專題2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 按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品的一門綜合科學技術 細胞工程 應用的原理和方法 細胞生物學和分子生物學 細胞整體水平或細胞器水平 按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質或獲得細胞產品 概念 分類 植物細胞工程 研究的目的 研究的水平 動物細胞工程 前者是細胞水平或細胞器水平上生物技術 后者是分子水平上的生物技術 克隆多莉羊技術是水平上的技術 培育抗蟲棉是水平上的技術 細胞工程與基因工程相比 細胞 分子 思考 植物細胞工程的理論基礎是什么 通常采用的技術手段有哪些 一 植物細胞工程 所采用技術的理論基礎 植物細胞工程 通常采用的技術手段 植物組織培養 植物體細胞雜交 植物細胞的全能性 2 理論基礎 細胞的全能性 1 植物組織培養的概念 在無菌和人工控制的條件下 將離體的植物器官 組織 細胞 培養在人工控制的培養基上 給予適宜的培養條件 誘導其產生愈傷組織 叢芽 最終形成完整的植株 一 植物組織培養 一 技術手段 細胞的全能性 1 概念 1 受精卵 生殖細胞 體細胞 生物體的細胞具有使后代細胞形成完整個體的潛能的特性 叫做細胞的全能性 2 原因 3 全能性的比較 從理論上講 每個細胞都包含該物種的全部遺傳物質 全部基因 所以每個活細胞都應具有全能性 2 植物細胞全能性一般比動物細胞 強 在一個生物體內 細胞沒有表現出全能性 原因是 細胞失去了全能性 細胞中的基因部分丟失 細胞中的基因選擇性表達 細胞中的基因變異不同 C 離體 活細胞 一定的營養物質 激素和其他外界條件的作用下 就可能表現出全能性 發育成完整的植株 人工條件下實現的這一過程 就是植物組織培養 全能性表現的條件 離體的植物器官 組織 細胞 脫分化 愈傷組織 再分化 根芽 植物體 3植物組織培養的基本過程 愈傷組織 愈傷組織是通過細胞分裂形成的 其細胞排列疏松而無規則 高度液泡化呈無定形狀態的薄壁細胞 4影響植物組織培養的因素 材料的選擇 營養成分 激素 一定的外界因素 溫度 空氣 無菌環境 適合的PH 適時光照等 外植體選擇 脫分化難易程度因植物種類 器官來源和生長狀況不同有很大差異 一般煙草 胡蘿卜 植物花和幼嫩組織脫分化較易 以下培養基出現的現象說明什么問題 激素配比對組織培養的影響 在培養基中需要添加生長素和細胞分裂素等植物激素 其濃度 使用的先后順序 用量的比例等都影響結果 高利于根分化 抑制芽的形成生長素 細胞分裂素低利于芽的形成 適中利于愈傷組織的形成 1 定義 將兩個來自不同植物的體細胞融合成一個雜種細胞 且把雜種細胞培育成新的植物體的過程 2 優勢 與有性雜交方法比較 克服了遠緣雜交不親和的障礙 拓展了可用于雜交的親本組合范圍 二 植物體細胞雜交 植株 3 過程 利用電激法將野生馬鈴薯與栽培馬鈴薯進行細胞融合 失敗 甘藍 白菜 白菜 甘藍 4 成果及未解決問題 為什么 番茄 馬鈴薯 超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣 地上長番茄 地下結馬鈴薯 主要原因是 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 馬鈴薯 番茄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受到相互干擾 不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達 所以雜交植株不能地上長番茄 地下結馬鈴薯 融合體 雜種細胞 去壁的常用方法 酶解法 纖維素酶 果膠酶等 原生質體融合方法 植物體細胞雜交過程示意圖 細胞融合的基礎 細胞膜的流動性 B 不同植物的原生質體的融合C 完整的兩個體細胞的融合D 植物花粉細胞的兩兩融合 A B 1 植物體細胞融合完成的標志是 A 產生新的細胞壁B 細胞膜發生融合C 細胞質發生融合D 細胞核發生融合 2 用不同種植物的兩個體細胞融合成一個雜種細胞的過程 該過程是指 A 不同植物的精子和卵細胞的融合 比較 無性繁殖 細胞全能性 脫分化 再分化 保持優良性狀繁殖速度快 大規模生產提高經濟效益 雜交技術應用了組織培養 克服不同種生物遠源雜交的障礙 去除細胞壁 融合形成雜種細胞 組織培養 膜流動性細胞全能性 染色體變異 基因重組 自然界中有一種含有葉綠體的原生動物 眼蟲 說明植物的細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活 請探討 動物細胞與植物細胞之間可以實現雜交嗎 如果理論上可行 請設計出具體實驗方案 提示 根據眼蟲的特點 動物細胞和植物細胞之間在理論上是可以實現雜交的 具體的實驗方案可以設計如下 1 微型繁殖技術 也稱快速繁殖技術 一 植物繁殖的新途徑 1 概念 快速繁殖優良品種的植物組織培養技術 2 特點 A 保持優良品種的遺傳特性 B 高效快速地實現種苗的大量繁殖 3 優點 從植物體上取材少 培養周期短 繁殖率高 便于自動化管理 例 用一個蘭花莖尖就可以在一年內生產400萬株蘭花苗 二應用 蘭花因高雅美麗而深受人們喜愛 蘭花常用分根法和種子進行繁殖 在蘭花的常規繁殖中 遇到的難題是 用分根法繁殖速度緩慢 不利于新品種的推廣 用種子繁殖又很困難 因為蘭花的種子十分微小 胚很纖弱 種子幾乎沒有儲藏營養物質 在發芽過程中很容易夭折 植物細胞工程的基本技術 試管苗大規模培養 2 作物脫毒 1 作物脫毒的原因 2 作物脫毒的材料 3 作物脫毒的方法 4 作物脫毒的結果 長期進行無性繁殖的作物 易積累感染的病毒 導致產量降低 品質變差 分生區 如莖尖 的細胞 進行組織培養 獲得脫毒苗 5 成就 3 神奇的人工種子 天然種子的局限 1 培育周期長2 優良雜種的后代會發生性狀分離而喪失其優良特性3 生產會受到季節 氣候和地域的限制 并且需要占用大量的土地實現制種 人工種子 胚狀體 通過植物組織培養得到的胚狀體 不定芽 頂芽和腋芽等為材料 經過人工薄膜包裝得到的種子 1 人工種子概念 胚狀體 或不定芽 頂芽和腋芽 人工種皮 3 人工種皮中的有效成分適量的養分 無機鹽 有機碳源以及農藥 抗生素 有益菌 植物生長調節劑等 4 技術 植物組織培養 2 人工種子組成 討論 培植周期短 后代無性狀分離 不受氣候 季節和地域限制 可以很方便地貯藏和運輸 5 優點 1 單倍體育種 二 作物新品種的培育 由配子不經過受精作用而直接發育成 且體細胞中含有本物種配子染色體數目的個體 1 單倍體定義 2 舉例 3 單倍體育種的優點 蜜蜂中的雄蜂通過花藥或花粉來獲得單倍體植物 明顯縮短育種年限 得到的植株都是純合體 2 突變體的利用 二 作物新品種的培育 植物組織培養過程中 由于培養細胞一直處于不斷的分生狀態 易受到培養條件和