【课件】2.1植物细胞工程课件人教版（2019）高中生物选择性必修3

第2章细胞工程第1节植物细胞工程从社会中来“其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴滾露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎!岂非有国香乎!”这是我国历史上第一部兰谱——《金漳兰谱》(宋.赵时庚)中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢养兰花。但是，兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低;传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖，从而走入寻常百姓家呢?一植物细胞工程的基本技术一、细胞工程1.概念：应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。2.分类：依据操作对象分植物细胞工程和动物细胞工程。二、植物组织培养技术1.细胞的全能性(1)定义：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。(2)在生长发育过程中，细胞不能表现出全能性的原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。2.植物组织培养：(1)概念：将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。(2)植物组织培养的流程：①接种外植体②诱导愈伤组织③诱导生芽④诱导生根⑤移栽成活再分化：愈伤组织重新分化成根、芽等器官的过程。外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。脱分化：已经分化的细胞，经过诱导，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。脱分化再分化菊花的组织培养探究·实践消毒接种既要考虑消毒效果又要考虑植物的耐受力注意菊花茎段插入方向(形态学下端插入培养基)分割解剖刀使用前后均需灭菌菊花的组织培养探究·实践移栽培养脱分化，一般不要光照再分化，每日需要适当时间和强度的光照培养既要充分清洗根系表面培养基，又不能伤及根系1.植物组织培养的理论基础：植物细胞全能性。2．植物组织培养的条件：①离体；②无菌；③培养基；④适宜的培养条件。3．体现细胞全能性的条件核心归纳材料离体的细胞、组织或器官培养基种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素外界条件①无菌操作；②光照：诱导愈伤组织时一般不需要光照，再分化时需要光照4.生长素和细胞分裂素用量的比例对植物细胞发育方向的影响生长素用量与细胞分裂素用量的比值结果比值高有利于根的分化，抑制芽的形成比值低有利于芽的分化，抑制根的形成比值适中促进愈伤组织的形成三、植物体细胞杂交技术1．概念：将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。2．过程番茄——马铃薯想象图光学显微镜下的烟草叶肉细胞原生质体(放大约200倍)在进行体细胞杂交之前，必须先利用纤维素酶和果胶酶去除这层细胞壁，获得原生质体。2．过程A细胞B细胞A原生质体B原生质体正在融合的原生质体再生出细胞壁愈伤组织杂种植株移栽后的植株植物B细胞去除细胞壁A原生质体B原生质体诱导融合融合的原生质体再生出细胞壁杂种细胞脱分化愈伤组织再分化杂种植株植物A细胞(融合完成的标志)(2)人工诱导原生质体融合的方法①物理法：电融合法、离心法等。②化学法：聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。3．植物体细胞杂交的原理原生质体融合的过程利用了细胞膜的流动性，杂种细胞发育成杂种植株利用了植物细胞的全能性。4．意义：打破生殖隔离、实现远缘杂交育种，培育植物新品种。思考·讨论植物体细胞杂交技术1．A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型(只考虑两两融合)？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？有3种类型：AA、BB、AB；我们需要的是AB；因此要对融合后的原生质体进行筛选。2．若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株的染色体条数：

；染色体组数：

个；基因型：

；属于可遗传变异类型中的

。2x＋2y4AabbccDd染色体数目变异植物体细胞杂交与植物组织培养的比较1.原理(1)植物体细胞杂交的原理：(2)植物组织培养的原理：2.过程植物体细胞杂交包括原生质体融合和植物组织培养等过程。3.繁殖方式植物组织培养和植物体细胞杂交都属于无性繁殖；并且后者还能打破生殖隔离，实现远缘杂交。思考·讨论①细胞膜的流动性；②植物细胞的全能性。植物细胞的全能性。二植物细胞工程的应用一、植物繁殖的新途径1．快速繁殖(1)概念：用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术，也叫作微型繁殖技术。(2)特点①高效、快速地实现种苗的大量鳘殖②无性繁殖，保持优良品种的遗传特性③可实现产业化生产(3)实例：一些优良的观赏植物、经济林木、无性繁殖作物和濒危植物等都实现了利用快速繁殖技术来提供苗木。甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模。2．作物脱毒(1)选材①部位：植物顶端分生区附近(如茎尖)。②原因：病毒极少，甚至无病毒。(2)优点：提高作物的产量和品质。(3)实例：采用茎尖组织培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。脱毒马铃薯田和被病毒感染的未脱毒的马铃薯叶片(左上)繁殖新途径取材优点技术快速繁殖(微型繁殖)取材广泛①高效、快速地实现种苗的大量繁殖；②保持优良品种的遗传特性植物组织培养作物脱毒顶端分生区附近获得高产、优质的无病毒植物比较两种植物繁殖新途径二、作物新品种的培育1．单倍体育种(1)原理：细胞的全能性和染色体变异。(2)过程：花药(或花粉)单倍体植株人工诱导染色体加倍纯合二倍体植株优良品种。单倍体纯合二倍体优良品种选择人工诱导染色体加倍离体培养花药花粉(4)实例①世界上第一个单倍体作物新品种——单育1号烟草。②单倍体育种与常规育种相结合的新品种：水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等。(3)优点①子代是能稳定遗传的纯合子。②极大地缩短了育种的年限。③是进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。2．突变体的利用(1)原理：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素(如射线、化学物质等)的影响而产生突变。(2)利用：筛选出有用的突变体，培育新品种。如培育抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体。(3)实例：抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。3．细胞产物的工厂化生产(1)次生代谢物①定义：植物代谢产生的，一般认为不是植物基本生命活动所必需的产物。②本质：小分子有机化合物，如酚类、萜类和含氮化合物等。③作用：在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，还是药物、香料和色素等的重要来源。(2)技术：植物细胞培养，指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。(3)实例：人参、三七、紫草和红豆杉的细胞产物都已实现工厂化生产。(4)优势：不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。植物组织培养和植物细胞培养的比较比较项目植物组织培养植物细胞培养目的获得植物体获得细胞产物原理植物细胞的全能性细胞增殖过程应用快速繁殖、作物脱毒、单倍体育种等细胞产物的工厂化生产，如紫草宁、人参皂苷、紫杉醇等核心归纳四种育种方法的比较核心归纳育种方法原理