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植物组织培养和体细胞杂交技术


专题2

细胞工程

什么叫细胞工程?包括哪两 大领域?
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。

应用的原理和方法 概念 研究的水平 研究的目的 细 胞 工 程 分类 动物细胞工程



细胞生物学和 分子生物学 细胞整体水平 或细胞器水平

定向改造生物 的遗传性状 细胞的 全能性

植物细胞工程 理论基础

2.1植物细胞工程
§2.1.1植物细胞工程的基本技术

植物组织培养

学习目标及重难点
? ? ? ? ? ? ? ? ? 目标: 1、能简述植物组织培养的原理和过程 2、能简述植物体细胞杂交的原理和过程 3、理解细胞的全能性 重点: 1、植物组织培养的原理和过程 2、植物体细胞杂交的原理 难点: 植物组织培养实验

利用菊花花瓣微型繁殖培养的菊花

探究:
1、为什么植物的一瓣花瓣可以培育成一株完 整的植株呢? 植物细胞具有全能性。 2、什么是细胞的全能性?

一、细胞的全能性
1、定义: 已高度分化的细胞仍具有发育成完 整生物体的潜能。 ★2、原理:生物体的每一个细胞都包含有该物 种所特有的全套遗传物质,都有发 育成为完整个体所必需的全部基因 ★ 3、差异:(1) 受精卵的全能性最高
(2) 受精卵分化后的细胞中,体细胞 的全能性比生殖细胞低。 受精卵 > 生殖细胞 > 体细胞 ★ 4、大小:

植物细胞>动物细胞

★ 5、生物体内的细胞为什么没有表现出全能 性,而是分化成不同的组织器官? 在特定的时间和空间条件下,基因选择性 的表达的结果。

★ 6、表现全能性的条件有哪些?

离体、提供营养物质、激素、无菌 条件及其它适宜条件。

趁热打铁:
1、有关全能性的表述中,不正确的是( C ) A.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 B.生物体内细胞由于分化全能性不能表达 C.卵细胞和受精卵一样,细胞未分化,全能 性很高 D.植物细胞离体培养在一定条件下能表现出 全能性

2.下列植物细胞全能性最高的是( A ) A.形成层细胞 B.韧皮部细胞 C.木质部细胞 D.叶肉细胞 3.下列细胞全能性最高的是( C ) A.植物的卵细胞 B.植物的精子细胞 C.被子植物的受精卵 D.被子植物的的叶肉细胞

二、植物组织培养
1、概念

植物组织培养就是在无菌和人工控制 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、过程
离体的植物器官、组织或细胞
脱分化 (遮光)

外植体

植物激素:

愈伤组织
再分化 (光照)

细胞分裂素、生长 素

胚状体、丛芽 离体、一定的营养条件和 植物体 激素、无菌、适宜的外界 条件(温度、空气、PH、 适时光照等)。

植物组织培养条件:

强调几个概念:
1、愈伤组织:离体的植物器
官、组织或细胞,在培养一
段时间以后,通过细胞分裂, 形成一种排列疏松、高度液 泡化、无定形状态的具分生 能力的薄壁细胞。

2、植物细胞的脱分化:由高度分化的植物 器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程。

注意:脱分化的实质和结果分别是什么?
实质是恢复细胞的全能性过程。
结果是形成愈伤组织。 3、植物细胞的再分化:脱分化产生的愈伤组织在 培养过程中重新分化出根或芽等器官的过程。

移栽
经过炼 苗的小 苗,可 以和一 般植物 一样进 行大规 模栽培

能力提高
1、为什么诱导愈伤组织的过程中应避 光培养?

在有光时,往往容易形成维管组 织,而不易形成愈伤组织。
2、决定植物脱分化、再分化的关键因 素是什么? 植物激素

反馈练习
1.下列属于组织培养的是:( A.花粉培养成单倍体植株 B.芽发育成枝条 C.根尖分生区发育成成熟区 D.未受精的卵发育成植株

A)

2.在离体的植物器官、组织或细胞脱 分化形成愈伤组织的过程中,下列 哪一项条件是不需要的(C ) A.消毒灭菌 B.适宜的温度 C.充足的光照 D.适宜的养料和激素

3.要将胡萝卜韧皮部细胞培养成完 整植株,不需要( C ) A.具有完整细胞核的细胞 B.离体状态 C.导入外源基因 D.一定的营养物质和激素

三、植物体细胞杂交技术
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,所以用 传统的有性杂交方法是 不可能做到这一点的。 于是,这些科学家试图用这两种植物的体 细胞进行杂交,来实现这一美妙的设想。

(1)

植物体细胞杂交 过程示意图
(2)
(3)
标志

去壁

(1) (5)

(4)

三、植物体细胞杂交技术
1、过程
植物细胞A
去壁

植物细胞的融合
方法?
融合 完成 的 标志

植物组织培养

原生质体A 原生质体B
去壁

人 工 诱 导

融合的 原生质 体AB

杂种 细胞 脱 再 AB 分
生 出 细 胞 壁


愈 伤 组 织

再 分 化

杂 种 植 株

植物细胞B

促进融合 的方法?

2、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,并把杂种细胞 培育成新的植物体的技术。

3、优势和未解决的问题
优势(与有性杂交方法比较) :打破了不同种生 物间的生殖隔离限制,大大扩展了可用于 杂交的亲本组合范围。 未解决的问题:未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良。

思考与探究
1.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?
马铃薯—番茄没有像人们预想的那样地上长番 茄、地下结马铃薯,主要原因是: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, 所以马铃薯—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,杂交植株不能地上长番茄、地下结马 铃薯就是很自然的了。

练习2:

下图是植物组织培养的简略表示。

据此回答:

(1)①表示 , 它能被培养成为④的根本原因 是 植物细胞的全能性。 。
离体的器官、组织或细胞

愈伤组织 (2)②表示 ,它与①相比
分化程度 低 ,全能性 (填编号) 。 高

(3)若想制作人工种子,应该选用





单倍体植株 (4)若①是花药,则④是 ,继 秋水仙素 处理可获得 纯合 续对其使用______ _ 正常植株,该过程称为 单倍体育种 。

(5)若①是胡萝卜根尖细胞,则培养成
的④的叶片的颜色是绿色 ,这说明根尖

细胞 含有叶绿体形成相关的基因



巩固练习 1、在生物体的所有细胞 中,全能性最高的是 A、卵细胞 B、植物花粉 C、体细胞 D、受精卵

D

2、在生物体内 ,细胞没有表 现出全能性,而是分化为不同 的组织、器官,是因为( )

A、细胞丧失了全能性 B、 基因的表达有选择性 C、不同的细胞内基因不完全相同 D、在个体发育的不同时期,细胞 内的基因发生了变化

B

植物体细胞杂交尚未解决的 问题是( ) A、去掉细胞壁,分离出有活 力的原生质体 B、 让杂种植物按照人们的需要表 现出亲代的优良性状 C、将杂种细胞培育成植株 D、尚未培育出属间杂种植物
3、

B

4、不能人工诱导原 生质体融合的方法 是( ) A、 振动 B、电剌激 C、PEG试剂D、重压

D

小结

植 物 细 胞 工 程

所采用技术 的理论基础

植物细胞的全能性

通常采用的 技术手段

植物组织培养

植物体细胞杂交


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