新課標(biāo)人教版高中生物選修三專題二細(xì)胞工程

1、細(xì)胞工程,指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過某種工程學(xué)手段，在細(xì)胞整體水平或細(xì)胞器水平上，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。,細(xì)胞工程,植物細(xì)胞工程,,,動(dòng)物細(xì)胞工程,植物細(xì)胞工程,一、植物組織培養(yǎng),1、原理：細(xì)胞的全能性,,細(xì)胞的全能性,1. 概念:,已高度分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個(gè)體的潛能。,2. 原因：,生物體細(xì)胞含有本物種所特有的全套遺傳信息。,3. 全能性高低：,①受精卵＞胚

2、胎干細(xì)胞＞生殖細(xì)胞＞體細(xì)胞②植物細(xì)胞＞動(dòng)物細(xì)胞,一、植物組織培養(yǎng),2、植物組織培養(yǎng)的條件內(nèi)因：離體細(xì)胞、組織或器官外因：1）適宜的外界環(huán)境條件，例如無菌、適宜的溫度、濕度、光照等2）培養(yǎng)基（一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，激素）,植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基,無機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分：無機(jī)鹽離子有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分： ① 含N物質(zhì)：包括維生素和氨基酸 ② 碳源：2%—5%的蔗糖溶液，調(diào)節(jié)滲透壓 ③ 瓊脂：起支持作用 ④ 激素：生長(zhǎng)素，細(xì)胞分裂素和赤霉素

3、PH值：5.0－6.0,一、 植物組織培養(yǎng),一、植物組織培養(yǎng),3、 植物組織培養(yǎng)的基本過程外植體 愈傷組織 胚狀體已分化出根、芽,,分化程度降低，分裂能力增強(qiáng),重新分化出組織器官的過程（細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素）,細(xì)胞分化程度與細(xì)胞分裂能力呈負(fù)相關(guān),愈傷組織的形成,愈傷組織：離體的植物器官、組織或細(xì)胞，在培養(yǎng)一段時(shí)間以后，通過細(xì)胞分裂，形成一種排列疏松無規(guī)則、高度液泡化、無定形態(tài)的薄壁細(xì)胞組成的組織。,植物組織培養(yǎng)（試管

4、苗的形成）,試管苗大規(guī)模培養(yǎng),移栽,經(jīng)過煉苗的小苗，可以和一般植物一樣進(jìn)行大規(guī)模栽培,植物組織培養(yǎng)的概念：,在無菌和人工控制的條件下將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予一定的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)產(chǎn)生愈傷組織和胚狀體，最終形成完整的植株。,,,能力訓(xùn)練：,1、下列不能作為植物組織培養(yǎng)的材料是：,D,植物體細(xì)胞雜交應(yīng)用研究,1、定義：,將兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞融合成一個(gè)雜種細(xì)胞，且把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的過程。,2、

5、優(yōu)勢(shì)：（與有性雜交方法比較）,克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙，拓展了可用于雜交的親本組合范圍。。,植物體細(xì)胞雜交,植物體細(xì)胞雜交過程示意圖,標(biāo)志,,去壁,思考題,細(xì)胞壁如何去除？原生質(zhì)層如何融合？融合的基礎(chǔ)是什么？雜交完成的標(biāo)志是什么？最后通過什么手段得到新個(gè)體 ？,融合體,雜種細(xì)胞,去壁的常用方法：,原生質(zhì)體融合方法：,植物體細(xì)胞雜交過程示意圖,細(xì)胞融合的基礎(chǔ)：,細(xì)胞膜的流動(dòng)性,不能人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合的方法是：,A、振動(dòng)

6、 B、電刺激、 C、PEG試劑、 D、重壓,對(duì)應(yīng)訓(xùn)練,植物細(xì)胞工程的實(shí)際應(yīng)用,,（一）、植物繁殖的新途徑,（二）、作物新品種的培育,（三）、細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),1.單倍體育種,2.突變體的利用,藥物，香料，蛋白質(zhì)等,一、植物繁殖的新途徑,1.微型繁殖(屬無性繁殖) (1)微型繁殖技術(shù)（快速繁殖技術(shù)）:

7、 快速繁殖優(yōu)良品種的植物組織培養(yǎng)技術(shù). (2)特點(diǎn):保持優(yōu)良品種的遺傳特性; 高效快速地實(shí)現(xiàn)種苗的大量繁殖.,2.培育脫毒作物 (1)材料:無病毒的莖尖 (2)脫毒苗:切取莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng)獲得,人工種子,用人工種皮包被體細(xì)胞胚，可以制造人工種子人工種皮：藻酸鈉解決有些植物結(jié)子困難、發(fā)芽率低、繁殖困難等問題,植物組織培養(yǎng)大量生產(chǎn)

8、紫草素,現(xiàn)在已有胡蘿卜、芹菜、柑橘、咖啡、棉花、玉米、水稻、橡膠等幾十種植物的人工種子試種成功，但由于成本較高，中國(guó)尚未應(yīng)用于生產(chǎn)。,,08江蘇高考：下列關(guān)于植物組織培養(yǎng)的敘述中，錯(cuò)誤的是 A．培養(yǎng)基中添加蔗糖的目的是提供營(yíng)養(yǎng)和調(diào)節(jié)滲透壓B．培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素影響愈傷組織的生長(zhǎng)和分化C．離體器官或組織的細(xì)胞都必須通過脫分化才能形成愈傷組織D．同一株綠色開花植物不同部位的細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)獲得的愈傷組織基因相同

9、,D,細(xì)胞工程的概念,細(xì)胞工程是指應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)的原理和方法，通過細(xì)胞水平或細(xì)胞器水平上的操作，按照人們的意愿來改變細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)或獲得細(xì)胞產(chǎn)品的一門綜合科學(xué)技術(shù)。,植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)和理論基礎(chǔ),植物細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)是： 植物細(xì)胞的全能性,概念：細(xì)胞的全能性是指生物體的細(xì)胞具有使后代細(xì)胞形成完整個(gè)體的潛能。原因：是生物體的每一個(gè)細(xì)胞都含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì)及發(fā)育為完整個(gè)體所必需的全部基因。,細(xì)胞

10、的全能性,當(dāng)植物細(xì)胞脫離了原來所在植物體的器官或組織而處于離體狀態(tài)時(shí)，在一定的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素和其他外界條件的作用下，就可能表現(xiàn)出全能性，發(fā)育成完整的植株。,在生物的個(gè)體發(fā)育中，由于基因在特定時(shí)間和空間下選擇性地表達(dá)而形成不同器官，因此，要實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的全能性，首先必須使生物體的細(xì)胞處于離體狀態(tài)。,植物組織培養(yǎng)的概念,植物組織培養(yǎng)就是在無菌和人工控制條件下，將離體的植物器官、組織、細(xì)胞，培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上，給予適宜的培養(yǎng)條件，誘導(dǎo)其產(chǎn)生

11、愈傷組織、叢芽，最終形成完整的植株。,植物組織培養(yǎng)的過程,,,,離體的植物器官、組織或細(xì)胞,脫分化（又叫去分化）,愈傷組織（排列疏松而無規(guī)則，高度液泡化的呈無定形狀態(tài)的薄壁細(xì)胞）,再分化,根或芽等器官,植物體,,相關(guān)問題,1、在植物組培過程中，為什么要進(jìn)行一系列的消毒，滅菌，并且要求無菌操作？2、為什么切取胡蘿卜根的形成層，其他部分也能培養(yǎng)成小植株嗎？3、為什么誘導(dǎo)愈傷組織的過程中應(yīng)避光培養(yǎng)？,植物體細(xì)胞雜交的概念,將不同種植物的體

12、細(xì)胞，在一定條件下融合成雜種細(xì)胞，并把雜種細(xì)胞培育成新的植物體的技術(shù)。 （不同種生物之間存在著生殖隔離，所以用傳統(tǒng)的有性雜交方法是不可能做到這一點(diǎn)的）,相關(guān)問題,（1）要想讓兩個(gè)來自不同植物的體細(xì)胞融合在一起，遇到的第一個(gè)障礙是什么？（2）有沒有一種溫和的去細(xì)胞壁的方法？（3）為什么兩個(gè)原生質(zhì)體能發(fā)生融合，這與細(xì)胞膜的什么特性有關(guān)？（4）如果兩個(gè)來源不同的原生質(zhì)體發(fā)生融合形成了雜種細(xì)胞，下一步該對(duì)此細(xì)胞做何種處理？（5）如何將雜

13、種細(xì)胞培育成雜種植株？,植物體細(xì)胞雜交過程,雜合的原生質(zhì)體,雜種細(xì)胞,愈傷組織,雜種植株,植物體細(xì)胞雜交過程,原生質(zhì)體制備（酶解法去細(xì)胞壁）原生質(zhì)體融合（人工誘導(dǎo)） 雜種細(xì)胞的篩選和培養(yǎng)（形成愈傷組織）雜種植株的再生與鑒定,,,,物理法：離心、振動(dòng)、電刺激等化學(xué)法：聚乙二醇等試劑,纖維素酶、果膠酶等,問題,為什么“番茄—馬鈴薯”超級(jí)雜種植株沒有如科學(xué)家所想像的那樣，地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯？主要原因是：生物基因的表達(dá)不

14、是孤立的，它們之間是相互調(diào)控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細(xì)胞中雖然具備兩個(gè)物種的遺傳物質(zhì)，但這些遺傳物質(zhì)的表達(dá)受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)，雜交植株不能地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯就是很自然的了。,問題,自然界中有一種含有葉綠體的原生動(dòng)物──眼蟲，說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動(dòng)物細(xì)胞中存活，請(qǐng)?zhí)接懀簞?dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞之間可以實(shí)現(xiàn)雜交嗎？如果理論上可行，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)出具體實(shí)驗(yàn)方案。,異想天開,植物細(xì)胞

15、工程的實(shí)際應(yīng)用,繁殖植物的新途徑微型育種作物脫毒人工種子育種新方法單倍體育種誘導(dǎo)突變體細(xì)胞產(chǎn)物的工廠化生產(chǎn),概念：應(yīng)用組織培養(yǎng)技術(shù)，快速繁殖植物（也叫快速繁殖技術(shù)）原理：植物細(xì)胞的全能性優(yōu)點(diǎn)：繁殖率高，可大批量生產(chǎn) 取材少 培養(yǎng)周期短 保持優(yōu)良性狀,微型繁殖,作物脫毒,病毒在作物體內(nèi)逐年積累，會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，品質(zhì)變差分生區(qū)附近（莖尖、根尖）的病毒極少，甚

16、至沒有采用莖尖進(jìn)行組織培養(yǎng),人工種子,結(jié)構(gòu)：人工薄膜+胚狀體（不定芽、頂芽、腋芽）優(yōu)點(diǎn)：不受氣候、季節(jié)、地域的限制保留優(yōu)良性狀時(shí)間短，占地少技術(shù)：組織培養(yǎng)原理：細(xì)胞全能性,,養(yǎng)分、無機(jī)鹽、有機(jī)碳源、農(nóng)藥、抗生素、有益菌生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,單倍體育種,方法：花藥離體培養(yǎng) 技術(shù)：組織培養(yǎng)獲得單倍體秋水素處理單倍體的幼苗，使染色體加倍優(yōu)點(diǎn)：明顯縮短了育種年限后代穩(wěn)定遺傳,突變體的利用,利用組織培養(yǎng)時(shí)，分裂狀態(tài)的細(xì)胞