植物细胞工程课件--高二下学期生物人教版选修3.pptx

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1、专题2 细胞工程 19961996年年7 7月月5 5日日, ,世界上第一只体细胞克隆世界上第一只体细胞克隆动物动物-克隆羊多利诞生于英国克隆羊多利诞生于英国, , 标志着一标志着一种新的生物技术种新的生物技术-动物动物体细胞克隆技术体细胞克隆技术面世面世, , 也揭开也揭开细胞工程细胞工程更深层次发展的序幕更深层次发展的序幕! !细胞工程细胞工程植物细胞工程植物细胞工程理论基础理论基础 植物细胞工程：植物细胞工程：通常采用的通常采用的技 术 手 段技 术 手 段 植物组织培养技术植物组织培养技术 植物体细胞杂交技植物体细胞杂交技术术细胞的全能性细胞的全能性1、定义：、定义： 具有某种生物具有

2、某种生物全部遗传信息全部遗传信息的任何一个的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的细胞，都具有发育成完整生物体的潜能潜能。 2、原因：、原因： 生物体的每一个细胞都包含有该物种所生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的特有的全套全套遗传物质，都有发育成为完整个遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。体所必需的全部基因。一、细胞的全能性一、细胞的全能性1 1）受精卵）受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞3、全能性大小：、全能性大小：分化程度越高，全能性就越小。分化程度越高，全能性就越小。 2）植物细胞全能性一般比动物细胞强）植物细胞全能性一般比动物细胞强4、细胞表现出全能性的条件、细胞表现

3、出全能性的条件: 细胞离体、细胞离体、含有全部营养成分的培养基、含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、一定的温度、空气、无菌环境无菌环境、适合的、适合的PHPH、适适时时光照等。光照等。 思考讨论：思考讨论：为什么体内细胞没有表现出全能性，为什么体内细胞没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官？而是分化成为不同的组织、器官？ 答：这是基因在答：这是基因在特定空间特定空间和和时间时间条件下条件下选择选择性表达性表达的结果。的结果。 在个体发育的不同时期，生物体不同部位的在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质

4、也不一样，从而形成了不同的组织和器官。样，从而形成了不同的组织和器官。例例1.有关全能性的表述中，不正确的是（有关全能性的表述中，不正确的是（ ） 、受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完、受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完 整个体，因此全能性最高整个体，因此全能性最高 、生物体内细胞由于分化全能性不能表达、生物体内细胞由于分化全能性不能表达 、卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能、卵细胞和受精卵一样，细胞未分化，全能 性很高性很高 、植物细胞离体培养在一定条件下能表现出、植物细胞离体培养在一定条件下能表现出 全能性全能性C例例2.在一个生物体内，细胞没有表现出全能性，原在一个生物体内，细胞没

5、有表现出全能性，原因是因是 （ ）细胞失去了全能性细胞失去了全能性细胞中的基因部分丢失细胞中的基因部分丢失细胞中的基因选择性表达细胞中的基因选择性表达细胞中的基因变异不同细胞中的基因变异不同C请根据书上实验过程，思考下列问题：请根据书上实验过程，思考下列问题：1 1、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？灭菌，并且要求无菌操作？2 2、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？成小植株吗？3 3、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？、为什么诱导愈伤组织的过程

6、中应避光培养？4 4、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。流程图，并与同学交流。1 1、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消、在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？毒，灭菌，并且要求无菌操作？2 2、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？培养成小植株吗？避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。危害培养物的生长。想一想想一想胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部

7、分如叶、胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。花也能培养成小植株，只是稍微困难些。4 4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5 5、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。术的流程图，并与同学交流。在有光时，往往容易形成维管组织，而不易在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。形成愈伤组织。切取切取形成层形成层无菌无菌接种接种培养室培养室移栽移栽诱导愈伤组诱导愈伤组织的形成织的形成脱分化脱分化试管苗的形成试管苗的形成再分化再分化

8、 再分化再分化 脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织外植体外植体试管苗试管苗植株植株过程：过程：生长素生长素 / 细胞分裂素高时，主要诱导脱分化和生根；细胞分裂素高时，主要诱导脱分化和生根；细胞分裂素细胞分裂素 / 生长素高时，主要诱导再分化和生芽。生长素高时，主要诱导再分化和生芽。专有名词专有名词1、外植体外植体：从活的植物体上切下，进：从活的植物体上切下，进行植物组织培养的组织或器官。行植物组织培养的组织或器官。 外植体外植体最好选取植物分生区的细胞最好选取植物分生区的细胞( (根尖、根尖、茎、芽、嫩叶等茎、芽、嫩叶等) ) 和种子、花粉和种子、花粉。 因为分生区的细胞未高度分化，没有导因为分生区

9、的细胞未高度分化，没有导管（病毒大多寄生于导管）管（病毒大多寄生于导管）2、脱分化脱分化：细胞改变原来的分化状态，失去原来：细胞改变原来的分化状态，失去原来的结构和功能，成为一个具有未分化细胞的特性的结构和功能，成为一个具有未分化细胞的特性的细胞。的细胞。3、愈伤组织愈伤组织：高度液泡化的，呈无定形状态的、高度液泡化的，呈无定形状态的、排列疏松而无规则的薄壁细胞。排列疏松而无规则的薄壁细胞。4、再分化再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养又脱分化产生的愈伤组织继续进行培养又可以重新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物可以重新分化成根或芽等器官，这一过程称为植物细胞的再分化。细胞的再分化。 根

10、据上述过程，请同学们讨论归纳出根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培养的概念。组织培养的概念。 植物组织培养植物组织培养就是在无菌和人工控制就是在无菌和人工控制条件下，将条件下，将离体离体的植物器官、组织、细胞，的植物器官、组织、细胞，培养在培养在人工配制人工配制的培养基上，给予适宜的的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。最终形成完整的植株。例例1.1.关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（ ） A A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果 B B

11、、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果 C C、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果 D D、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果D例例2.2.下列属于组织培养的是（下列属于组织培养的是（ ）A. A. 花药离体培养成单倍体植株花药离体培养成单倍体植株B. B. 芽发育成枝条芽发育成枝条C. C. 根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区D. D. 利用桑枝条扦插大田并发育成完整植株利用桑枝条扦插大田并发育成完整植株A3 3、若用、若用“ ” 表示植物组织培养的

12、过程。请回答：表示植物组织培养的过程。请回答： （1 1）表示）表示 ， 能被培养成为能被培养成为的根本原因是的根本原因是（2 2）表示）表示 ，其细胞特，其细胞特 点是点是 薄壁细胞。薄壁细胞。 脱分化脱分化 再分再分化化离体的植物组织器官、组织或细胞离体的植物组织器官、组织或细胞 植物细胞具有全能性植物细胞具有全能性 具有分生能力的具有分生能力的 愈伤组织愈伤组织 番茄与马铃薯同属茄科番茄与马铃薯同属茄科植物，但不是同属的植物。植物，但不是同属的植物。番茄的果实和马铃薯的块番茄的果实和马铃薯的块茎是我们经常食用的蔬菜。茎是我们经常食用的蔬菜。马铃薯的块茎生长在土壤马铃薯的块茎生长在土壤中。

13、中。 人们曾经有这样一个幻人们曾经有这样一个幻想：让一株植株地上部分想：让一株植株地上部分结番茄，地下部分长土豆。结番茄，地下部分长土豆。这个幻想可能实现吗？这个幻想可能实现吗？三、植物体细胞杂交三、植物体细胞杂交1 1、定义：、定义： 用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。 2 2、原理：、原理： 细胞膜的流动性和细胞的全能性。细胞膜的流动性和细胞的全能性。3、优点：、优点： 克服无缘杂交的不亲和障碍。克服无缘杂交的不亲和障碍。去壁去壁去壁去壁纤维素酶纤维素酶果胶酶果

14、胶酶原原生生质质体体植物细胞植物细胞原生质体融合原生质体融合理：理：离心、离心、振动、电振动、电刺激刺激化：化：聚乙聚乙二醇二醇(PEG）再生细胞壁再生细胞壁杂种细胞杂种细胞脱脱分分化化愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株激素激素筛选筛选等量等量激素激素再分再分化化植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物植物A A细胞细胞植物植物B B细胞细胞去壁去壁原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B原生质体融合原生质体融合融合体融合体再生壁再生壁杂种细胞杂种细胞细胞分裂细胞分裂愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株去壁的常用方法：去壁的常用方法： 酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等） 原生质体融

15、合方法原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG） 植物体细胞杂交植物体细胞杂交1、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：、植物体细胞杂交尚未解决的问题有：A、去掉细胞壁、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体分离出有活力的原生质体B、将杂种细胞培育成植株、将杂种细胞培育成植株C、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代、让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性的优良性状状 D、尚未培育出属间杂种植物、尚未培育出属间杂种植物C2、植物细胞融合完成的标志的是（、植物细胞融合完成的标志的是（ ） A、产生新的细胞壁、产生新的细胞壁

16、 B、细胞膜发生融合、细胞膜发生融合 C、细胞质发生融合、细胞质发生融合 D、细胞核发生融合、细胞核发生融合A3、不能人工诱导原生质体融合的方法是：、不能人工诱导原生质体融合的方法是：A、振动、振动 B、电刺激、电刺激 C、PEG试剂试剂 D、重压、重压D4 4、人工获得一个杂交植株，需要下列哪项步人工获得一个杂交植株，需要下列哪项步骤：骤： A A、分离原生质体、分离原生质体诱导原生质体融合诱导原生质体融合组织组织培养培养 得到杂种植株得到杂种植株 B B、分离原生质体、分离原生质体 原生质体融合原生质体融合 杂种植杂种植株株C C、获取细胞、获取细胞 原生质融合原生质融合 组织培养组织培养

17、 得得到杂种植株到杂种植株D D、获取细胞、获取细胞原生质直接融合原生质直接融合组织培养组织培养 A1.微型繁殖：微型繁殖：(1)微型繁殖技术微型繁殖技术:快速繁殖优良品种的植物组织培养快速繁殖优良品种的植物组织培养技术技术.也叫快速繁殖技术也叫快速繁殖技术(2)特点特点:B。高效快速地实现种苗的大量繁殖。高效快速地实现种苗的大量繁殖A。保持优良品种的遗传特性。保持优良品种的遗传特性;1.植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径A、微型繁殖、微型繁殖B.作物脱毒：作物脱毒：切取茎尖进行组织切取茎尖进行组织培养获得培养获得(1)材料材料:无病毒的茎尖无病毒的茎尖(2)脱毒苗脱毒苗: C、神奇的人工种子、

18、神奇的人工种子（1）概念：）概念： 通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶通过植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。芽和腋芽等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。在适宜的条件下可以发芽成苗。在适宜的条件下可以发芽成苗。人工种皮人工种皮胚乳胚乳胚状体胚状体（2 2）人工种子的优点：）人工种子的优点：1)1)不受季节的限制；不受季节的限制；2 2）可以很方便的储藏和运输；）可以很方便的储藏和运输；3 3）保持亲本的优良性状。）保持亲本的优良性状。讨论：讨论：人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部

19、分，请探讨人工种皮中应该具有的有效成小植株的关键部分，请探讨人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？人工种皮中加入哪些物质？ 针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包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。为了促进胚状体的以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。调节剂。A、单

20、倍体育种：、单倍体育种： 1、方法、方法:花药的离体培养花药的离体培养 2、优点、优点: 后代稳定遗传后代稳定遗传,都是纯合体都是纯合体; 明显缩短育种年限明显缩短育种年限.2.作物新品种的培育作物新品种的培育B.突变体的利用突变体的利用 (1)产生产生:植物组织培养植物组织培养 (2)利用利用:筛选对人们有利突变体筛选对人们有利突变体,进而培育新品种进而培育新品种1.1.种类种类: :蛋白质蛋白质, ,脂肪脂肪, ,糖类糖类, ,药物药物, ,香料香料, ,生物碱等生物碱等. .2.2.技术技术: :植物的植物的组织培养组织培养. .1.（08江苏卷江苏卷20）下列关于植物组织培养的）下列关

21、于植物组织培养的叙述中，错误的是：叙述中，错误的是：A培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压渗透压B培养中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组培养中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化织的生长和分化C离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织才能形成愈伤组织D同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同养获得的愈伤组织基因相同D2。下列属于组织培养的是（。下列属于组织培养的是（ ）A.花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条芽发育成枝

22、条C.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区 D.未受精的卵发育成植株未受精的卵发育成植株A3。甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种。甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的：体培养获得种苗的过程不涉及细胞的： A.有丝分裂有丝分裂 B.分化分化 C.减数分裂减数分裂 D.全能性全能性C4.（08北京卷北京卷29）白菜、甘蓝均为二倍体，体细

23、）白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为胞染色体数目分别为20、18.以白菜为母本，甘蓝为以白菜为母本，甘蓝为父本，经人工授粉后，将雌蕊离体培养，可得到父本，经人工授粉后，将雌蕊离体培养，可得到“白菜白菜甘蓝甘蓝”杂种幼苗。请回答问题：杂种幼苗。请回答问题：（1）白菜和甘蓝是两个不同的物种，存在）白菜和甘蓝是两个不同的物种，存在 隔隔离。自然条件下，这两个物种间不能通过离。自然条件下，这两个物种间不能通过 的的方式产生后代。雌蕊离体培养获得方式产生后代。雌蕊离体培养获得“白菜白菜-甘蓝甘蓝”杂杂种幼苗，所依据的理论基础的植物细胞具种幼苗，所依据的理论基础的植物细胞具有有 。生殖生殖杂交杂

24、交全能性全能性（2）为观察）为观察“白菜白菜甘蓝甘蓝”染色体的数目和形态，通染色体的数目和形态，通常取幼苗的常取幼苗的 做临时装片，用做临时装片，用 染料染色。观察、计数染色体的最佳时期染料染色。观察、计数染色体的最佳时期是是 。（3）二倍体）二倍体“白菜白菜甘蓝甘蓝”的染色体数为的染色体数为 。这种植株通常不育，原因是减数分裂过程这种植株通常不育，原因是减数分裂过程中中 。为使其。为使其可育，可通过人工诱导产生四倍体可育，可通过人工诱导产生四倍体“白菜白菜-甘蓝甘蓝”这种这种变异属于变异属于 。染色体变异染色体变异根尖（茎尖）根尖（茎尖）醋酸洋红醋酸洋红有丝分裂中期有丝分裂中期19 没有同源染色体配对现象没有同源染色体配对现象