植物细胞工程课程.ppt
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1、,植 物 细 胞 工 程 plant cell engineering,植物细胞的构造,第一章:绪论 第二章:第二章 植物细胞的全能性及其表达 第三章:体细胞胚发生的细胞生物学基础 第四章:植物细胞及组织培养 第五章:原生质体培养和细胞杂交 第六章:植物单细胞培养和次生物质生产,主 要 内 容,主要参考书,主要参考书,崔凯荣,戴若兰主编:2000,第一章 绪 论,1-1 植物细胞工程的概念和任务 一.基本概念 以植物细胞为基本单位在体外条件下进行培养、繁殖 和人为操作,改变细胞的某些生物学特性,从而改良品种 加速繁育植物个体或获得有用物质的技术。,二.植物细胞工程的研究内容,1、细胞培养(Ce
2、ll Culture):单细胞或小的细胞团(67个细胞)、花粉及花药、原生质体(Protoplast Culture)等。 2、胚胎培养(Embryo culture):Ovule、幼胚、成熟胚、Endosperm的离体培养。 3、组织培养(Tissue culture):根组织、茎组织、叶肉组织、中柱鞘、形成层、髓组织、贮藏薄壁组织(大蒜瓣、洋葱鳞茎、百合鳞片)、 珠心组织等。 4、器官培养(Organ culture):Root、Shoot、Leaf、Flower、Fruit以及各部原基(芽原基、根原基)的培养。 5、细胞改造:细胞拆分、染色体转移、基因转移。,三.植物细胞工程研究的任务,
3、1、研究植物器官、组织和细胞在离体培养条件下,所需要的有机营养、无机营养、植物激素等营养条件;所需的光、温、氧等环境条件组培快繁、单倍体育种、抗性细胞系的诱变筛选、原生质体培养、细胞杂交、超低温冷冻贮藏种质保存、人工种子制造和细胞改造等,2、研究不同生理年龄、遗传组成(基因型)的外植体在离体培养条件下进行形态发生的规律植物生理生化、遗传、发育生物学机理等研究,最终获得转基因植物及其产品。,3、研究离体培养条件下再生植株群体的遗传稳定性和变异性脱毒与快繁,4、培养细胞生长与产物合成动力学研究细胞规模化培养与工业化生产。,目前,在学科分类与代码中,细胞工程采用(18. 7120)为代码;国家自然科
4、学基金委则用(C010904) 作为“细胞工程”学科的代码。,微生物学,生物物理学,胚胎学,思考题:,1植物细胞工程的研究内容包括哪些方面? 2未来植物细胞工程研究的任务将涉及哪些方面?,第二章 植物细胞的全能性及其表达,2-1 植物细胞全能性(Totipotent) 一、概念 植物细胞具有该植物体全部遗传的可能性,在一定条件下如 同受精卵一样,具有发育成完整植物体的潜在能力。 (1)植物细胞无论是体细胞还是生殖细胞,均具有该物种全 部的遗传信息。 (2)每个植物细胞均具有发育成完整植物体的潜在能力。,二、全能性实现的基本方式,1、生命周期:以裸孢子体和配子体的世代交替来实现; 2、细胞周期:
5、DNA复制、转录mRNM并翻译为蛋白质,使细胞全能性得以形成和保持。 3、组织培养周期:在离体培养条件下通过细胞脱分化与再分化来实现全能性。,三.离体条件下全能性实现的基本途径,(一)细胞脱分化和再分化的概念 细胞脱分化(Dedifferentiation),即失去已分化细胞的典型特征,或消除了细胞分工,使之回复到分生组织状态,或胚性细胞状态,即细胞脱分化。 细胞再分化(Redifferentiation)即在离体培养下,重新恢复细胞分化能力,并经历器官发生和胚胎发生,形成单极性的芽、根或形成双极性的胚状体(Embryois),进一步发育成完整植物体的过程。,植物细胞脱分化和再分化示意图,(二
6、)植物细胞脱分化和再分化的条件,1、机械隔离与生理隔离 把器官、组织或细胞从整体植物上分离下来。 作用:脱离整体,消除整体遗传信息的制约。 意义:促进细胞、组织和器官的脱分化,使“全能性”得以表达。,2、植物激素的作用,生长素的作用 促进胞质分裂,启动细胞分裂。 机理:它与含精氨酸高的组蛋白结合,使一部分受阻遏的基因解除抑制状态而活化,从而恢复转录(合成mRNA)和转译, 最终形成酶和蛋白质。,细胞分裂素的作用: 促进RNA合成与核分裂,使已经脱分 化的细胞或细胞团保持持续有丝分裂。 机理:作为tRNA反密码子附近的一个 碱基组分,并由此控制特殊mRNA的合成来 促进细胞的分裂。, 2,4-D
7、的作用 促进培养细胞的脱分化和愈伤化。,2-2. 细胞极性与胚状体,一、细胞极性(polarity) 是指细胞、器官和植株的两个极端在形态结构和生 理生化上存在差异的现象。主要表现在细胞质浓度的差 异、细胞器数量的多少、核位置的偏向等方面。极性的 建立会引发不均等分裂。 极性是细胞分化的前提。,荠菜胚的形成,A、B 受精卵的第一次不均等分裂;CH胚与胚柄的形成;I球状胚;J、K 由于球状胚处的胚细胞垂周分裂,形成心形胚出现叶和根的分化,近胚柄侧形成胚根;L鱼雷形胚;M 成熟胚,具有子叶、胚根、胚芽,胚内有维管束(Sinnott,1960).,墨角藻受精卵极性建立过程,A、未分化的合子;B、极性
8、尚未稳定的合子;C、极性的合子;D、胚胎,二、胚状体,1、胚状体的概念 离体培养条件下胚状体起源于一个非合子细胞,它经历 胚胎发育过程所形成的类胚结构。 胚状体是离体培养的产物,仅限于离体培养范畴内使 用,区别于无融合生殖的胚。 胚状体起源于非合子细胞,区别于合子胚; 胚状体的形成经历与合子胚相似的发育过程, 从球 形胚、心 形胚、鱼雷胚到成熟胚,它区别于离体培养时 分化的芽体。,2、胚状体的类别, 体细胞胚: 来源于根、茎、叶以及它们的组织和细胞,经离体培养而发生的类胚结构。其染色体组为两套,可发育成正常可育的植物体。 三倍体胚: 来源于胚乳细胞的胚状体,具有三套染色体组。如巴豆、蓖麻、桃等
9、。三倍体植物具有不育性。,生殖细胞胚:,来源于大孢子和小孢子细胞(来源于小孢子的又称花 粉胚),经离体培养而形成的类胚结构。染色体为单 套,可发育成单倍体植株,经染色体加倍后才能形成可 育的植物体。,(3) 胚状体的特点,两极性:胚状体在其发育的最早阶段就具有根端(胚根)和茎端。 胚状体与培养的供体外植体的维管组织无直接联系。,石龙芮下胚轴胚状体的发生 A、培养一个月的幼苗,下胚轴上产生许多胚状体;B、下胚轴部分放大;C、两个表皮细胞;DG 原胚发生过程;J、心形胚状体;H、I 已分化子叶、胚根及原维管束的胚状体。,胡萝卜胚状体与合子胚发生过程的比较 A、合子胚;B、胚状体,23 培养基组成对
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