高中生物 2.1.1 植物細(xì)胞工程的基本技術(shù)課件 新人教版選修3.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,一、細(xì)胞工程 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)。根據(jù)操作對(duì)象的不同,可分為植物細(xì)胞工程和動(dòng)物細(xì)胞工程。 你知道的細(xì)胞工程技術(shù)有哪些? 提示植物組織培養(yǎng)、植物體細(xì)胞雜交、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)、動(dòng)物細(xì)胞核移植、動(dòng)物細(xì)胞融合、單克隆抗體等。,,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,二、植物組織培養(yǎng)技術(shù) 1.概念:植物組織培養(yǎng)技術(shù)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)生愈傷組織、叢芽,最終形成完整的植株。 2.理論基礎(chǔ):植物細(xì)胞的全能性。 3.過程:離體的植物器官、組織或細(xì)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(jìn)而發(fā)育成完整的植株。 4.植物細(xì)胞的全能性:具有某種生物全部遺傳信息的任何一個(gè)細(xì)胞都具有發(fā)育成完整生物體的潛能。,,,,,,,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,植物組織培養(yǎng)是植物細(xì)胞工程中最基本的技術(shù),利用這項(xiàng)技術(shù),可以把植物的一片葉子、一片花瓣,甚至一粒花粉培養(yǎng)成幼小的植株。 (1)植物組織培養(yǎng)的培養(yǎng)對(duì)象是什么? 提示離體的植物器官、組織和細(xì)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(jié)果是什么? 提示誘導(dǎo)離體的植物器官、組織和細(xì)胞產(chǎn)生愈傷組織、叢芽,最終形成完整的植株。,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,三、植物體細(xì)胞雜交技術(shù) 1.概念:將不同種的植物體細(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)。 2.過程: (1)用纖維素酶和果膠酶除去細(xì)胞壁得到原生質(zhì)體。 (2)人工誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合。 (3)誘導(dǎo)再生出新的細(xì)胞壁形成雜種細(xì)胞。 (4)培養(yǎng)雜種細(xì)胞,經(jīng)脫分化形成愈傷組織、再分化生成胚狀體或叢芽,進(jìn)而發(fā)育成完整的小植株。,,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,3.誘導(dǎo)融合的方法:物理法包括離心、振動(dòng)、電激等。化學(xué)法一般是用聚乙二醇(PEG)作為誘導(dǎo)劑。融合完成的標(biāo)志:再生出細(xì)胞壁。 4.實(shí)例:番茄與馬鈴薯體細(xì)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(yuǎn)緣雜交的障礙。,,,,,,,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,三,自然界中有一種含有葉綠體的原生動(dòng)物——眼蟲,這說明植物的細(xì)胞器同樣可以在某些動(dòng)物細(xì)胞中存活。請(qǐng)分析動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞之間是否可以實(shí)現(xiàn)雜交。 提示根據(jù)眼蟲的特點(diǎn),動(dòng)物細(xì)胞與植物細(xì)胞之間理論上可以實(shí)現(xiàn)雜交。,,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一、植物細(xì)胞的全能性與組織培養(yǎng) 1.細(xì)胞的全能性 (1)具有全能性的原因:體細(xì)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(gè)細(xì)胞都包含有該物種所特有的全套遺傳物質(zhì),都有發(fā)育成為完整個(gè)體所必需的全部基因。 (2)不同細(xì)胞全能性的大小 ①體細(xì)胞全能性:分化程度低的分化程度高的,細(xì)胞分裂能力強(qiáng)的細(xì)胞分裂能力弱的。 ②不同細(xì)胞全能性:受精卵生殖細(xì)胞干細(xì)胞體細(xì)胞。 ③不同生物的細(xì)胞全能性:植物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞。 (3)全能性與細(xì)胞分化的關(guān)系:隨著細(xì)胞分化程度的不斷提高,細(xì)胞的全能性逐漸降低。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.植物組織培養(yǎng) (1)原理:植物細(xì)胞具有全能性。 (2)流程:,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,3.植物細(xì)胞全能性表達(dá)所需的條件 (1)體細(xì)胞未表現(xiàn)全能性的原因:基因的選擇性表達(dá)。 (2)體現(xiàn)細(xì)胞全能性的條件:,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,4.脫分化和再分化的比較,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)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(qǐng)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(xì)胞團(tuán),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(jī)物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 (2)要促進(jìn)離體組織分裂和生長(zhǎng),培養(yǎng)基中應(yīng)用 和 兩類激素。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(3)此過程依據(jù)的原理是 。A和B階段主要進(jìn)行的分裂方式是 ,B階段除了細(xì)胞分裂外,還進(jìn)行細(xì)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(jī)鹽、小分子有機(jī)物、生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素等物質(zhì)。植物組織培養(yǎng)的原理是細(xì)胞的全能性,既有細(xì)胞的分裂,也有細(xì)胞的分化,主要包括脫分化和再分化兩個(gè)過程。試管苗中葉綠素的合成需要光照。 答案(1)水 無機(jī)鹽 (2)細(xì)胞分裂素 生長(zhǎng)素 (3)細(xì)胞的全能性 有絲分裂 分化 (4)脫分化 芽發(fā)育成葉,葉肉細(xì)胞中葉綠素的合成需要光照,,,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,下圖是某植物的培育過程,請(qǐng)據(jù)圖判斷下列敘述錯(cuò)誤的是( ) A.A→F不能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性 B.C中是高度液泡化的薄壁細(xì)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(yīng)用于生產(chǎn) 解析花藥離體培養(yǎng)用到的生殖細(xì)胞同樣具有全能性。C中愈傷組織細(xì)胞是高度液泡化的薄壁細(xì)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(yīng)用于生產(chǎn)。 答案A,,,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,植物組織培養(yǎng)時(shí)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(shí)應(yīng)選取有形成層的部分,因?yàn)樾纬蓪蛹?xì)胞易脫分化。 (2)消毒和滅菌:植物組織培養(yǎng)成功的關(guān)鍵是避免微生物的污染,所有實(shí)驗(yàn)用具要嚴(yán)格滅菌,接種過程進(jìn)行嚴(yán)格的無菌操作。外植體、操作者的手等要進(jìn)行消毒。 (3)光照:離體的植物器官、組織和細(xì)胞脫分化形成愈傷組織時(shí),需避光處理;愈傷組織再分化形成植物幼苗時(shí),需光照處理。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(4)激素:生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的用量及比例不同,對(duì)植物組織培養(yǎng)的影響不同。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、植物體細(xì)胞雜交技術(shù) 1.原理 (1)植物體細(xì)胞雜交實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ):細(xì)胞膜的流動(dòng)性。 (2)植物組織培養(yǎng)的基礎(chǔ):植物細(xì)胞的全能性。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.操作過程,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,3.植物體細(xì)胞雜交的優(yōu)點(diǎn)和局限性 (1)優(yōu)點(diǎn):克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。 (2)局限性:目前仍有許多理論和技術(shù)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(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 據(jù)下面植物體細(xì)胞雜交技術(shù)流程圖回答相關(guān)問題。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(1)①過程是 ,需要用 和 處理。 (2)②過程的發(fā)生需要進(jìn)行 ,通常利用離心、振動(dòng)、電激等 法,而化學(xué)法一般用 作誘導(dǎo)劑。 (3)原生質(zhì)體融合的關(guān)鍵是 的融合,利用的原理是 。 (4)融合后的原生質(zhì)體會(huì)生出細(xì)胞壁,新細(xì)胞壁的產(chǎn)生與細(xì)胞內(nèi)的 (細(xì)胞器)有關(guān)。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析植物體細(xì)胞融合前,首先要利用纖維素酶和果膠酶去除細(xì)胞壁,形成原生質(zhì)體,即①過程。②過程為原生質(zhì)體融合,需要進(jìn)行人工誘導(dǎo),人工誘導(dǎo)有兩種方法:物理法和化學(xué)法。在化學(xué)法中常用聚乙二醇作為誘導(dǎo)劑。細(xì)胞原生質(zhì)體融合的關(guān)鍵是細(xì)胞膜的融合,利用的原理是細(xì)胞膜的流動(dòng)性。植物細(xì)胞壁的形成與高爾基體有關(guān)。 答案(1)去除細(xì)胞壁 纖維素酶 果膠酶 (2)人工誘導(dǎo) 物理 聚乙二醇 (3)細(xì)胞膜 細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性 (4)高爾基體,,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,下圖為植物體細(xì)胞雜交過程示意圖。下列說法不正確的是( ),A.植物體細(xì)胞雜交的最大優(yōu)點(diǎn)是可以克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙 B.雜種細(xì)胞經(jīng)過④和⑤過程可以培育成雜種植株說明雜種細(xì)胞具有全能性 C.盡管愈傷組織可以進(jìn)行光合作用,但其培養(yǎng)基中仍需要糖類、氨基酸等有機(jī)營(yíng)養(yǎng) D.若植物細(xì)胞A的基因型為Rr,植物細(xì)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(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析植物體細(xì)胞雜交的最大優(yōu)點(diǎn)是可以克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。雜種細(xì)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(xì)胞具有全能性。愈傷組織不能進(jìn)行光合作用,所以其培養(yǎng)基中需要糖類、氨基酸等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)。若植物細(xì)胞A的基因型為Rr,植物細(xì)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(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,(1)植物體細(xì)胞雜交過程中,細(xì)胞融合成功后培養(yǎng)基中主要有5種細(xì)胞類型(A、B、AA、BB、AB),其中兩兩融合細(xì)胞類型有3種(AA、BB、AB),而真正符合要求的是AB,因此要對(duì)融合細(xì)胞進(jìn)行篩選。 (2)由于雜種植株含有兩個(gè)親本的遺傳物質(zhì),因此具有兩個(gè)親本的遺傳性狀。 (3)植物體細(xì)胞雜交即兩個(gè)細(xì)胞融合成一個(gè)細(xì)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(yīng)是染色體數(shù)目的變異。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,舉例: ①二倍體白菜和二倍體甘藍(lán)體細(xì)胞雜交得到的白菜—甘藍(lán)有四個(gè)染色體組,為四倍體。 ②二倍體白菜配子和二倍體甘藍(lán)配子雜交得到的新個(gè)體有兩個(gè)染色體組,稱為二倍體。 (4)“番茄—馬鈴薯”雜種植株沒有如科學(xué)家所想象的那樣,地上長(zhǎng)番茄、地下結(jié)馬鈴薯的原因。 生物基因的表達(dá)不是孤立的,它們之間是相互調(diào)控、相互影響的,所以番茄—馬鈴薯雜交植株的細(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)會(huì)相互干擾,不能像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質(zhì)一樣有序表達(dá)。,一,二,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,1.細(xì)胞全能性的理解誤區(qū) 細(xì)胞具有全能性是因?yàn)榧?xì)胞中具有發(fā)育成完整個(gè)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。 【例1】 下列有關(guān)植物細(xì)胞全能性的敘述,正確的是 ( ) A.只有體細(xì)胞才具有發(fā)育成完整個(gè)體所必需的全套基因 B.已分化的細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和功能上的特化不能逆轉(zhuǎn) C.植物細(xì)胞的全能性是植物組織培養(yǎng)技術(shù)的理論基礎(chǔ) 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(xì)胞減少一半,解析體細(xì)胞和生殖細(xì)胞都含有發(fā)育成完整個(gè)體所必需的全套基因,A項(xiàng)錯(cuò)誤;已分化的植物細(xì)胞在特定的條件下,如離體、提供一定的營(yíng)養(yǎng)、提供植物激素和適宜的環(huán)境條件,會(huì)發(fā)生脫分化形成愈傷組織,細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的前提條件之一是離體,B項(xiàng)錯(cuò)誤;植物組織培養(yǎng)技術(shù)的原理是植物細(xì)胞具有全能性,C項(xiàng)正確;配子含有該生物全套的遺傳物質(zhì),具有全能性,且全能性相對(duì)較高,在一定條件下能表現(xiàn)出全能性,D項(xiàng)錯(cuò)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(dǎo)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(qiáng)度,光照時(shí)間和波長(zhǎng)等都影響植物組織培養(yǎng)。,【例2】 玫瑰被譽(yù)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(qǐng)分析回答下列問題。 (1)如果要用植物組織培養(yǎng)的方法對(duì)玫瑰進(jìn)行大規(guī)模種植,需要在超凈工作臺(tái)上對(duì)玫瑰組織塊進(jìn)行 。 (2)在誘導(dǎo)愈傷組織形成過程中,需要對(duì)切取的玫瑰組織塊進(jìn)行 (填“光照”或“避光”)培養(yǎng)。 (3)2,4-D常用于對(duì)愈傷組織的誘導(dǎo),對(duì)形態(tài)的發(fā)生有抑制作用,為促進(jìn)愈傷組織再分化,在配制分化培養(yǎng)基時(shí),需 (填“升高”“保持”或“降低”)2,4-D的濃度。,(4)若取長(zhǎng)勢(shì)相同并經(jīng)過消毒的玫瑰花芽若干,隨機(jī)均分為5份,分別培養(yǎng)在含有不同比例的吲哚乙酸和細(xì)胞分裂素的培養(yǎng)基中,花芽的生長(zhǎng)狀況如下表所示:,①在此過程中能實(shí)現(xiàn)脫分化的花芽是 組。 ②根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jìn)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(zhǎng),因此要用植物組織培養(yǎng)的方法對(duì)玫瑰進(jìn)行大規(guī)模種植,需要在超凈工作臺(tái)上對(duì)玫瑰組織塊進(jìn)行消毒。(2)誘導(dǎo)愈傷組織形成過程中,在有光時(shí)容易形成維管組織,而不易形成愈傷組織,所以,在誘導(dǎo)愈傷組織形成過程中,需要對(duì)切取的玫瑰組織塊進(jìn)行避光培養(yǎng)。(3)2,4-D會(huì)抑制愈傷組織的再分化,在配制分化培養(yǎng)基時(shí)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(zhǎng)。②根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jìn)行大量生產(chǎn)。 答案(1)消毒 (2)避光 (3)降低 (4)①B、C、D ②D,,,3.關(guān)于植物體細(xì)胞雜交的認(rèn)識(shí)誤區(qū) (1)植物體細(xì)胞雜交中新細(xì)胞壁形成意味著細(xì)胞融合完成,是形成雜種細(xì)胞的標(biāo)志,而植物體細(xì)胞雜交完成的標(biāo)志是培育出雜種植物,而不是形成雜種細(xì)胞。(2)植物體細(xì)胞雜交育種的過程不僅包括不同植物細(xì)胞的融合,還包括組織培養(yǎng)的過程。(3)誘導(dǎo)體細(xì)胞融合后還需要有一個(gè)篩選雜種細(xì)胞(即原生質(zhì)體A和原生質(zhì)體B融合形成的雜種細(xì)胞)的過程。,【例3】 如圖所示為細(xì)胞融合技術(shù)的一些過程,據(jù)圖回答下列問題。 (1)從A和B細(xì)胞到C細(xì)胞的過程中,必須用 (化學(xué)方法)處理。 (2)若A、B細(xì)胞為植物細(xì)胞,那么,這樣的細(xì)胞已經(jīng)用酶降解脫掉了細(xì)胞壁,由此生成的A和B細(xì)胞稱為 ,C細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是 。 形成D細(xì)胞后還要應(yīng)用 技術(shù),把其培養(yǎng)成植株,這種育種方法的優(yōu)點(diǎn)是 。,(3)若A為人細(xì)胞,B為鼠細(xì)胞,并分別用紅、綠熒光染料標(biāo)記細(xì)胞上的蛋白質(zhì),在C細(xì)胞階段,細(xì)胞一半發(fā)紅色熒光,一半發(fā)綠色熒光,到D細(xì)胞階段,兩種顏色的熒光均勻分布,原因是 。,解析(1)A細(xì)胞和B細(xì)胞融合形成C細(xì)胞時(shí),可采用物理法和化學(xué)法,其中化學(xué)法常用的誘導(dǎo)劑是聚乙二醇(PEG)。(2)植物細(xì)胞去除細(xì)胞壁后,剩余的結(jié)構(gòu)為原生質(zhì)體;C細(xì)胞融合完成的標(biāo)志是再生出新的細(xì)胞壁。將雜種細(xì)胞(D)培養(yǎng)成雜種植株,還需要采用植物組織培養(yǎng)技術(shù);植物體細(xì)胞雜交的優(yōu)點(diǎn)是克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙。(3)若A為人細(xì)胞,B為鼠細(xì)胞,并分別用紅、綠熒光染料標(biāo)記細(xì)胞上的蛋白質(zhì),在C細(xì)胞階段,細(xì)胞一半發(fā)紅色熒光,一半發(fā)綠色熒光,到D細(xì)胞階段,兩種顏色的熒光均勻分布,原因是細(xì)胞膜的磷脂和蛋白質(zhì)大多可以運(yùn)動(dòng),使細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性。 答案(1)聚乙二醇(PEG) (2)原生質(zhì)體 細(xì)胞壁再生 植物組織培養(yǎng) 克服了遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙 (3)細(xì)胞膜的磷脂和蛋白質(zhì)大多可以運(yùn)動(dòng),使細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性,,