【生物】植物细胞工程第1课时 2023-2024学年高二下学期同步课件(人教版2019选择性必修3).pptx
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1、第2章细胞工程第1节植物细胞工程(第1课时)学习目标01细胞工程的定义与内容定义定义内容内容发展历程发展历程0203植物组织培养:概念概念,条件条件,基本流程基本流程,实验实验:菊花的组织培养菊花的组织培养细胞的全能性:概念概念,原因原因,比较比较,实例实例04植物体细胞杂交技术:概念概念,优缺点优缺点,过程过程,成功案例成功案例原理和方法原理和方法 生物学和生物学和 生物学生物学操作水平操作水平 水平或水平或 水平水平目的目的按照人的意愿来改变细胞内按照人的意愿来改变细胞内的的 或获得或获得_分类分类 细胞工程和细胞工程和 细胞工程细胞工程细胞细胞分子分子细胞细胞细胞器细胞器遗传物质遗传物质
2、细胞产品细胞产品植物植物动物动物细胞工程是指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。根据操作对象的不同,可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。细胞工程的定义植物细胞工程植物组织培养植物体细胞杂交动物细胞工程动物细胞培养动物细胞核移植细胞融合与单克隆抗体细胞工程的内容1902年年,哈伯兰特(G.Haberlandt,1854-1945)提出了细胞全能性的理论,但相关实验尝试没有成功。1958年年,斯图尔特(F.G.Steward,1904-1993)等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚,为细胞
3、全能性理论提供了强有力的支持。1960年年,科金(E.C.Cocking,1931-)用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁,成功获得了原生质体。1964年年,古哈(S.Guha,1938-2007)等在培养毛曼陀罗的花药时,首次得到了由花药中的花粉发育而成的胚。1890年年,希普(W.Heape,1855-1929)将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管内,得到了两只安哥拉兔,这是世界上胚胎移植成功的首例。1907年年,哈里森(R.G.Harrion,1870-1959)用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元,首创了动物组织体外培养法。1951年年,张明觉(1908-1991)等发现哺乳动物精子的获能
4、现象。1958年年,格登(J.Gurdon,1933-)用非洲爪蟾进行体细胞核移植,成功培育出性成熟个体。同一时期,童弟周(1902-1979)等开展了鱼类细胞核移植工作。1959年年试管兔诞生,之后多种试管动物相继出生。1975年年,米尔斯坦(C.Milstein,1927-2002)和科勒(G.Khler,1946-1995)等创立了单克隆抗体技术。1978年,小鼠桑葚胚被成功分割。次年,科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。1996年年,世界上第一只细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。1981年年,埃文斯(M.J.Evans,1941-)等成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞。20
5、06年,山中伸弥(S.Yamanaka,1962-)等获得了诱导多能干细胞。我国科学家利用这种细胞培育出了 小鼠。2014年年,世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。2017年年,我国科学家首次培育出体细胞克隆猴。植物细胞工程动物细胞工程(含胚胎工程)1971年年,卡尔森(P.S.Carlson,1944-2017)诱导烟草种间原生质体融合,获得种间杂种。1974年年,土壤农杆菌Ti质粒被发现。兰为王者香,芬馥清风里。植物组织培养技术植物组织培养技术 讨论:讨论:高洁、典雅的兰花颇受人爱,但自然繁育率低,价格不菲。如何让它大量、快速繁殖呢?从社会中来植物细胞的全能性
6、植物组织培养 植物组织培养是指将离体的植物器官、组织或细胞等,培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其形成完整植株的技术。有丝分裂植物细胞工程的基本技术无性生殖地位生殖方式分裂方式原理植物组织培养的概念细胞全能性 细胞经分裂和分化后,仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。每一个细胞含有控制该生物发育的全部基因原因(1)生殖细胞体细胞(2)植物细胞动物细胞(3)分化程度越高,全能性越低比较细胞的全能性概念概念原因原因比较比较细胞全能性 细胞经分裂和分化后,仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。体现全能性的实例细胞完整个体或其他各种细胞实例:胡萝卜韧皮部细胞发育成完
7、整植株受精卵发育成个体(动植物)蜜蜂受精卵发育成工蜂,卵细胞发育成雄峰用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株芽原基只能发育为芽,叶原基只能发育为叶不体现全能性的实例受精卵受精卵早期胚胎早期胚胎分生组织分生组织原因:在特定的时间和空间条件下,基因选择性表达生物体内细胞并不都表现全能性没有分化的细胞也具有全能性如细胞的全能性实例实例-多肉进行叶插繁殖1.1.选取多肉上健选取多肉上健康、饱满的叶片。康、饱满的叶片。2.2.用剪刀切下整片叶片,切口用剪刀切下整片叶片,切口要平滑、整齐。也可以直接用要平滑、整齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。手轻轻掰下叶片。3.3.平躺放在沙床上,叶片平躺放在沙床上
8、,叶片间隔相聚间隔相聚2323厘米。厘米。4.4.叶片切口不要有碰脏,叶片切口不要有碰脏,摆放通风处摆放通风处2323天,晾干。天,晾干。5.5.待叶片晾干后移至待叶片晾干后移至半阴处养护。半阴处养护。6.6.约约2 23 3周后生根,或从叶周后生根,或从叶基处长出不定芽。基处长出不定芽。7.7.叶插成功叶插成功细胞的全能性实例实例铁皮石斛是一种名贵中药,野生资源十分稀少,其繁殖主要通过植物组织培养实现。下列有关叙述错误的是()A用植物组织培养的方法繁殖药材表明在一定条件下,细胞分化是可以逆转的B植物细胞的全能性得以表达需要离开母体C新植株的形成是细胞分裂和分化的结果D高度分化的植物细胞不具有
9、全能性D课堂检测:细胞的全能性外植体愈伤组织试管苗植物体脱分化再分化移栽离体无菌适宜培养基适宜的外界条件(温度、光照、气体等)黑暗光照水琼脂有机物无机物 植物激素蔗糖:蔗糖:提供能量、调节渗透压。提供能量、调节渗透压。植物激素:植物激素:主要是生长素和细胞分裂素。主要是生长素和细胞分裂素。生长素生长素/细胞分裂素适中细胞分裂素适中促进愈伤组织的形成。促进愈伤组织的形成。生长素生长素 细胞分裂素细胞分裂素利于根的分化利于根的分化植物组织培养的条件(1 1)离体状态)离体状态(2 2)无菌操作)无菌操作(3 3)种类齐全、比例适合的营养物质)种类齐全、比例适合的营养物质(4 4)植物激素(主要是生
10、长素和细胞分裂素)诱)植物激素(主要是生长素和细胞分裂素)诱导和调节导和调节(5 5)适宜的外界条件(温度、)适宜的外界条件(温度、pHpH、光照等)、光照等)-细胞表现全能性的条件归纳(1)材料的选取同一种植物材料,材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。菊花的组织培养一般选择未开花植株茎上部新萌生的侧枝。(2)常用的培养基是_,主要成分包括:_:N、P、S、K、Ca、Mg等。_:B、Mn、Cl、Zn、Fe、Mo、I、Co等。有机物:甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、以及_(葡萄糖/蔗糖)等。MS培养基大量元素微量元素蔗糖植物组织培养的条件思考1、MS培养基中为什么用蔗糖而不用葡萄糖?分析:
11、蔗蔗糖糖同同样样可可以以作作为为植植物物细细胞胞的的碳碳源源和和能能源源物物质质。配配制制相相同同质质量量分分数数的的培培养养基基,蔗蔗糖糖形形成成的的渗渗透透压压要要明明显显_(低低于于/高高于于)葡葡萄萄糖糖,若若采采用用葡葡萄萄糖糖作作为为碳碳源源,易易使使植植物物细细胞胞脱脱水水而而生生长长不不良良。同同时时,植植物物细细胞胞吸吸收收蔗蔗糖糖的的速速率率要要明明显显_(慢慢于于/快快于于)吸吸收收葡葡萄萄糖糖的的速速率率,所所以以蔗蔗糖糖形形成成的的渗渗透透压压可可较较长长时时间间地地保保持持相相对对稳稳定定。此此外外,微微生生物物生生长长所所需需的的最最适适合合的的碳碳源源是是_,因
12、此,采用蔗糖作为培养基的碳源,可在一定程度上减少,因此,采用蔗糖作为培养基的碳源,可在一定程度上减少_。植物激素:_和_是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素,二者的_、及_等都会影响实验结果。常用的生长素及类似物有NAA(萘乙酸)、2,4-D等。常用的细胞分裂素有6-BA(6-苄基腺嘌呤)、KT(激动素)和玉米素。低于慢于葡萄糖生长素细胞分裂素浓度用量的比例微生物的污染植物组织培养的条件(3)外界条件:如pH、温度、光照等环境条件。思考2、组培时,光照条件该如何控制?分析:形成愈伤组织以及愈伤组织的扩大培养需_,诱导愈伤组织再分化出芽需_。思考3、胡萝卜组织培养时,若选取胡萝卜韧皮部细胞
13、,_(能/不能)培养出完整植物体。与韧皮部细胞相比,选取胡萝卜形成层细胞进行组培更_。避光照光能容易 使用情况 实验结果生长素用量/细胞分裂素用量的比值高生长素用量/细胞分裂素用量的比值低生长素用量/细胞分裂素用量的比值适中促进根分化,抑制芽形成促进芽分化,抑制根形成促进愈伤组织的形成植物组织培养的条件植物组织培养的基本流程外植体愈伤组织芽、根植株脱分化再分化外植体:用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。愈伤组织:细胞排列疏松且无规则、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。脱
14、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。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。探究实验:菊花的组织培养外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽等试管苗完整植株移栽1、原理:2、目的:1 1)了解植物组织培养的基本原理)了解植物组织培养的基本原理2 2)了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例对菊花愈伤组织形成)了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例对菊花愈伤组织形成 和分化的影响和分化的影响3 3)尝试进行植物组织培养)尝试进行植物组织培养3、步骤:1 1)制备外植体)制备外植体2 2)接种到诱导愈伤组织培养基)接种到诱导愈
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