第3章细胞工程1植物细胞.ppt
《第3章细胞工程1植物细胞.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第3章细胞工程1植物细胞.ppt(84页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第三章 细胞工程 -植物细胞工程,College of Chemical Engineering, GuiZhou University,Outline,1 概述 2 植物细胞工程 一、植物组织培养,二、植物细胞培养 三、人工种子 四、植物细胞融合,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“Potamato”。,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。,白菜,甘蓝,白
2、菜甘蓝,1 概述 一、细胞工程的概念,是指在细胞水平上,以细胞生物学理论和技术为基础,结合现代工程技术手段以及其他学科的科学原理和技术,研究、开发和利用细胞的现代生物技术。,细胞工程,植物组织和细胞培养技术,干细胞技术,动物组织和细胞培养技术,细胞融合技术,细胞核移植技术,胚胎移植技术,细胞工程:P54,微生物细胞工程、 植物细胞工程和 动物细胞工程,根据研究对象不同, 可将细胞工程分为,(一)基本概念及研究进展 1.定义 植物组织培养: 是指将植物机体的某一部分(包括器官、组织等)取出,使其在无菌和人为控制外因(养分、光照、温度、湿度等)条件下进行培养,从而使其分化、发育出整体植株的技术。,
3、2 植物细胞工程,一、植物组织培养,2.研究进展,植物组织培养的理论依据主要有两点: 19世纪30年代施莱登和施旺提出的细胞学说,即细胞是生物有机体的基本结构单位这一理论,使人们想到并试图应用无菌培养方法来培养植物的离体部分,在人工控制条件下来研究其生长、发育和分化的规律。,1902年,德国植物学家Haberlandt提出了植物细胞全能性学说。植物的器官和组织可以不断分割,直至分到单个细胞而不影响细胞增殖的观点。并设想离体细胞具有再生完整植株的潜力。,1934年美国的White,利用番茄根建立了第一个活跃生长的无性繁殖系,发现B族维生素对培养的离体根生长具有重要作用。 创立了White培养基。
4、,1943年White发表了植物组织培养手册的专著,使植物组织培养开始成为一门新兴的学科。,1939年,Gautheret连续培养胡萝卜根形 成层首次成功,1948 年,Skoog和崔徵通过对烟草茎切段和髓培养组织的研究,确定了腺嘌呤生长素的比例是控制芽和根形成的主要条件之一。,F.Skoog,1956年Miller等发现了激动素。控制器官分化的激素模式变为激动素生长素的比例关系。指出其能有力诱导愈伤组织分化,促进组培发展。,1958年,英国科学家Steward 等用进行悬浮培养,成功诱导出胚状体并分化为完整的小植株,首次获得植株再生成功。使细胞全能性理论得到证实,这是植物组培的第一次突破。,
5、细胞全能性,已经分化的体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能,细胞的这种特性叫做细胞的全能性。,生物体的每一个体细胞都包含有该物种所特有的全套遗传信息,都有发育成为完整个体所必需的全部基因。受精卵的全能性最强。其次是生殖细胞,再次是体细胞,在离体时,在一定的营养物质、激素、其他外界条件下,可能表现出全能性,发育成完整的植株。,植物组织培养的一般程序:,脱分化,再分化,诱导根、芽顶端分生组织,通过悬浮液培养分散成单细胞,离体的植物器官、组织或细胞,愈伤组织,根、芽,小植株,脱分化,再分化,植物组织培养,胚状体,小植株,再分化,单细胞,通过悬浮培养分散成,包以人工种皮,形成人工种子,1.预备阶段,
6、2.诱导去分化阶段,3.继代增殖阶段,4.生根成芽阶段,5.移栽成活阶段,(二)植物组织培养的操作技术 P56,切取 形成层,无菌接种,诱导愈伤组织 的形成,试管苗的形成,培养室,移栽,诱导去分化阶段,再分化,预备阶段,继代增殖阶段,生根成芽阶段,移栽成活阶段,A Microspores isolated from banana anthers. Bar 14 m. B Development of callus from anthers after 5 months on induction medium. Bar 2 mm. C Androgenic embryos formed on c
7、alli. Bar 4 mm. D Haploid plantlets regenerated from anthers. Bar 3 cm,Assani et al. Plant Cell Rep 2003, 21, 511516,1.预备阶段,(1)选择合适的外植体。选择时应考虑的因素:,外植体的选择一般以幼嫩的组织或器官为宜。,(2)除去病原菌和杂菌。,外植体表面消毒、培养基灭菌-在超净台上接种 、灼烧接种工具、在火焰附近操作等,外植体,自来水多次漂洗,消毒剂处理,无菌水反复冲洗,无菌滤纸吸干,由于物种的不同、外植体的差异,组织培养的培养基也是多种多样,但它们通常都包括以下三大类组成成分
8、: 含量丰富的基本成分,如蔗糖或葡萄糖高达每升30g,以及氮、磷、钾、镁等。 微量无机物,如铁、锰、 硼酸等。 微量有机物,如激动素、吲哚乙酸、肌醇等。,(3)配制适宜的培养基。,分裂素,生长素,问:培养基的成分? 碳源,氮源 , 无机盐,生长因子,水, 除此,培养基中还需加入植物激素或其类似物,培养基,MS培养基:其特点是无机盐和离子浓度较高; B5培养基:其特点是含有较低的铵; White培养基:其特点是无机盐低,适于生根; N6培养基:其特点是KNO3和(NH4)2SO4含量较高,适于花药培养; KM8P培养基:其特点是有机成分较多,适于 原生质体培养。,培养基多以命名人的名字命名。,目
9、前,比较流行的培养基有:,生长素 吲哚乙酸(IAA),2,4二氯苯氧乙酸(2,4-D),奈乙 酸(NAA),吲哚丁酸(IBA)。,生长素的生理作用,(1)既能促进生长,也能抑制生长; (2)既能促进发芽,也能抑制发芽; (3)既能防止落花落果,也能疏花疏果。,浓度较低,促进生长;浓度过高,抑制生长甚至杀死植物。,生长素的生理效应: 使胞壁酸化,增加可塑性,导致细胞伸长变; 促进RNA和蛋白质的合成,保证可持续生长。,植 物 激 素,植物对生长素的敏感程度如何呢?,(1)营养器官生殖器官 (2)根芽茎 (3)幼嫩细胞衰老细胞 (4)双子叶植物单子叶植物,植物生长素错当农药 晚稻疯长比人高,当培养
10、基中CTK/IAA的比值高时, 愈伤组织形成芽; 当CTK/IAA的比值低时, 愈伤组织形成根; 如二者的浓度相等, 则愈伤组织保持生长而不分化; 所以,通过调整二者比值可诱导愈伤组织形成完整的植株。,2. 分裂素 6-苄基嘌呤(6-BA),激动素(kinetin, KT),玉米素,嘌呤衍生物, 6-呋喃氨基嘌呤,K N 。,1957年斯库格和米勒在进行烟草的组织培养时发现:,细胞分裂素(CTK),吲哚乙酸(IAA),,将拟南芥组织置于含生长素IBA和细胞分裂素的环境中诱导愈伤组织的产生,生长素只促进核的分裂(因促进了DNA的合成),而与细胞质的分裂无关。 而细胞分裂素主要是对细胞质的分裂起作
11、用, 所以,细胞分裂素促进 细胞分裂的效应只有 在生长素存在的前提 下才能表现出来。,在超净工作台接种,外植体是植物组织培养中用来进行离体无菌培养的离体材料,可以是器官、组织、细胞和原生质体等。组织培养的第一步就是让这些器官或组织切断去分化. 所谓去分化(也叫脱分化)是指离体的植物组织器官或细胞,在外源的生长素类物质的诱导下重新处于旺盛有丝分裂的分生状态,形成一团结构疏松、颜色浅而透明的、高度液泡化的、呈无定形状态的薄壁细胞群的愈伤组织的过程。,2.诱导去分化阶段,愈伤组织细胞的状态,是指在离体培养过程中形成的具有分生能力的一团不规则细胞,它具有再分化成为完整植物体的潜能,一般在外植体的切面处
12、产生。,愈伤组织: 在人工培养基上由外植体长出来的一团无序生长的薄壁细胞(细胞排列疏松、无规则)。,分化程度低,属 于胚胎干细胞。,分化程度高,属 于组织干细胞。,Arabidopsis Tobacco 3.0 mg/L 2,4-D,Genotypic Effects on Callus Morphology,拟南芥,2,4二氯苯氧乙酸(2,4-D),Medium Effects on Tobacco Callus Morphology,0.1 mg/L kinetin 3.0 mg/L 2,4-D,3.0 mg/L 2-iP 2.0 mg/L IAA,friable callus,compa
13、ct callus,异戊烯基腺嘌 呤,属于细胞 分裂素,愈伤组织的形态发生主要有不定芽方式和胚状体方式两种。,不定芽方式是在某些条件下,愈伤组织中的分生细胞发生分化,形成不同的器官原基,再逐渐形成芽和根。 胚状体方式是由愈伤组织细胞诱导分化出具有胚芽、胚根、胚轴的胚状结构,进而长成完整植株。这种由愈伤组织中的薄壁细胞不经过有性生殖过程,直接产生类似于胚的结构,叫做胚状体。,不定芽方式和胚状体方式是植物组织培养中最常见和最重要的两种方式。胚状体方式比不定芽方式有更多的优点,如胚状体产生的数量比不定芽多,胚状体可以制成人工种子,等等。,继代培养是愈伤组织在培养基上生长一段时间后,营养物枯竭,水分散
14、失,并已经积累了一些代谢产物,此时需要将这些组织转移到新的培养基上,这种转移称为继代培养。,3.继代增殖阶段,愈伤组织只有经过重新分化才能形成胚状体,继而长成小植株。再分化是指愈伤组织继续培养,又可以重新分化成根或芽等器官的过程。,4.生根成芽阶段,再分化阶段 (形芽和根),5.移栽成活阶段,生长于人工照明玻璃瓶 中的小苗,要适时移栽 室外以利生长。,去分化,再分化,形成植株,愈伤组织,愈伤组织 分化出芽,形成试管苗,实例:非洲紫罗兰的组织培养,决定植物细胞脱分化、再分化的关键因素是什么?,影响脱分化的一个重要因素是植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时,能强烈促进愈伤组织的形成,而两者不同
15、的浓度配比在再分化过程中,分别对诱导 根或芽的产生起关键作用。当细胞分裂素与生长素浓度比高时,有利于芽的发生;浓度比低时,有利于根的发生。,胚状体是怎样形成的?培养胚状体有何意义?,愈伤组织的形态发生主要有不定芽方式和胚状体方式两种。而后者需要在愈伤组织形成后,对其进行处理,形成分散的单个细胞,再诱导其分化出具有胚芽、胚轴、胚根的胚状体,进而发育成完整植株。诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状结构,包裹上人造种皮制成人工种子可以解 决有些作物品种繁殖能力差、结子困难或发芽率低等问题。,植物细胞(组织)培养,植物组织培养与有性生殖相比,有什么优势:, 繁殖速度快; 保持亲本的优良性状(因
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 细胞 工程 植物
链接地址:https://www.31doc.com/p-2986989.html