b.营养及激素（细胞分裂素、 生长素） c.光照 遮光 光照 3、植物组织培养的外界条件： 3强调几个概念： （1）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，形成一种高度液泡化、无定形 状态薄壁细胞组成的排列疏松无规 则的组织。（2）植物细胞的脱分化： 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的细胞的过程。 （3）脱分化的实质和结果分别是什么？ 实质:恢复细胞的全能性过程 结果:形成愈伤组织 （4）植物细胞的再分化： 脱分化产生的愈伤组织在培养过程中 重新分化出根或芽等器官的过程。 1.2植物组织培养的培养基 无机营养成分：水和无机盐 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（固体培养基） ④ 相关激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素 PH值：5.0－6.0反馈练习 1.下列属于组织培养的是： A.花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条 C.根尖分生区发育成成熟区 D.未受精的卵发育成雄蜂 A2.在离体的植物器官、组织或细胞脱 分化形成愈伤组织的过程中，下列 哪一项条件是不需要的（ ） A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素 C3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完 整植株，不需要（ ） A.具有完整细胞核的细胞 B.离体状态 C.导入外源基因 D.一定的营养物质和激素 C4、若用“① ② ③ ④”表示植物组织培养的过程。请回答： （1） ①表示 ， 能被培养成为④的根本原因是 （2） ②表示 脱分化 再分化 离体的植物器官、组织或细胞 植物细胞具有全能性 愈伤组织 番茄与马铃薯属于茄科植物，但不是同 属植物。番茄的果实和马铃薯的块茎是我们 经常食用的蔬菜。马铃薯块茎生长在土壤中。 人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地 上部分结番茄，地下部分长土豆。 这个幻想可能实现吗？因为不同种生物之间存 在着生殖隔离，所以用 传统的有性杂交方法是 不可能做到这一点的。 于是，科学家试图用这两种植物的体细胞 进行杂交，来实现这一美妙的设想。 二、植物体细胞杂交技术 这幅番茄—马铃薯图利 用传统有性杂交方法能 实现吗？为什么？ 理想图 1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间 原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。 1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得 了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种—— “马铃薯番茄”。 目前，已得到栽培烟草与野生烟草、 栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、 籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种 及其后代，获得了有价值的新品系或育 种上有用的新材料。 白菜白菜 甘蓝甘蓝 白菜－甘蓝白菜－甘蓝 ““白菜－甘蓝白菜－甘蓝””同普通白菜相比，具有同普通白菜相比，具有 生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。• 1．你认为两个来自不同 植物的体细胞完成融合， 遇到的第一个障碍是什 么？ • 2．有没有一种温和的 去壁方法呢？ • 3．为什么两个原生质 体能发生融合，这与细 胞膜的什么特性有关？ • 4．如果两个来源不同 的原生质体发生了融合， 下一步该做何处理？ • 5．如何将杂种细胞培 育成杂种植株？ 请思考：杂 种 植 株 融合的 原生质 体AB 再 生 出 细 胞 壁 脱 分 化 愈 伤 组 织 再 分 化 1、过程 植物细胞的融合 植物组织培养 植物细胞A 原生质体B 原生质体A 杂种 细胞 AB 去 壁 去 壁 人 工 诱 导 方法？ 促进融合 的方法？ 融合 完成 的 标志 植物细胞B 二、植物体细胞杂交技术去壁 去壁 纤维素酶 果胶酶 原 生 质 体 植 物 细 胞 原 生 质 体 融 合 离心、 振动、 电刺激、 聚乙二 醇 再 生 细 胞 壁 杂 种 细 胞 去 分 化 愈 伤 组 织 杂 种 植 株 激素筛 选 等量 激素 再 分 化 植物体细胞杂交过程示意图22、概念、概念 将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合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成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物 体的技术。体的技术。 33、意义、意义((优点）优点） 在在克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍上，上， 取得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交取得了巨大的突破，从而扩大了可用于杂交 的亲本组合。的亲本组合。 4.4.未能解决的问题：未能解决的问题： 未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代 的优良性状。的优良性状。1.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。2.自然界中有一种含有叶绿体的原生动物──眼虫，说明植物 的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞 与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出 具体实验方案。 3比较比较 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 杂交技术应用了组织培养 克服不同生物远缘杂交不 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 膜流动性 细胞全能性 染色体变异、基因重组1、不能人工诱导原生质体融合的方法 是（ ） A、振动 B、电刺激 C、PEG试剂 D、重压 2、植物细胞融合完成的标志的是（ ） A、产生新的细胞壁 B、细胞膜发生融合 C、细胞质发生融合 D、细胞核发生融合 A D三、植物细胞工程的实际应用 繁殖植物的新途径 微型繁殖 作物脱毒 人工种子 作物新品种的培育 单倍体育种 突变体的利用 细胞产物的工厂化生产 药物，香料，蛋白质等概念：应用 ，快速繁殖植物（也叫 快速繁殖技术） 原理：植物细胞的( ) 优点：繁殖率高，可大批量生产 取材少 培养周期短 保持( ) 1、微型繁殖 组织培养技术 全能性 优良性状 2、作物脱毒 病毒在作物体内逐年积累，会导致作物产 量降低，品质变差 ( )附近（茎尖、根尖）的病毒极少， 甚至没有 采用( )技术来脱除病毒 分生区 茎尖组织培养3、人工种子 种 子 的 结 构常规种子植物生产的不足  不少植物需要生长数年才能结出种子  优良杂种的后代因发生性状分离而丧失 其优良特性  种子的生产受季节、气候和地域的限制 制种需要占用大量土地3、人工种子 结构： +胚状体（不定芽、顶芽、腋芽） 优点： 不受气候、季节、地域的限制 保留优良性状 时间短，占地少 技术： 原理： 人工薄膜 植物组织培养 细胞全能性课本P40 针对植物种类和土壤等条件，在人工 种子的包裹剂中还可以加入适量的养 分、无机盐、有机碳源以及农药、抗 生素、有益菌等。 还可以加入生长调节剂作物新品种的培育 1、单倍体育种 选择 亲本 有性 杂交 F1代 花粉离 体培养 单倍体 植 株 诱 变 染色体加倍 可 育 纯合子 选择所 需类型  过程  优点 •后代都是纯合子，能稳定遗传 •明显缩短育种年限，加速育种进程2、突变体的利用 利用组织培养时， 状态的细胞易受 培养条件和外界压力（如射线，化学物 质等）的影响而产生突变的原理，诱导 并筛选出对人类有用的突变体。 分生3、、细胞产物的工厂化生产 种类:蛋白质,脂肪,糖类,药物,香料,生物碱等. 技术:植物的组织培养. 培育到什么阶段提 取？1．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体细胞全能性　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、②⑦⑥⑧③⑨、④　　　 B．①、②⑧⑥⑦③⑨、④ C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤ D．①、②⑨⑧⑥⑦③、⑤2．某优良品种水稻的基因型为AaBb，其花药通过组织培养形成了 试管苗。下列对这一培养过程的叙述中，错误的是 (　　) A．花粉形成试管苗要经过脱分化和再分化的过程 B．试管苗有四种基因型，其体细胞含有一个染色体组 C．通过该过程培养出的试管苗还不能直接用于生产 D．这些试管苗自交，后代性状不发生分离1.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 高考回顾 √（2012江苏）22. 下列事实能体现细胞全能性的 是（ ）（多选） A. 棉花根尖细胞经诱导形成幼苗 B. 单细胞的 DNA 在体外大量扩增 C. 动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体 D. 小鼠体细胞经诱导培育成小鼠• 下面所列过程是植物组织培养的简略过程。请据此回答： （1）①表示________________，它能被培养成④的根 本原因是_____________。 （2）②表示__________，它的细胞特点是 __________________________ 。 它与①相比分化程度　　　　　，全能性　　　　　。 （3）若想制造人工种子，应该选择（填编号） 。 （4）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）______ 离体的植物器官、组织或细胞 植物细胞的全能性 愈伤组织 细胞排列疏松，高度液泡化，无定形状态的薄壁细胞 ③ ② 低 高 （5）若①是花药，则④是_________，再经秋 水仙素处理，这项技术称为____________。 （6）若①是胡萝卜根尖细胞，则培养成的④的 叶片的颜色是 ，这说明根部细胞 • 。 • （7）在组织培养的培养基中，要加入植物激 素______、_______。 单倍体植株 单倍体育种 绿色 含有表达叶绿体的基因 细胞分裂素生长素（2012广东）2．培育草莓脱毒苗所采用的主要技 术是( ) A．组织培养 B．细胞杂交 C．显微注射 D．核移植3.(2010·新课标全国卷)请回答下列问题： (1)植物微型繁殖技术属于植物组织培养的范畴。该技术可以保 持品种的________，繁殖种苗的速度__________.离体的叶肉细胞在 适宜的条件下培养，最终能够形成完整的植株，说明该叶肉细胞具 有该植物的全部________。 (2)把试管苗转接到新的培养基上时，需要在超净工作台上进 行， 其原因是避免________的污染。 (3)微型繁殖过程中，适宜浓度的生长素单独使用可诱导试管 苗________，而与________配比适宜时可促进芽的增殖。若要抑制 试管苗的生长，促使愈伤组织产生和生长，需要使用的生长调节剂 是________(脱落酸、2,4­D)。 遗传特性 快 遗传信息 微生物 生根 细胞分裂素 2,4－D[2011·江苏生物]6.下列有关植物组织培养的叙述， 正确的是(　　) A．愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞 B．二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳 定遗传的植株 C．用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可 制成人工种子 D．植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基 培养筛选而获得 D6．要想通过体细胞杂交技术获得杂种植物，下列 各套步骤中正确的是(　　) A. 分离原生质体→诱导原生质体融合→再生细胞 壁→组织培养→杂种植株 B. 分离原生质体→原生质体自然融合→再生细胞 壁→组织培养→杂种植株 C. 病毒诱导原生质体融合→组织培养→杂种植 D. 分离原生质体→脱分化→再分化→杂种植株 √ 解析：体细胞杂交技术首先要获得不同生物的体细胞，用纤维素酶、 果胶酶除去细胞壁得到原生质体，再通过物理或化学方法诱导原生 质体融合，再生细胞壁成为杂种细胞，再经组织培养形成杂种植株。右图为植物体细胞杂交过程示意图。据 图回答： （1）步骤①是　　　　　，最常用的方法 是　　　　　　　　。 （2）②过程的发生，必须进行________，其 方法有___________法和__________法 （3）融合后的原生质体会再生出细胞 壁，新的细胞壁的产生与细胞内 ___________（细胞器）有关。 （4）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　　　　。在该过程中，细 胞分裂的主要方式是　　　　。 去掉细胞壁 酶解法 人工诱导 物理法 化学法 高尔基体 植物组织培养 脱分化 再分化 有丝分裂（5）从理论上讲，杂种植株的育性为 　　　。若运用传统有性杂交方法能 否实现？　 　 　 　 　 ，原因是 ___________________。因此，这项 研究对于培养作物新品种方面的重 大 意 义 在 于 _________________。 （6）利用植物体细胞杂交的方法培 育作物新品种过程中，遗传物质的 传递是否遵循孟德尔的遗传规律？ ___________为什么？________ 可育 不能 因为不同种生物之间存在生殖隔离 克服远源杂交不亲和的障碍 不遵循 有性生殖的过程中进行减数分裂，才 遵循孟德尔的遗传规律 5．下列关于植物体细胞杂交的叙述，错误的是 (　　) A．不同种植物原生质体融合的过程属于植物体细胞杂交过程B．原 生质体仍具有再生细胞壁，连续分裂并长成完植株的能力C．参与 杂种细胞的细胞壁形成的细胞器主要是线粒体和核糖体D．植物体 细胞杂交技术可克服不同种植物之间的不亲和障碍6．下列有关植物体细胞杂交技术的描述，不正确 的是 (　　) A．利用植物体细胞杂交可以获得某种多倍体植株 B．获得原生质体的过程中需要纤维素酶和果胶酶 C．通常用聚乙二醇或灭活病毒诱导原生质体融合 D．可根据细胞中染色体数目和形态的差异来鉴定 杂种细胞 答案：C