生物选修三陈焕程《植物细胞工程的基本技术.ppt

人教版 高中生物 选修三 现代生物科技专题专题二 细胞工程 2.1 植物细胞工程专题专题2 2 细胞工程细胞工程 19961996年年7 7月月5 5日日,世界上第一只体细胞克隆动物世界上第一只体细胞克隆动物-克隆克隆羊羊多利多利诞生于英国诞生于英国,标志着一种新的生物技术标志着一种新的生物技术-动物体细胞动物体细胞克隆技术面世克隆技术面世,也揭开细胞工程更深层次发展的序幕也揭开细胞工程更深层次发展的序幕!细胞工程是指应用细胞工程是指应用细胞生物学和分子生细胞生物学和分子生物学物学的原理和方法，通过的原理和方法，通过 或或细胞器水细胞器水平平上的操作，按照人们的意愿来上的操作，按照人们的意愿来改变改变细胞内细胞内的的遗传物质遗传物质或或获得细胞产品获得细胞产品的一门综合科学的一门综合科学技术。技术。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？按操作按操作对象分对象分植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程研究水平研究水平研究水平研究水平细胞水平细胞水平细胞水平细胞水平原理方原理方原理方原理方法法法法研究目的研究目的研究目的研究目的科技探索之路1902年，哈伯兰特提出了 的理论。1937年，怀特用烟草茎段形成层作材料，在试管中培养出了烟草植株。1958年，斯图尔德利用胡萝卜的组织培养再次证明了 l1965年，沃索在一定培养基上由烟草的单细胞得到再 生植株。l1970年，斯图尔德 用悬浮的单个细胞也培养出了可育的新植株，进一步证明了 。l20世纪70年代以植物细胞克隆为代表的细胞工程诞生。细胞全能性植物细胞的全能性细胞的全能性自学学案1970年，哈里森用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，证明了动物组织体外培养的可行性，并首创了 20世纪60年代初，童第周开展鱼类的 工作，他还通过把黑斑蛙红细胞的核转移到同种生物的去核卵中，得到发育正常的蝌蚪。1975年，米尔斯和科勒用产生抗体的单个细胞与肿瘤细胞杂交，创立了 。1996年7月，世界第一只克隆羊多莉在英国诞生。2001年11月3日，我国首例体细胞克隆牛康康在山东莱阳农学院动物胚胎工程中心试验场降生。科技探索之路动物体外组织培养法细胞核移植单克隆抗体技术自学学案一、细胞的全能性：一、细胞的全能性：1 1、概念：、概念：生物体的细胞具有使后代细胞形成完生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能，细胞的这种特性叫细胞的全整个体的潜能，细胞的这种特性叫细胞的全能性。能性。2 2、基础（具有全能性的原因）：、基础（具有全能性的原因）：生物体细胞都是由生物体细胞都是由受精卵受精卵经经 分裂形的，分裂形的，都含有该物种所特有的都含有该物种所特有的全套遗传物质全套遗传物质，都有，都有发育成为完整个体所需的发育成为完整个体所需的 。2.1.12.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术有丝全部基因全部基因3 3、全能性的程度：、全能性的程度：4 4 4 4、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成、生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官的原因为不同的组织器官的原因为不同的组织器官的原因为不同的组织器官的原因 基因选择性表达的结果基因选择性表达的结果（1 1）受精卵的全能性受精卵的全能性最高最高 植物细胞动物细胞植物细胞动物细胞（3）（4）分化程度低的细胞分化程度高的细胞）分化程度低的细胞分化程度高的细胞一、细胞的全能性（重点一、细胞的全能性（重点 理解）：理解）：受精卵受精卵生殖细胞生殖细胞体细胞体细胞（2）5 5、条件：、条件：（1）离体状态）离体状态 （2）完全营养物质、）完全营养物质、激素激素 （3）其他外界条件）其他外界条件一、细胞的全能性：一、细胞的全能性：怎样才能由一块组织通过培养得到怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株一株完整植株,应该如何操作应该如何操作?二、植物组织培养技术二、植物组织培养技术(重点重点 理解理解 )：植物组织培养实验 胡萝卜的组织培养技术原理：植物根、茎、叶一般都具有全能性，在一定的营养和激素等条件下，可以 形成 ,将愈伤组织转接到含有不同激素成分的培养基上，就可以诱导其 生成胚状体或丛芽，进而发育成完整的小植株。l证明：分化的植物细胞，人具有形成完整植株所需要的 。愈伤组织再分化全部基因脱分化(1)(1)(1)(1)在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？菌和实验人员的无菌操作？菌和实验人员的无菌操作？菌和实验人员的无菌操作？防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物防止杂菌污染，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，争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，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。导致培养物迅速死亡。导致培养物迅速死亡。导致培养物迅速死亡。(2)(2)(2)(2)在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含在本实验中，切取胡萝卜块根时强调要切取含在本实验中，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有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组有形成层部分，原因是这部分容易诱导形成愈伤组织。胡萝卜的其他部分（织。胡萝卜的其他部分（织。胡萝卜的其他部分（织。胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花如茎、叶、花如茎、叶、花如茎、叶、花），是否也），是否也），是否也），是否也能培养成小植株？能培养成小植株？能培养成小植株？能培养成小植株？能。可以培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织能。可以培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织能。可以培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织能。可以培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。比较困难。比较困难。比较困难。uu1 1 1 1、概念：、概念：、概念：、概念：在在在在无菌无菌无菌无菌和人工控制条件下，将和人工控制条件下，将和人工控制条件下，将和人工控制条件下，将离体离体离体离体的的的的植物器官、组织、细胞植物器官、组织、细胞植物器官、组织、细胞植物器官、组织、细胞，培养，培养，培养，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件条件条件条件，诱导其产生愈伤组织、，诱导其产生愈伤组织、，诱导其产生愈伤组织、，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。丛芽，最终形成完整的植株。丛芽，最终形成完整的植株。丛芽，最终形成完整的植株。uu2 2 2 2、理论基础：、理论基础：、理论基础：、理论基础：植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞的全能性植物细胞的全能性(即原理即原理即原理即原理)u3 3 3 3、过程：、过程：、过程：、过程：外植体外植体外植体外植体 愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织 根、芽根、芽根、芽根、芽 植物体植物体植物体植物体二、植物组织培养技术（重点二、植物组织培养技术（重点 理解）：理解）：再分化脱分化也叫：外植体如：茎尖、根尖 适宜的温度、PH值、养料、激素、充足氧气条件 4 4、愈伤组织：、愈伤组织：由离体由离体由离体由离体 的植物组织或细胞，在的植物组织或细胞，在的植物组织或细胞，在的植物组织或细胞，在培养一段时间以后，通培养一段时间以后，通培养一段时间以后，通培养一段时间以后，通过过过过细胞分裂细胞分裂细胞分裂细胞分裂，形成的一，形成的一，形成的一，形成的一群薄壁细胞。群薄壁细胞。群薄壁细胞。群薄壁细胞。二、植物组织培养技术：二、植物组织培养技术：有丝分裂特点：具分裂、分化能力特点：具分裂、分化能力 既具全能性（主要）既具全能性（主要）无定形状态无定形状态 高度液泡化高度液泡化 排列疏松、无规则排列疏松、无规则 无叶绿体无叶绿体,不进行光合作用不进行光合作用u5 5、脱分化脱分化：由：由高度分化高度分化的植物器官、组织或的植物器官、组织或细胞产生细胞产生愈伤组织愈伤组织的过程，又称去分化。的过程，又称去分化。条件：条件：条件：条件：适宜温度、适宜温度、避光避光、pH和无菌环境。和无菌环境。无机物、有机物和植物激素（无机物、有机物和植物激素（生长素，细胞分裂素等生长素，细胞分裂素等）uu6、再分化再分化：脱分化产生的愈伤组织在培养过程脱分化产生的愈伤组织在培养过程脱分化产生的愈伤组织在培养过程脱分化产生的愈伤组织在培养过程中中中中重新分化根或芽重新分化根或芽重新分化根或芽重新分化根或芽等器官的过程。（等器官的过程。（等器官的过程。（等器官的过程。（需光需光需光需光）二、植物组织培养技术：二、植物组织培养技术：具分裂、分化能力结果结果结果结果无细胞分裂、分化能力三、植物体细胞杂交技术：重点三、植物体细胞杂交技术：重点 理解理解不能不能不能不能存在生殖隔离存在生殖隔离存在生殖隔离存在生殖隔离尝试用这两种植物的尝试用这两种植物的体细胞体细胞进行杂交进行杂交这幅番茄这幅番茄这幅番茄这幅番茄马铃薯图利用传统有马铃薯图利用传统有马铃薯图利用传统有马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？性杂交方法能实现吗？为什么？性杂交方法能实现吗？为什么？性杂交方法能实现吗？为什么？1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融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？合，遇到的第一个障碍是什么？2 2有没有一种温和的去壁方法呢？有没有一种温和的去壁方法呢？请思考：请思考：去细胞壁酶解法三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：原原生生质质体体番番茄茄细细胞胞原原生生质质体体融融合合再再生生出出细细胞胞壁壁杂杂种种细细胞胞脱脱分分化化愈愈伤伤组组织织杂杂种种植植株株再再分分化化三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：1 1 1 1、过程：、过程：、过程：、过程：马铃薯细胞标志：成功融合人工诱导去去壁壁植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物细胞的融合植物细胞的融合植物细胞的融合植物细胞的融合（1 1）、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）酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等）（2）、原生质体融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（化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEGPEGPEG）三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：1 1、过程：、过程：利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合利用电激发将野生马铃薯与栽培马铃薯进行细胞融合三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：2 2、概念：、概念：将不同种的将不同种的植物体细胞植物体细胞，在一定条件下融合，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体新的植物体的技术。的技术。4 4、优势：、优势：（与有性杂交方法比较与有性杂交方法比较与有性杂交方法比较与有性杂交方法比较）克服植物远缘杂交不亲和性克服植物远缘杂交不亲和性克服植物远缘杂交不亲和性克服植物远缘杂交不亲和性 主要：原生质体融合结果3 3、原理：、原理：细胞膜的流动性细胞膜的流动性和和细胞全能性细胞全能性三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：如 马、驴之间白白白白菜菜菜菜甘甘甘甘蓝蓝蓝蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝“白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝白菜甘蓝”同普通白菜相比，具有生长期同普通白菜相比，具有生长期同普通白菜相比，具有生长期同普通白菜相比，具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点。短、耐热性强和易于贮藏等优点。短、耐热性强和易于贮藏等优点。短、耐热性强和易于贮藏等优点。三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：为什么为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂种植株超级杂种植株没有没有如如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？铃薯？原因：原因：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相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，互调控、相互影响的，马铃薯马铃薯番茄杂交植株的细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。株中的遗传物质一样有序表达。三、植物体细胞杂交技术（重点三、植物体细胞杂交技术（重点 理解）：理解）：5、未解决问题：、未解决问题：比较比较无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞全能性脱分化脱分化再分化再分化保持优良性状保持优良性状 繁殖速度快繁殖速度快大规模生产提高经济效益大规模生产提高经济效益杂交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远缘克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍杂交不亲和的障碍去除细胞壁去除细胞壁融合形成杂种细胞融合形成杂种细胞组织培养组织培养膜流动性膜流动性细胞全能性细胞全能性染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组1 1、植物体细胞融合完成的标志是、植物体细胞融合完成的标志是 A A产生新的细胞壁产生新的细胞壁 B B细胞膜发生融合细胞膜发生融合 C C细胞质发生融合细胞质发生融合 D D细胞核发生融合细胞核发生融合A2 2、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细、用不同种植物的两个体细胞融合成一个杂种细胞的过程。该过程是指胞的过程。该过程是指A.A.不同植物的精子和卵细胞的融合不同植物的精子和卵细胞的融合 B.B.不同植物的原生质体的融合不同植物的原生质体的融合C C完整的两个体细胞的融合完整的两个体细胞的融合 D.D.植物花粉细胞的两两融合植物花粉细胞的两两融合B巩固练习巩固练习3、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：、右图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1 1）步骤）步骤）步骤）步骤是是是是_ _ _ 最常用的方法是最常用的方法是最常用的方法是最常用的方法是_。2 2）步骤）步骤）步骤）步骤一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是一般常用的化学试剂是 _ _ 目的是目的是目的是目的是_。3 3）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂种）在利用杂种细胞培育成为杂种 植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段植株的过程中，运用的技术手段 是是是是_ _，其中步骤，其中步骤，其中步骤，其中步骤相相相相 当于当于当于当于_，步骤，步骤，步骤，步骤相当于相当于相当于相当于_。去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有去掉细胞壁分离出有 酶解法酶解法酶解法酶解法 聚乙二醇（聚乙二醇（聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEGPEGPEG）诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质体融合诱导原生质体融合脱分化脱分化脱分化脱分化再分化再分化再分化再分化植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养活力的原生质体活力的原生质体活力的原生质体活力的原生质体