4原生质体培养和融合课件.ppt
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- 原生 质体 培养 融合 课件
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1、4.4.原生质体培养与融合原生质体培养与融合原生质体培养的意义原生质体培养的意义原生质体操作方法原生质体操作方法原生质体融合的意义原生质体融合的意义融合方法融合方法体细胞杂种鉴定方法体细胞杂种鉴定方法原生质体(原生质体(Protoplast)1880,Hanstein:质壁分离时,能够与细胞壁分开:质壁分离时,能够与细胞壁分开的那部分细胞物质。的那部分细胞物质。含义含义:去掉细胞壁的由质膜包裹、具有生活力的去掉细胞壁的由质膜包裹、具有生活力的裸露细胞。裸露细胞。细细 胞胞微微 丝丝叶绿体叶绿体线粒体线粒体质质 膜膜液液 泡泡细胞核细胞核内质网内质网微微 管管细胞壁细胞壁高尔基体高尔基体细胞壁由
2、三种主要成分构成细胞壁由三种主要成分构成纤维素纤维素25-50%、半纤维素半纤维素53%和果胶和果胶5%一、原生质体培养发展简史及其意义一、原生质体培养发展简史及其意义1、发展简史、发展简史v1892年:年:Klercker机械法机械法(利刃利刃)分离原生质体;分离原生质体;v1960年:年:1960年英国诺丁汉大学年英国诺丁汉大学Cocking 教授教授率先利用真菌纤维素酶,制备了大量具有高度率先利用真菌纤维素酶,制备了大量具有高度活性可再生的番茄幼根细胞原生质体活性可再生的番茄幼根细胞原生质体;v1968年:年:纤维素酶和果胶酶投入市场;纤维素酶和果胶酶投入市场;v1968年:年:Take
3、be首先用商品酶进行原生质体分首先用商品酶进行原生质体分离:烟草叶肉原生质体,两步法和一步法。离:烟草叶肉原生质体,两步法和一步法。v1971年年:Takebe培养烟草叶肉原生质体,首培养烟草叶肉原生质体,首次获得再生植株。次获得再生植株。1993年有年有49个科、个科、146个属的个属的320多种植物,多种植物,经原生质体培养得到了再生植株。其趋势主经原生质体培养得到了再生植株。其趋势主要是农作物和经济植物,从一年生扩展到多要是农作物和经济植物,从一年生扩展到多年生,从草本到木本、从高等植物到低等植年生,从草本到木本、从高等植物到低等植物,食用菌、藻类、大豆、棉花、油菜、水物,食用菌、藻类、
4、大豆、棉花、油菜、水稻、玉米、柑桔、猕猴桃、桃、苹果、马铃稻、玉米、柑桔、猕猴桃、桃、苹果、马铃薯、胡萝卜、黄瓜、杨树、云杉等;薯、胡萝卜、黄瓜、杨树、云杉等;v1986年年:Spangenberg单个原生质体培养成功;单个原生质体培养成功;2、原生质体培养的意义、原生质体培养的意义(1)为细胞融合奠定基础。为细胞融合奠定基础。有性杂交不能进行细胞质交流有性杂交不能进行细胞质交流(2)是遗传工程的理想受体。是遗传工程的理想受体。能够直接摄取外源能够直接摄取外源DNA,细胞器甚至微生物。,细胞器甚至微生物。原生质体也具有全能性原生质体也具有全能性原生质体是分子水平和细胞水平上研原生质体是分子水平
5、和细胞水平上研究遗传信息动态的结合点究遗传信息动态的结合点(3)理论研究理论研究细胞壁再生、细胞膜离子转运、病毒侵染。细胞壁再生、细胞膜离子转运、病毒侵染。因为细胞壁不仅具有保护功能,还参因为细胞壁不仅具有保护功能,还参与细胞的生长和分化等生命活动。与细胞的生长和分化等生命活动。但是:但是:原生质体必须再生出细胞壁才能原生质体必须再生出细胞壁才能继续发育。继续发育。二、原生质体分离及培养二、原生质体分离及培养(一)(一)分离方法分离方法1.机械法:机械法:利刃机械切割利刃机械切割2.酶解法:酶解法:果胶酶和纤维素酶处理果胶酶和纤维素酶处理2.Enzymatic isolation2.1 2.1
6、 材料材料获得高质量的原生质体,应选择获得高质量的原生质体,应选择生长旺盛生长旺盛的的植物体植物体幼嫩部分幼嫩部分。叶肉细胞叶肉细胞分离原生质体,来源方便,有明显分离原生质体,来源方便,有明显的的叶绿体叶绿体,便于在融合中认识。,便于在融合中认识。但禾本科叶肉但禾本科叶肉原生质体往往不能分裂,因此,原生质体往往不能分裂,因此,常采用常采用悬浮细悬浮细胞胞作为分离原生质体的材料,最适宜的细胞是作为分离原生质体的材料,最适宜的细胞是处于处于对数生长早期对数生长早期的细胞。的细胞。2.2 酶的种类和浓度酶的种类和浓度纤维素酶(纤维素酶(Cellulase)Onozuka R-10果胶酶(果胶酶(Pe
7、ctolyase)Y-23半纤维素酶(半纤维素酶(Hemicellulase)对幼叶来说,酶浓度较低:对幼叶来说,酶浓度较低:0.5-1纤维纤维素酶,果胶酶素酶,果胶酶(0.2-0.5);酶量少酶量少对愈伤组织、悬浮细胞:纤维素酶、果胶对愈伤组织、悬浮细胞:纤维素酶、果胶酶的浓度要提高到酶的浓度要提高到1或或2。酶量大酶量大酶液酶液PH值:值:5.4-5.8 PH高,酶活性低高,酶活性低 PH低,原生质体损坏多低,原生质体损坏多2.3 酶液渗透压酶液渗透压 裸露的原生质体必须维持在一定的渗透压下,裸露的原生质体必须维持在一定的渗透压下,才既不涨破,又不因过度收缩而破坏内部结构。才既不涨破,又不
8、因过度收缩而破坏内部结构。因此在酶液中须加因此在酶液中须加入渗透压稳定剂来代替细胞壁入渗透压稳定剂来代替细胞壁对原生质体起保护作用对原生质体起保护作用。常用的渗透压稳定剂是常用的渗透压稳定剂是糖醇系统糖醇系统,包括,包括甘露醇、甘露醇、山梨醇、葡萄糖、蔗糖山梨醇、葡萄糖、蔗糖等。等。目前大多数使用甘露醇或山梨醇,它们能稳定地目前大多数使用甘露醇或山梨醇,它们能稳定地维持渗透浓度维持渗透浓度。而。而蔗糖等易被原生质体吸收利用,蔗糖等易被原生质体吸收利用,降低渗透浓度,故不常用降低渗透浓度,故不常用。2.4 2.4 材料预处理材料预处理 (暗处理,预培暗处理,预培养和低温处理养和低温处理)在酶处理
9、前,常把供体组织置于合适浓在酶处理前,常把供体组织置于合适浓度的稳压液中,度的稳压液中,预质壁分离预质壁分离约一小时后再用约一小时后再用酶液处理。酶液处理。原因:原因:预质壁分离可预质壁分离可使胞壁内表层充分暴露使胞壁内表层充分暴露,增,增加胞壁降解酶与胞壁的接触面而提高胞壁降解速度;加胞壁降解酶与胞壁的接触面而提高胞壁降解速度;降低原生质体内电解质渗漏降低原生质体内电解质渗漏,防止在分离期间外来,防止在分离期间外来酶被吸入细胞内,降低原生质体对酶液中可能存在酶被吸入细胞内,降低原生质体对酶液中可能存在的有害影响的敏感,提高原生质体的稳定性和存活的有害影响的敏感,提高原生质体的稳定性和存活率。
10、率。2-6 2-6 其它其它酶液中加入葡聚糖硫酸钾、酶液中加入葡聚糖硫酸钾、CaCl2等盐类等盐类保护细胞膜、提高原生质体稳定性和活力保护细胞膜、提高原生质体稳定性和活力2-5 酶解处理的条件酶解处理的条件光:光:一般黑暗下静止进行;一般黑暗下静止进行;温度:温度:25,兼顾原生质体及酶活性;,兼顾原生质体及酶活性;时间:时间:几小时到几十小时,太长不利于原几小时到几十小时,太长不利于原生质体的活性,一般生质体的活性,一般24小时。如烟草叶片小时。如烟草叶片酶处理酶处理2小时后叶肉细胞解离完毕。小时后叶肉细胞解离完毕。2-7 原生质体分离过程:一步法原生质体分离过程:一步法(以烟草叶片为例)(
11、以烟草叶片为例)第一步:预处理即对烟草植株限制供水第一步:预处理即对烟草植株限制供水 第二步:取幼叶常规表面消毒后在无菌条件下剥第二步:取幼叶常规表面消毒后在无菌条件下剥去外表皮切成去外表皮切成4cm的小块的小块 第三步:制作混合酶液(纤维素酶第三步:制作混合酶液(纤维素酶2%和果胶酶和果胶酶0.5%)并加入的)并加入的0.7 mol甘露醇甘露醇0.1 m mol CaCl2.PH5.6 第四步:将小块烟叶放入混合酶液第四步:将小块烟叶放入混合酶液25 处理处理810小时小时 第五步:过滤、离心、洗涤(第五步:过滤、离心、洗涤(0.7 mol甘露醇液甘露醇液含含0.1 m mol CaCl2)
12、。如此)。如此23次、得原生质体次、得原生质体图示原生质体分离过程图示原生质体分离过程(以叶片为例)(以叶片为例)过滤、离心过滤、离心加果胶酶加果胶酶和纤维素酶和纤维素酶(二)(二)原生质体纯化原生质体纯化 酶解处理后得到混合液包括酶解处理后得到混合液包括原生质体、原生质体、细胞团和组织碎片等细胞团和组织碎片等,必须将杂质和酶,必须将杂质和酶液除去,才可以继续培养。液除去,才可以继续培养。原生质体纯化方法有:原生质体纯化方法有:离心沉淀法离心沉淀法 漂浮法漂浮法 接口法接口法 1、离心沉淀法离心沉淀法原理:原理:应用原生质体的比重大于溶液,离心后原应用原生质体的比重大于溶液,离心后原生质体沉于
13、底部。生质体沉于底部。步骤步骤:第一步:原生质体溶液用第一步:原生质体溶液用400400目网筛目网筛过滤过滤。第二步:第二步:离心离心(5001000r/min5001000r/min离心离心56min56min)。)。第三步:吸取上清液,用洗涤液(含甘露醇)第三步:吸取上清液,用洗涤液(含甘露醇)重新悬浮,再离心沉淀。如此重新悬浮,再离心沉淀。如此2323次次。第四步:用原生质体培养液洗第四步:用原生质体培养液洗1 1次,次,收集收集原生原生质体。质体。洗涤液成分洗涤液成分:0.45mol/L甘露醇,甘露醇,10mmol/LCaCl2 H2O,0.7mmolK H2PO4,洗涤液洗涤液pH:
14、5.6 2、接口法接口法25%蔗糖溶液13%甘露醇溶液原理原理:选两种不同渗透浓度的:选两种不同渗透浓度的溶液,其中一种溶液的密度大于溶液,其中一种溶液的密度大于原生质体的密度,另一种溶液的原生质体的密度,另一种溶液的密度小于原生质体的密度,密度小于原生质体的密度,原生原生质体介于两种溶液之间。质体介于两种溶液之间。3、漂浮法漂浮法原理原理:应用渗透剂含量较高的洗涤液使:应用渗透剂含量较高的洗涤液使原生质体原生质体漂浮漂浮在液体的表面。在液体的表面。洗涤液洗涤液:3%蔗糖蔗糖+0.4mol/L甘露醇甘露醇+1480mg/LCaCl2 2 H2O。或。或11%23%的的蔗糖溶液。蔗糖溶液。原生质
15、体分离纯化流程图原生质体分离纯化流程图(三)(三)原生质体活力测定原生质体活力测定1.1.孢质环流法孢质环流法2.FDA2.FDA测原生质体活力的原理测原生质体活力的原理 (荧光素双醋酸酯)(荧光素双醋酸酯)FDA FDA 本身无荧光本身无荧光,无极性无极性,可透过完整的原生质膜。可透过完整的原生质膜。一旦进入原生质体后一旦进入原生质体后,由于受到酯由于受到酯酶分解而产生酶分解而产生 具有荧光的极性物质荧光素。它不能自由出具有荧光的极性物质荧光素。它不能自由出入原入原 生质膜生质膜,因此有活力的细胞能产生荧光。因此有活力的细胞能产生荧光。(四)原生质体培养(四)原生质体培养q固体包埋培养固体包
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