生物选修3《现代生物科技专题》2.1.1 植物细胞工程的基本技术优秀课件ppt

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应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质获得细胞产品的一门综合科学技术。
根据研究对象的不同分为植物细胞工程和动物细胞工程两大类。
1.理解细胞全能性的概念2.会简述植物组织培养3.掌握植物体细胞融合的过程4.列举植物细胞工程的实际应用
植物细胞工程的发展历程
1902年，哈伯兰特提出了细胞具有全能性的理论；
1937年，怀特用烟草茎段形成层做材料，在试管 中培养出了烟草植株；
1958年，斯图尔德利用胡萝卜根的组织培养再次证 明了植物细胞的全能性；
1965年，沃索等人用烟草的单细胞得到再生植物；
20世纪70年代，植物细胞工程诞生
2.1.1 植物细胞工程的基本技术
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。
（1）为什么在生物生长发育过程中，细胞不会表现出全能性？
基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果。
(3)植物细胞全能性表达的条件是？
①具有完整的细胞结构；②处于离体状态的组织、器官、细胞；③提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。
（2）细胞具有全能性的原因是什么？
从理论上讲，每个细胞都包含该物种的全部遗传物质（全部基因），所以每个活细胞都应具有全能性 。
不同类型细胞的全能性：受精卵＞生殖细胞＞体细胞不同生物细胞的全能性：植物细胞＞动物细胞不同发育期的细胞全能性： 幼嫩细胞＞成熟细胞＞衰老细胞全能性与细胞分裂、细胞分化的关系 分化程度越低，全能性越高； 分裂能力越强，全能性越高
(4)细胞全能性大小的分析？
A．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需 的全套基因B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可 能表现出全能性C．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因 是所含基因发生了改变D．紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子 具有全能性
下列有关细胞全能性的叙述，正确的是(　　)
下列植物细胞全能性最高的是 （　 ） A.形成层细胞　 B.韧皮部细胞　 C.木质部细胞　 D.叶肉细胞
1.植物细胞组织培养定义
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。
2.植物细胞组织培养原理
有意栽花花不发，无心插柳柳成荫。 ——《增广贤文》
3. 植物组织培养过程
外植体：用于离体培养的植物器官、组织或细胞。
外植体一般选择全能性较高的根尖、芽尖、幼叶等
脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有 的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。
愈伤组织：排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无 定形状态的薄壁细胞团。
胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但 是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似 物，因而统称为体细胞胚或胚状体。
再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又 可以重新分化出根或芽等器官的过程。
实验：胡萝卜的组织培养
②脱分化和再分化过程中细胞如何增殖？是否有细胞分化？
脱分化不需要光照，遮光；再分化需要光照，叶绿素的合成需光照。
①脱分化过程是否需光？再分化呢？
脱分化过程进行有丝分裂,不分化；再分化过程进行有丝分裂同时也进行分化。
4. 植物组织培养的条件
① 离体② 无菌③ 适宜植物激素④ 适宜的营养物质⑤ 适宜的外界条件（温度、pH、光照等）
促进根分化、抑制芽形成
促进芽分化、抑制根形成
人们按照生物生长对营养物质的不同需求，配置出供其生长繁殖的营养基质。
5. 植物组织培养的优点
①可以实现优良品种快速繁殖，保持遗传性状的一致；②可以培育出不含病毒的幼苗，提高作物产量；③繁殖快且不受季节限制，可大规模生产
6. 实验——胡萝卜的组织培养过程
①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？
避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会产生毒素危害培养物的生长。
②对外植体消毒时，需注意什么？
既要考虑药剂的消毒效果，又要考虑植物的耐受能力。 常用消毒剂：0.1%升汞（HgCl2)溶液、70%酒精、次氯酸钠等
1.棉花根尖细胞经诱导形成幼苗能体现细胞的全能性(　　)2.植物的每个细胞在植物体内和体外都能表现出细胞的全能性(　　)3.在诱导离体菊花茎段形成幼苗的过程中，不会发生细胞的增殖和分化(　　)4.愈伤组织是外植体通过脱分化和再分化后形成的(　　)
CHANG KAO JI CHU ZHEN DUAN
A．未见阳光B．培养时间不够长C．培养基营养过多D．细胞分裂素和生长素配比不合适
例题：某同学在进行组织培养过程中，发现根的分化明显，而芽的分化不明显，可能的原因是
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？
因为不同种生物之间存在着生殖隔离
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体的技术。
1、植物体细胞杂交概念：
2、植物体细胞杂交中涉及的原理有：
植物体细胞融合的原理：细胞膜的流动性植物组织培养的原理：植物细胞的全能性
3、植物体细胞杂交技术流程图：
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？
去除细胞壁，获得原生质体。
2．有没有一种温和的去壁方法呢？
酶解法（纤维素酶、果胶酶）
3．把原生质体放在一起能自然融合吗？促进原生质体融合的方法有哪些？
物理法：离心、振动、 电刺激等
化学法：聚乙二醇 （PEG）
4．原生质体融合与细胞膜的什么特性有关
5．马铃薯细胞（A）和番茄细胞（B）融合后，共有几种细胞类型？符合要求的是哪种？
①未融合的细胞：A和B。②两两融合的细胞：AA、BB和AB。③多细胞融合体。
因此要对融合细胞进行筛选。
6．马铃薯（二倍体）和番茄（二倍体）的体细胞融合并培养得到的新植株是几倍体？
异源四倍体。植物体细胞杂交形成的杂种植株，染色体组数＝两种植物体细胞内染色体组数之和
7．杂种细胞融合成功的标志是？ 在此过程中哪种细胞器活跃？
融合成功的标志是：杂种细胞再生出细胞壁。
在此过程中活跃的细胞器是：线粒体和高尔基体
8．如何将杂种细胞培育成杂种植株?
利用细胞的全能性，进行植物组织培养。
4、植物体细胞杂交的意义：
克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍
烟草-海岛烟草胡萝卜-羊角芹白菜-甘蓝
生长期短、耐热性强、易于贮藏
1、白菜—甘蓝的培育过程是否遵循孟德尔定律？
2、白菜—甘蓝植株理论上可育吗？
可育，因为杂种植株内有同源染色体，可以减数分裂产生正常的配子。
20世纪60年代，一些科学家就尝试将番茄和马铃薯杂交。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？
基因的表达不是孤立的，它们之间是互相调控、互相影响的。杂种植株的细胞中含有两个物种的遗传物质由于相互干扰，使双方的基因都不能有序正常的表达。
(1)利用物理法或化学法可以直接将两个植物细胞进行诱导融合(　　)(2)用纤维素酶和果胶酶水解法获得的植物原生质体失去了全能性(　　)(3)再生出细胞壁是原生质体融合成功的标志(　　)
例题：下图表示利用棉花叶肉细胞原生质体进行遗传改良的过程，据图分析错误的是(　　)
A．①过程需在适宜条件下用纤维素酶和果胶酶的混合 物处理B．②过程能定向诱导原生质体产生优良性状的突变C．③过程中叶肉细胞失去了其特有的结构和功能D．④过程需用适宜配比的生长素和细胞分裂素处理
A．二倍体；基因型是DdYyRr B．三倍体；基因型是DdYyRrC．四倍体；基因型是DdYyRr D．四倍体；基因型是DDddYYyyRRrr
例题：A种植物的细胞和B种植物细胞的结构如右图所示（仅显示细胞核），将A、B两种植物细胞去掉细胞壁后，诱导二者的原生质体融合，形成单核的杂种细胞，若经过 组织培养后得到了杂种植株，则该杂种植株是
保持优良性状，繁殖速度快大规模生产
克服远源杂交不亲和的障碍
①杂种细胞形成②植物组织培养
细胞膜流动性,植物细胞的全能性
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
2.1.2 植物细胞工程的实际应用
微型繁殖技术（快速繁殖技术）
银杏，从种下到结果要20多年
杂交水稻产量高，但需年年制种，不能留种，否则会出现性状分离
季节气候地域占用土地……
如图是人工种子的结构简图，下列对其叙述不正确的是(　　)A．种皮要能保持胚状体的活力，具备透气性B．胚状体承担的功能是分裂、分化成根、茎、叶C．胚状体由未分化的、具有分裂能力的细胞组成D．人工种子的制造利用了植物组织培养技术
植物组织培养→射线、化学物质→突变体→新品种
在植物组织培养过程中，容易获得突变体的主要原因是(　　)A．培养的细胞一直处于不断分生的状态B．培养基营养丰富，易于植物生长C．纺锤丝的形成容易受抑制D．DNA复制容易受抑制
一种天然抗癌药物，分子式为C47H51NO14，在临床上已经广泛用于乳腺癌、卵巢癌和部分头颈癌和肺癌的治疗。