高中生物人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》专题2 细胞工程2.1 植物细胞工程2.1.1 植物细胞工程的基本技术多媒体教学ppt课件

这是一份高中生物人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》专题2 细胞工程2.1 植物细胞工程2.1.1 植物细胞工程的基本技术多媒体教学ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了1植物细胞工程，植物细胞工程，通常采用的技术手段，植物组织培养，植物体细胞杂交，植物细胞的全能性，内容聚焦，植物细胞具有全能性，植物激素，请思考等内容，欢迎下载使用。

概念：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，可以分为植物细胞工程和动物细胞工程。
细胞生物学和分子生物学
按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品
植物细胞工程和动物细胞工程
前者是细胞水平或细胞器水平上生物技术,后者是分子水平上的生物技术。
克隆多莉羊技术是 水平上的技术，培育抗虫棉是 水平上的技术。蛋白质工程是 水平上的技术。
细胞工程与基因工程相比：
原理：植物细胞的全能性。
2.1.1 植物细胞工程的基本技术
所采用技术的理论基础
原理：植物细胞的全能性和细胞膜的流动性。
细胞全能性是实现植物细胞工程的理论基础。
【科学资料】无论是绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多都是通过种子播种或枝条扦插实现繁殖的。其实在一定的条件下，利用它们的一片叶子、一瓣花瓣，甚至一粒花粉，同样可以得到大量的幼小植株。图2-1是科学家利用菊花的花瓣培养出的菊花。
菊花的花瓣是怎样长成一株完整植株呢？
正常情况下，高度分化的花瓣细胞还能不能分裂分化成其他细胞？
外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。
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：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。
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。
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（类似于自然种子胚(合子胚)的结构,），因而统称为胚状体。
为什么菊花的一个花瓣可以培育出完整的植株呢？
已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
具有某种生物的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，也就是说，每个细胞都具有全能性的特点。
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的特性。
生物体的每一个细胞都含本物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。
2）植物细胞全能性一般比动物细胞强
注意：受精卵的全能性最高，一般分化程度低的细胞全能性高
在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，从而构成生物的不同组织和器官（基因选择性地表达的结果）
5、植物细胞表现出全能性的条件：
4．菊花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？
离体一定的营养物质、激素适宜的温度、pH、无菌等外界条件
水、无机盐、蔗糖、氨基酸和有机酸等
6．种子能发育成完整的植株，是否体现了全能性？
不是，种子是由花粉与卵细胞结合而成的受精卵，是有性生殖。种子中的胚已完成了早期的发育，相当于新植物体的幼体，其过程相当于植物的生长。
要把某种植物的一块组织通过培养得到一株完整的植株，应该如何操作呢？
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。
在组织培养过程中，在愈伤组织上产生的一种类似于自然种子胚(合子胚)的结构,具有胚轴、胚根和胚芽等结构。
?①为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？
有光时，往往容易形成维管组织，而不利于形成愈伤组织。
N、P、 S 、 K、Ca、Mg等
B、Mn、Cu、Zn、Fe、M、I、 C等。
甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、蔗糖等
生长素、细胞分裂素、赤霉素等
提供植物细胞生活所必需的无机盐
提供碳源，维持细胞的渗透压。
主要是为了满足离体植物细胞在正常代谢途径受到一定影响后所产生的特殊营养需求。
?②植物组织培养培养基有哪些成分？
不同植物材料常需要改变配方，因此配方的种类很多，以Ms 培养基配方为最常用的一种基本培养基，它利于一般植物组织和细胞的快速生长。
?③培养基中加入的蔗糖什么作用？
不同营养条件对植物组织培养的影响
Grwth medium is ptimised fr regeneratin f plantlets
N sucrse (0%)
Sucrse reduced t 1%
Sucrse increased t 5%
The explant is cmpletely cvered with green shts, and rts are develping n the lwer surface
Very few shts have develped n the explant. N rts and n callus.
Shts develped n edges f upper surface, and sme rt develpment has ccured
Shts have develped ver the surface f the explant, alng with rts frm the lwer surface. The result is cmparable with the cntrl medium
N MS saltsN sign f regeneratin frm explant at all. 
MS salts reduced t 0.47 g. l-1  Sme rt grwth but reduced develpment f shts
MS salts increased t 9.52 g. l-1  Shts develped n upper surface f explant. N rts r callus.
?④决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？
影响植物组织培养的因素：
（1）无菌操作——成功关键
思考：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？
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，导致培养物迅速死亡。
无菌操作避免微生物的污染，是植物组织培养成功的关键。
2，4－二氯苯氧乙酸（2，4－D）、吲哚乙酸（IAA）、萘乙酸（NAA）、吲哚丁酸（IBA）
激动素（KT）、玉米素（ZT）、 6－苄基嘌呤（ 6-BA）
生长素、细胞分裂素和赤霉素
②生长素和细胞分裂素的作用
植物中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。 在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。
③植物激素的浓度、使用的先后顺序以及用量的比例影响植物细胞的发育方向
有利于细胞分裂，但不利分化
有利于根的分化、抑制芽的形成
有利于芽的分化、抑制根的形成
激素使用的先后顺序的影响
思考：以下培养中出现的现象反应了什么问题？
BAP reduced t 0.1 mg. l-1
Pr sht develpment and n rts. Extensive callus generatin
Pr sht develpment and n rts
NAA reduced t 0.1 mg. l-1
Mre balanced develpment f rts and shts. Hwever, undifferentiated callus is develping at the edges f the explant
Prfuse develpment f rts and a reduced number f shts. Undifferentiated callus is develping at the edges f the explant
NAA increased t 5.0 mg. l-1Prfuse develpment f rts ver the explant upper and lwer surface, and few shts. Sme callus
胡萝卜的其他部分（如茎、叶、花）也能培养再生形成小植株，只是诱导愈伤组织比较困难。
一般来说，容易进行无性繁殖的植物，也容易进行组织培养。
不同植物对条件要求不同，如胡萝卜温度23-26℃，菊花18-22℃
（4）培养基浓度、pH、温度、光照等
（离体的植物器官、组织或细胞）
(高度液泡化、排列疏松、无定形的薄壁细胞)
脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后，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：愈伤组织在一定条件下培养，可以再分化生成胚状体或丛芽。
特点：子代与亲代性状高度遗传
人为使用植物激素控制，主要是细胞分裂素、生长素等
欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？？？
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。
1972年卡尔森等通过两个烟草品种之间原生质体的融合，获得了第一个体细胞杂种。
1978年梅尔彻斯(Melchers)等首次获得了番茄和马铃薯的属间体细胞杂种——“Ptamat”。
目前，已得到栽培烟草与野生烟草、栽培大豆与野生大豆、籼稻与野生稻、籼稻与粳稻、小麦与鹅冠草等细胞杂种及其后代，获得了有价值的新品系或育种上有用的新材料。
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？2．有没有一种温和的去壁方法呢？3．为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？4．如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？5．如何将杂种细胞培育成杂种植株？
一、植物体细胞杂交技术过程
【1】植物细胞去掉细胞壁，形成原生质体。
用纤维素酶和果胶酶水解。利用酶的专一性。
原生质体与原生质层的区别
原生质体： 脱去细胞壁的细胞叫原生质体。整个动物细胞也可算做原生质体。
原生质层： 成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。包括细胞膜，细胞质，液泡膜。
【2】诱导两个原生质体融合
物理方法(离心、振动、电激等)化学方法(聚乙二醇(PEG)诱导)
思考：融合后，培养基中有几种类型的细胞？
A、B、AA、BB、AB
融合的细胞都是我们所需要的吗？
可能出现的未融合结果：
【3】融合的原生质体再生出新的细胞壁，形成杂种细胞。
思考：1、参与此过程中的主要细胞器是？2、杂种细胞的染色体数是多少？3、杂种细胞染色体组数是多少？
植物体细胞杂交后代的遗传变化
无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律
两亲本染色体数之和。2n+2m
两亲本染色体组数之和。2+2
两亲本基因型之和。AabbccDd
【4】利用植物组织培养技术将杂种细胞培育成杂种植株。
二、植物体细胞杂交技术优点：
植物体细胞杂交 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植物体的技术。
原理——细胞膜的流动性+植物细胞的全能性
优点：克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展杂交的亲本组合范围。
烟草-海岛烟草、胡萝卜-羊角芹、白菜-甘蓝等。
我国科学家培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。
有可能杂交不成功，即使杂交成功也可能不产生人们想要的性状。
失败的原因：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。
三、植物体细胞杂交技术缺点：
成功的原因：杂种细胞含有两个亲本的全套遗传物质。
物理方法 化学方法：
植物体细胞杂交技术过程：
克服不同生物远源杂交不亲和的障碍！
细胞膜的流动性和细胞的全能性。
标志杂种细胞的形成，也标志着原生质体融合的成功
保持优良性状繁殖速度快、大规模生产提高经济效益
杂交技术应用了组织培养
克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍
①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养