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植物细胞工程的基本技术(修订版)


专题二

细胞工程

资料:

1995年,美国世界观察研究所所 长莱斯特布朗曾经提出“谁来养活中 国”的问题,他认为到2030年中国由 于人口增长、耕地减少、粮食产量难 以提高等原因,粮食缺口达到数亿吨, 地上长番茄 世界上没有一个国家能为中国提供这 地下长土豆 么多的出口粮食,从而造成国际市场 粮价飞涨,导致全世界

挨饿。
番茄------马铃薯植株

1958年,美国科学家斯图尔德(F.C.Steward)将 胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养获得了完整的 胡萝卜新植株。

植物组织培养技术

教材P33-34页 回答下列问题

1.植物组织培养的原理是什么? 细胞的全能性 3.什么是细胞的全能性? 全部遗传信息 的任何一个细胞,都具有 具有某种生物_____________ 发育成完整生物体 的潜能。 ___________________
4.全能性大小比较 第一组 受精卵 〉生殖细胞 〉 体细胞 植物细胞 〉动物细胞

第二组

5.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? 基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。

6.植物组织培养的基本过程
离体的植物器 脱分化 官组织或细胞 再分化 愈伤组织 胚状体 植物体

幼根和幼芽

(外植体) (1)什么是细胞脱分化? (2)愈伤组织有什么特点?

组织培养的实例: 胡萝卜的组织培养
阅读培养过程回答下列问题: 1.概括植物组织培养技术的流程简图 转接 脱分化 制备 接种 再分 培养 外植体 化培养

移栽 试管苗 正常植株

2.在本实验中,切取胡萝卜块时强调要切取含有形成层部分,原 因是什么?胡萝卜的其他部分是否也能培育成小植株? 形成层容易诱导产生愈伤组织,其它部分也可以但诱导愈伤组织 蕉困难。 3.阅读Ms培养基配方,分析各成分的用途 在实际操作中是否还应在其基础上添加其他物质?

资料1 细胞分裂素/生长素基本相等时: 维持愈伤组织的生长 细胞分裂素/生长素维持在高水平时: 诱导芽的形成 细胞分裂素/生长素的比例低时: 诱导根的形成 资料2 使用顺序 实验结果 先使用生长素或使用细 胞分裂素 先使用细胞分裂素,后 使用生长素 同时使用 有利于细胞分裂但不分 化 细胞分裂也分化 分化频率加快

根据以上资料,你得出什么结论? 植物激素对脱分化和再分化起到决定性的作用,培养基中植物 激素的种类、浓度、比例和使用顺序都会影响实验结果。

4.次氯酸钠、无菌水、高压灭菌锅、超净工作台、消毒用棉球都 意味组织培养过程全程灭菌,为什么要强调所用器械的灭菌和 实验人员的无菌操作?
杂菌和培养物争夺营养、以及杂菌生长过程中产生大量对培养物 有害的物质,导致培养物迅速死亡。

你还能提出哪些问题?

试 管 苗 大 规 模 培 养

植物组织培养
概念

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 。
必要条件: 细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件



无菌和人工控制

注意:全程无菌操作

马铃薯细胞 番茄细胞 1. 阻碍植物细胞亲和的结构是什么? 3. 用什么方法才能让细胞紧密接触并发 2. 去壁以后的结构叫什么? 怎么去除? 生融合? 物理方法:离心、振动、电击. 化学方法:聚乙二醇(PEG)诱导 纤维素酶 和果胶酶 4.融合的过程是怎样的?其过程中用 流动性 到了膜的什么特性? 原生

质体


细胞膜融合

细胞质融合

细胞核融合

5.融合完成的标志是什么? 单核、长出新的细胞壁 6.杂种细胞遗传物质有什么特点? 具有两个物种的遗传物质 7.融合后除杂种细胞外还有哪些融合细胞? 马—马、番--番 所以还要经过筛选才能得到杂种植株

长壁 杂种细胞



乙种细胞 甲种细胞 去壁

原生质体

融合 长壁

杂种细胞
脱分化

愈伤组织
再分化

杂种植株

二、植物体细胞杂交
1、概念
将 不同种的植物体细胞,在一定条件下融合 成 杂种细胞 ,并将其培养成 新的植物体 。

2、原理
(1)细胞膜的流动性 (2)细胞的全能性

3、不足
①技术复杂、操作繁琐、工作量大 ②不一定按人们需要表达优良性状

4、优势
可以克服远缘杂交不亲和的障碍,定向改变生物性状

形似白菜 味近甘蓝 生长期短 耐热性强 易于储存

小结
植物 组织 培养 技术

操作 过程:

植 物

原理: 必要 条件: 操作 过程: 原理: 优点:


胞 工 程 植物 体细 胞杂 交技 术

缺点:

巩固新知
? ? ? ? ? 1.通过植物组织培养( B ) A.获得的植株都不会出现变异 B.可以证明高度分化的细胞也具有全能 性 C.可以克服远源杂交不清和的障碍 D.可以大量繁育无子番茄

? 2.下列有关植物体细胞杂交的叙述不正确的是( C) ? A.用酶解法去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体 ? B.诱导两种植物细胞的原生质体融合,进而形成杂种 细胞 ? C.植物细胞杂交的最终目的是得到细胞的代谢产物 ? D.植物体细胞杂交技术可用电击法诱导细胞融合

? 3.下面关于植物细胞工程的叙述,正确的是( D) ? A. 叶肉细胞脱分化后可形成无定形状态的薄壁细胞 ? B.叶肉细胞经再分化过程可形成愈伤组织 C. 融合植物叶肉细胞时,应先去掉细胞膜 ? D . 叶肉细胞离体培养时,可以表现出全能性

分组讨论并设计实验流程
第一、二组: 请设计用叶片快速 繁殖非洲紫罗兰的 实验流程 第三、四组: 请设计用花药快速 繁殖非洲紫罗兰的 实验流程

异想天开
要是把我老牛的细胞与植物细胞杂交,得 到绿色的小奶牛,那岂不是只要晒晒太阳 就可以挤出牛奶啦!!!! 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,请尝试 设计出具体实验方案

4.如下图所示为胡萝卜的韧皮部细胞通过无菌操作,接入 试管后,在一定的条件下,形成试管苗的培育过程,请根 据图回答下列问题:

⑴要促进细胞分裂生长,培养基中应有营养物质和激素。 营养物质包括 和小分子有机物,激素包括细胞分裂素 和 两类植物激素。 ⑵此过程依据的原理是 。A和B阶段主要进行的分裂 方式是 ,B阶段除了细胞分裂外,还进行细胞 等。 ⑶此过程要无菌操作,主要是指对 进行灭菌消毒。 B阶段需要光照,原因是 。 ⑷试管苗的根细胞没有叶绿素,而叶的叶肉细胞具有叶 绿素,这是基因 的结果。
2.⑴无机物 生长素 ⑵细胞的全能性 有丝分裂 分化 ⑶培养基 芽发育成叶,叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件 ⑷选择性表达

必要条件:细胞离体、一定的营养物质、激素(细胞分裂素和
生长素)和其他外界条件

几个关键词:
外植体: 从活植物体上切下进行培养的那部分组织或器官 细胞分化: 在发育过程中,具有全能性的细胞(如受精卵细胞) 逐步转变成形态、结构、功能各异的组织细胞的过程

脱分化: 已经分化的细胞,在一定的条件下,重新回复到原始的未 分化状态
再分化: 脱分化的细胞,在一定的条件下,又重新分化成各种特异 性的组织细胞的过程 愈伤组织: 在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄 壁细胞(细胞排列疏松、无规则)。 胚状体: 具有生根发芽能力的胚状结构

细胞工程
1概念:
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

2分类:植物细胞工程和动物细胞工程
细胞工程操作------

在细胞水平或细胞器水平上进行操作

基因工程操作------

在分子水平上进行操作


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