高中生物 2.1.1 植物細胞工程的基本技術課件 新人教版選修3.ppt

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目標導航,預習導引,目標導航,預習導引,一,二,三,一、細胞工程細胞工程是指應用細胞生物學和分子生物學的原理和方法,通過細胞水平或細胞器水平上的操作,按照人的意愿來改變細胞內(nèi)的遺傳物質或獲得細胞產(chǎn)品的一門綜合科學技術。根據(jù)操作對象的不同,可分為植物細胞工程和動物細胞工程。你知道的細胞工程技術有哪些?提示植物組織培養(yǎng)、植物體細胞雜交、動物細胞培養(yǎng)、動物細胞核移植、動物細胞融合、單克隆抗體等。,,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,二、植物組織培養(yǎng)技術1.概念:植物組織培養(yǎng)技術就是在無菌和人工控制條件下,將離體的植物器官、組織、細胞,培養(yǎng)在人工配制的培養(yǎng)基上,給予適宜的培養(yǎng)條件,誘導其產(chǎn)生愈傷組織、叢芽,最終形成完整的植株。2.理論基礎:植物細胞的全能性。3.過程:離體的植物器官、組織或細胞經(jīng)脫分化形成愈傷組織,愈傷組織經(jīng)再分化生成胚狀體或叢芽,進而發(fā)育成完整的植株。4.植物細胞的全能性:具有某種生物全部遺傳信息的任何一個細胞都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。,,,,,,,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,植物組織培養(yǎng)是植物細胞工程中最基本的技術,利用這項技術,可以把植物的一片葉子、一片花瓣,甚至一?；ǚ叟囵B(yǎng)成幼小的植株。(1)植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)對象是什么?提示離體的植物器官、組織和細胞。(2)植物組織培養(yǎng)的條件是什么?提示無菌和人工控制的條件下,人工配制的培養(yǎng)基、適宜的培養(yǎng)條件。(3)植物組織培養(yǎng)的結果是什么?提示誘導離體的植物器官、組織和細胞產(chǎn)生愈傷組織、叢芽,最終形成完整的植株。,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,三、植物體細胞雜交技術1.概念:將不同種的植物體細胞,在一定條件下融合成雜種細胞,并把雜種細胞培育成新的植物體的技術。2.過程:(1)用纖維素酶和果膠酶除去細胞壁得到原生質體。(2)人工誘導原生質體融合。(3)誘導再生出新的細胞壁形成雜種細胞。(4)培養(yǎng)雜種細胞,經(jīng)脫分化形成愈傷組織、再分化生成胚狀體或叢芽,進而發(fā)育成完整的小植株。,,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,3.誘導融合的方法:物理法包括離心、振動、電激等?；瘜W法一般是用聚乙二醇(PEG)作為誘導劑。融合完成的標志:再生出細胞壁。4.實例:番茄與馬鈴薯體細胞雜交,培育出“番茄—馬鈴薯”雜種植株。5.重要意義:克服不同生物遠緣雜交的障礙。,,,,,,,目標導航,預習導引,一,二,三,自然界中有一種含有葉綠體的原生動物——眼蟲,這說明植物的細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活。請分析動物細胞與植物細胞之間是否可以實現(xiàn)雜交。提示根據(jù)眼蟲的特點,動物細胞與植物細胞之間理論上可以實現(xiàn)雜交。,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一、植物細胞的全能性與組織培養(yǎng)1.細胞的全能性(1)具有全能性的原因:體細胞一般都是由受精卵通過有絲分裂增殖而來的,一般生物體的每一個細胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質,都有發(fā)育成為完整個體所必需的全部基因。(2)不同細胞全能性的大小①體細胞全能性:分化程度低的>分化程度高的,細胞分裂能力強的>細胞分裂能力弱的。②不同細胞全能性:受精卵>生殖細胞>干細胞>體細胞。③不同生物的細胞全能性:植物細胞>動物細胞。(3)全能性與細胞分化的關系:隨著細胞分化程度的不斷提高,細胞的全能性逐漸降低。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,2.植物組織培養(yǎng)(1)原理:植物細胞具有全能性。(2)流程:,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,3.植物細胞全能性表達所需的條件(1)體細胞未表現(xiàn)全能性的原因:基因的選擇性表達。(2)體現(xiàn)細胞全能性的條件:,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,4.脫分化和再分化的比較,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例1】下圖所示為胡蘿卜的離體組織通過無菌操作,接入試管后,在一定條件下,形成試管苗的培育過程,請據(jù)圖回答下列問題。(1)愈傷組織是離體組織不斷分裂后形成的不規(guī)則的細胞團,在愈傷組織形成過程中,必須從培養(yǎng)基中獲得、和小分子有機物等營養(yǎng)物質。(2)要促進離體組織分裂和生長,培養(yǎng)基中應用和兩類激素。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,(3)此過程依據(jù)的原理是。A和B階段主要進行的分裂方式是,B階段除了細胞分裂外,還進行細胞等。(4)A階段是形成愈傷組織的過程,此過程不需要光照,而B階段需要光照,原因是。解析愈傷組織的形成需要水、無機鹽、小分子有機物、生長素和細胞分裂素等物質。植物組織培養(yǎng)的原理是細胞的全能性,既有細胞的分裂,也有細胞的分化,主要包括脫分化和再分化兩個過程。試管苗中葉綠素的合成需要光照。答案(1)水無機鹽(2)細胞分裂素生長素(3)細胞的全能性有絲分裂分化(4)脫分化芽發(fā)育成葉,葉肉細胞中葉綠素的合成需要光照,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,下圖是某植物的培育過程,請據(jù)圖判斷下列敘述錯誤的是()A.A→F不能體現(xiàn)細胞的全能性B.C中是高度液泡化的薄壁細胞C.植株A和F中的染色體組數(shù)不同D.植株F一般不能直接應用于生產(chǎn)解析花藥離體培養(yǎng)用到的生殖細胞同樣具有全能性。C中愈傷組織細胞是高度液泡化的薄壁細胞。植株F是植株A的單倍體,植株A和F中的染色體組數(shù)不同。單倍體植株高度不育,植株F一般不能直接應用于生產(chǎn)。答案A,,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,植物組織培養(yǎng)時需注意的問題(1)取材:外植體的脫分化難易程度因植物種類、器官來源及生理狀況的不同而有很大差異?；ê陀啄鄣慕M織脫分化較為容易,而植物的莖、葉和成熟的組織則較難。另外制備外植體時應選取有形成層的部分,因為形成層細胞易脫分化。(2)消毒和滅菌:植物組織培養(yǎng)成功的關鍵是避免微生物的污染,所有實驗用具要嚴格滅菌,接種過程進行嚴格的無菌操作。外植體、操作者的手等要進行消毒。(3)光照:離體的植物器官、組織和細胞脫分化形成愈傷組織時,需避光處理;愈傷組織再分化形成植物幼苗時,需光照處理。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,(4)激素:生長素和細胞分裂素的用量及比例不同,對植物組織培養(yǎng)的影響不同。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,二、植物體細胞雜交技術1.原理(1)植物體細胞雜交實現(xiàn)的基礎:細胞膜的流動性。(2)植物組織培養(yǎng)的基礎:植物細胞的全能性。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,2.操作過程,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,3.植物體細胞雜交的優(yōu)點和局限性(1)優(yōu)點:克服遠緣雜交不親和的障礙。(2)局限性:目前仍有許多理論和技術問題未解決,還不能讓雜種植物按照人們的需求表現(xiàn)出親代的優(yōu)良性狀。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,【例2】據(jù)下面植物體細胞雜交技術流程圖回答相關問題。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,(1)①過程是,需要用和處理。(2)②過程的發(fā)生需要進行,通常利用離心、振動、電激等法,而化學法一般用作誘導劑。(3)原生質體融合的關鍵是的融合,利用的原理是。(4)融合后的原生質體會生出細胞壁,新細胞壁的產(chǎn)生與細胞內(nèi)的(細胞器)有關。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,解析植物體細胞融合前,首先要利用纖維素酶和果膠酶去除細胞壁,形成原生質體,即①過程。②過程為原生質體融合,需要進行人工誘導,人工誘導有兩種方法:物理法和化學法。在化學法中常用聚乙二醇作為誘導劑。細胞原生質體融合的關鍵是細胞膜的融合,利用的原理是細胞膜的流動性。植物細胞壁的形成與高爾基體有關。答案(1)去除細胞壁纖維素酶果膠酶(2)人工誘導物理聚乙二醇(3)細胞膜細胞膜具有一定的流動性(4)高爾基體,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,下圖為植物體細胞雜交過程示意圖。下列說法不正確的是(),A.植物體細胞雜交的最大優(yōu)點是可以克服遠緣雜交不親和的障礙B.雜種細胞經(jīng)過④和⑤過程可以培育成雜種植株說明雜種細胞具有全能性C.盡管愈傷組織可以進行光合作用,但其培養(yǎng)基中仍需要糖類、氨基酸等有機營養(yǎng)D.若植物細胞A的基因型為Rr,植物細胞B的基因型為Yy,則最終形成的雜種植株的基因型為RrYy,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,解析植物體細胞雜交的最大優(yōu)點是可以克服遠緣雜交不親和的障礙。雜種細胞經(jīng)過脫分化和再分化過程可以培育成雜種植株,說明雜種細胞具有全能性。愈傷組織不能進行光合作用,所以其培養(yǎng)基中需要糖類、氨基酸等有機營養(yǎng)。若植物細胞A的基因型為Rr,植物細胞B的基因型為Yy,則最終形成的雜種植株的基因型為RrYy。答案C,,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,(1)植物體細胞雜交過程中,細胞融合成功后培養(yǎng)基中主要有5種細胞類型(A、B、AA、BB、AB),其中兩兩融合細胞類型有3種(AA、BB、AB),而真正符合要求的是AB,因此要對融合細胞進行篩選。(2)由于雜種植株含有兩個親本的遺傳物質,因此具有兩個親本的遺傳性狀。(3)植物體細胞雜交即兩個細胞融合成一個細胞,不管染色體、基因組還是染色體組都采用直接相加的方法,所以變異類型應是染色體數(shù)目的變異。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,舉例:①二倍體白菜和二倍體甘藍體細胞雜交得到的白菜—甘藍有四個染色體組,為四倍體。②二倍體白菜配子和二倍體甘藍配子雜交得到的新個體有兩個染色體組,稱為二倍體。(4)“番茄—馬鈴薯”雜種植株沒有如科學家所想象的那樣,地上長番茄、地下結馬鈴薯的原因。生物基因的表達不是孤立的,它們之間是相互調控、相互影響的,所以番茄—馬鈴薯雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質,但這些遺傳物質的表達會相互干擾,不能像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達。,一,二,知識精要,典題例解,遷移應用,1.細胞全能性的理解誤區(qū)細胞具有全能性是因為細胞中具有發(fā)育成完整個體所必需的“全套基因”而不是“全部基因”,配子中有“全套基因”,因此仍然具有全能性?！纠?】下列有關植物細胞全能性的敘述,正確的是()A.只有體細胞才具有發(fā)育成完整個體所必需的全套基因B.已分化的細胞在結構和功能上的特化不能逆轉C.植物細胞的全能性是植物組織培養(yǎng)技術的理論基礎D.配子不能表現(xiàn)出全能性的原因是它所含的基因比體細胞減少一半,解析體細胞和生殖細胞都含有發(fā)育成完整個體所必需的全套基因,A項錯誤;已分化的植物細胞在特定的條件下,如離體、提供一定的營養(yǎng)、提供植物激素和適宜的環(huán)境條件,會發(fā)生脫分化形成愈傷組織,細胞表現(xiàn)出全能性的前提條件之一是離體,B項錯誤;植物組織培養(yǎng)技術的原理是植物細胞具有全能性,C項正確;配子含有該生物全套的遺傳物質,具有全能性,且全能性相對較高,在一定條件下能表現(xiàn)出全能性,D項錯誤。答案C,,2.植物組織培養(yǎng)與光照(1)植物組織培養(yǎng)并不是全過程都需要光照。誘導形成愈傷組織的過程中需要避光培養(yǎng),黑暗條件下脫分化形成愈傷組織。再分化過程一定要有光照。(2)影響組織培養(yǎng)的光照條件不僅是光照強度,光照時間和波長等都影響植物組織培養(yǎng)。,【例2】玫瑰被譽為“花中皇后”,是最著名的花卉之一;玫瑰精油也是世界上最貴的植物精油之一,具有“軟黃金”之稱。請分析回答下列問題。(1)如果要用植物組織培養(yǎng)的方法對玫瑰進行大規(guī)模種植,需要在超凈工作臺上對玫瑰組織塊進行。(2)在誘導愈傷組織形成過程中,需要對切取的玫瑰組織塊進行(填“光照”或“避光”)培養(yǎng)。(3)2,4-D常用于對愈傷組織的誘導,對形態(tài)的發(fā)生有抑制作用,為促進愈傷組織再分化,在配制分化培養(yǎng)基時,需(填“升高”“保持”或“降低”)2,4-D的濃度。,(4)若取長勢相同并經(jīng)過消毒的玫瑰花芽若干,隨機均分為5份,分別培養(yǎng)在含有不同比例的吲哚乙酸和細胞分裂素的培養(yǎng)基中,花芽的生長狀況如下表所示:,①在此過程中能實現(xiàn)脫分化的花芽是組。②根據(jù)實驗結果,在生產(chǎn)中,欲快速、大量獲得花芽,可選用組的培養(yǎng)基進行大量生產(chǎn)。解析(1)用于植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)基也適于其他微生物的生長,因此要用植物組織培養(yǎng)的方法對玫瑰進行大規(guī)模種植,需要在超凈工作臺上對玫瑰組織塊進行消毒。(2)誘導愈傷組織形成過程中,在有光時容易形成維管組織,而不易形成愈傷組織,所以,在誘導愈傷組織形成過程中,需要對切取的玫瑰組織塊進行避光培養(yǎng)。(3)2,4-D會抑制愈傷組織的再分化,在配制分化培養(yǎng)基時需降低2,4-D的濃度。(4)①根據(jù)表格分析,脫分化形成愈傷組織的是B、C、D組,A組組織切塊,E組稍生長。②根據(jù)實驗結果在生產(chǎn)中,欲快速、大量獲得花芽,可選用D組的培養(yǎng)基進行大量生產(chǎn)。答案(1)消毒(2)避光(3)降低(4)①B、C、D②D,,,3.關于植物體細胞雜交的認識誤區(qū)(1)植物體細胞雜交中新細胞壁形成意味著細胞融合完成,是形成雜種細胞的標志,而植物體細胞雜交完成的標志是培育出雜種植物,而不是形成雜種細胞。(2)植物體細胞雜交育種的過程不僅包括不同植物細胞的融合,還包括組織培養(yǎng)的過程。(3)誘導體細胞融合后還需要有一個篩選雜種細胞(即原生質體A和原生質體B融合形成的雜種細胞)的過程。,【例3】如圖所示為細胞融合技術的一些過程,據(jù)圖回答下列問題。(1)從A和B細胞到C細胞的過程中,必須用(化學方法)處理。(2)若A、B細胞為植物細胞,那么,這樣的細胞已經(jīng)用酶降解脫掉了細胞壁,由此生成的A和B細胞稱為,C細胞融合完成的標志是。形成D細胞后還要應用技術,把其培養(yǎng)成植株,這種育種方法的優(yōu)點是。,(3)若A為人細胞,B為鼠細胞,并分別用紅、綠熒光染料標記細胞上的蛋白質,在C細胞階段,細胞一半發(fā)紅色熒光,一半發(fā)綠色熒光,到D細胞階段,兩種顏色的熒光均勻分布,原因是。,解析(1)A細胞和B細胞融合形成C細胞時,可采用物理法和化學法,其中化學法常用的誘導劑是聚乙二醇(PEG)。(2)植物細胞去除細胞壁后,剩余的結構為原生質體;C細胞融合完成的標志是再生出新的細胞壁。將雜種細胞(D)培養(yǎng)成雜種植株,還需要采用植物組織培養(yǎng)技術;植物體細胞雜交的優(yōu)點是克服了遠緣雜交不親和的障礙。(3)若A為人細胞,B為鼠細胞,并分別用紅、綠熒光染料標記細胞上的蛋白質,在C細胞階段,細胞一半發(fā)紅色熒光,一半發(fā)綠色熒光,到D細胞階段,兩種顏色的熒光均勻分布,原因是細胞膜的磷脂和蛋白質大多可以運動,使細胞膜具有一定的流動性。答案(1)聚乙二醇(PEG)(2)原生質體細胞壁再生植物組織培養(yǎng)克服了遠緣雜交不親和的障礙(3)細胞膜的磷脂和蛋白質大多可以運動,使細胞膜具有一定的流動性,,