人教版高中生物选修3《植物的细胞工程》公开课课件

1、专题2 细胞工程科学利用菊花花瓣培科学利用菊花花瓣培养的菊花养的菊花科学利用奶牛的耳科学利用奶牛的耳细胞生产出的奶牛细胞生产出的奶牛 细胞工程是指应用细胞生物学和分子细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过生物学的原理和方法，通过细胞水平细胞水平或或细细胞器水平胞器水平上的操作，按照人们的意愿来上的操作，按照人们的意愿来改改变变细胞内的细胞内的遗传物质遗传物质或或获得细胞产品获得细胞产品的一的一门综合科学技术。门综合科学技术。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？按操作对按操作对象分类象分类植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程 基因工程是指按照人们的愿望,进行严格的设计,

2、并通过体外DNA重组技术和转基因等技术,赋予生物以新的遗传特性,从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品，是在DNA分子水平进行设计和施工的一门综合科学技术。什么叫基因工程？前者是 水平或 水平上的生物技术，后者是 上的生物技术。例：克隆多莉羊技术是 上的技术，培育抗虫棉是 上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞水平分子水平细胞细胞器分子水平植物组织培养技术、植物体细胞杂交 技术细胞的全能性细胞的全能性1. 概念概念: 具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整个体的潜能都具有发育成完整个体的潜能。（。（已高度分化已高度分化的细胞仍

3、具有发育成完整个体的潜能。）的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。） 2. 原因：原因： 生物体细胞含有本物种所特有的全套遗传信生物体细胞含有本物种所特有的全套遗传信息。息。3. 全能性高低：全能性高低： 受精卵生殖细胞体细胞植物细胞动物细胞动物细胞为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？ 为什么植物的花瓣在植物体内没有能发育成完整的植株为什么植物的花瓣在植物体内没有能发育成完整的植株呢呢？ 基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。基因在特定空间和时间条件下选择性表达的结果。在在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基个体发育的不同时期

4、，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。的组织和器官。要使一个细胞表现全能性，要使一个细胞表现全能性，前提条件是什么？前提条件是什么？离体离体2.1.1植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术植物组织培养技术植物组织培养技术无菌无菌接种接种离体离体的植物器的植物器官、组织或细官、组织或细胞胞(外植体外植体)在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？菌，并且要求无菌操作？避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有避免杂菌在上面迅

5、速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。些杂菌会危害培养物的生长。无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成脱分化脱分化离体离体的植物器的植物器官、组织或细官、组织或细胞胞(外植体外植体)脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后失去特有的结脱分化：让已经分化的细胞，经过诱导后失去特有的结构和功能而转变成未分化细胞（愈伤组织）的过程。构和功能而转变成未分化细胞（愈伤组织）的过程。愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡愈伤组织：细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。化的呈无定形状态的薄壁细胞。脱分化的实质和结果分别是什么？脱分化的实质和结果分别是什么？

6、实质是恢复细胞的全能性过程。实质是恢复细胞的全能性过程。结果是形成愈伤组织。结果是形成愈伤组织。为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？在有光时，往往容易形成维管组织（输导水分和在有光时，往往容易形成维管组织（输导水分和营养物质），而不易形成愈伤组织。营养物质），而不易形成愈伤组织。无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成脱分化脱分化再分化再分化离体离体的植物器的植物器官、组织或细官、组织或细胞胞(外植体外植体)再分化：再分化：脱分化产生的愈伤脱分化产生的愈伤组织在培养过程中重新分组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程化

7、根或芽等器官的过程需光：光诱导叶绿素的形成需光：光诱导叶绿素的形成决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？决定植物脱分化、再分化的关键因素是什么？植物激素植物激素具体内容详见具体内容详见P43拓展视野拓展视野为什么植物的花瓣在植物体内没有能发为什么植物的花瓣在植物体内没有能发育成完整的植株呢育成完整的植株呢？ 怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株, 应该如何操作?植物组织培养的培养基植物组织培养的培养基 定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的定义：含有一定营养成分，供组织培养植物生长的基质基质 1.1.无机营养成分：无机营养成分：C C，H H，O O等大量元素及部分微量等大量元素

8、及部分微量元素元素 2.2.有机营养成分有机营养成分 含含N N物质：包括维生素和氨基酸物质：包括维生素和氨基酸 碳源：碳源：2%2%5%5%的蔗糖的蔗糖 3.3.琼脂琼脂：起凝固支持作用：起凝固支持作用 4.4.植物激素植物激素：生长素，细胞分裂素和赤霉素等：生长素，细胞分裂素和赤霉素等 5.PH5.PH值值：5.05.06.06.0切取切取形成层部位形成层部位无菌无菌接种接种诱导愈伤组织诱导愈伤组织的形成的形成试管苗的形成试管苗的形成培养室培养室移栽移栽脱分化脱分化再分化再分化 根据上述过程，请同学们讨论归根据上述过程，请同学们讨论归纳出植物组织培养的概念。纳出植物组织培养的概念。 植物组

9、织培养就是在植物组织培养就是在无菌无菌和和人工控制人工控制条件下，将条件下，将离体离体的植物器官、组织、细胞，的植物器官、组织、细胞，培养在培养在人工配制的培养基上人工配制的培养基上，给予适宜的，给予适宜的培养培养条件，条件，诱导诱导其产生愈伤组织、丛芽，其产生愈伤组织、丛芽，最终最终形成完整的植株形成完整的植株。 1、关于愈伤组织形成过程的正确叙述是（ ） A、愈伤组织的形成是离体植物细胞分化的结果 B、愈伤组织的形成是离体植物细胞分裂的结果 C、愈伤组织的形成是离体动物细胞分化的结果 D、愈伤组织的形成是离体植物细胞脱分化的结果DC丛芽（胚丛芽（胚状体）状体）外植体外植体植物体植物体脱分化

10、脱分化再分化再分化植物组织培养过程（无性繁殖）植物组织培养过程（无性繁殖）（已分化）（已分化）（未分化）（未分化）（分化）（分化）幼芽或幼根幼芽或幼根优点优点特点特点繁殖速度快繁殖速度快不受季节限制不受季节限制幼苗无毒幼苗无毒保持遗传性状保持遗传性状无定形状态无定形状态薄壁细胞薄壁细胞高度液泡化高度液泡化排列疏松、无规则排列疏松、无规则分化程度低分化程度低脱分化较易脱分化较易离体的植物离体的植物器官、组织器官、组织或细胞或细胞愈伤组织愈伤组织植物激素：植物激素：细胞分裂素、生细胞分裂素、生长素长素植物组织培养细胞细胞离体离体、一定的、一定的营养物质营养物质（培养基）、（培养基）、适当比例的适当

11、比例的激素激素(生长素、细胞分裂素等生长素、细胞分裂素等)，无菌条件无菌条件, ,适宜适宜温度温度和和(5.0-6.0)(5.0-6.0)，光照光照( (脱分化避光，再分化需光脱分化避光，再分化需光) )，适宜的空气等。适宜的空气等。必要条件：必要条件：愈伤组织的发育去向愈伤组织的发育去向（1）再分化：愈伤组织移植到）再分化：愈伤组织移植到合适的培养基上继续培养（适合适的培养基上继续培养（适当光照、温度等条件），愈伤当光照、温度等条件），愈伤组织就会重新分化，产生出植组织就会重新分化，产生出植物的各种组织和器官（如根、物的各种组织和器官（如根、茎、叶等）茎、叶等）（2）形成肧状体（体细胞）形成

12、肧状体（体细胞肧）：具有胚芽和胚根，外肧）：具有胚芽和胚根，外包人工胚乳和人工种皮，可包人工胚乳和人工种皮，可形成人工种子。形成人工种子。人工种子人工种子概念概念： 通过植物组通过植物组织培养的方法获得织培养的方法获得的的胚状体（胚状体（体细胞体细胞肧），肧），包埋在营养包埋在营养物质和保护物质等物质和保护物质等形成的包被中，在形成的包被中，在适宜的条件下能够适宜的条件下能够发芽出苗的颗粒体。发芽出苗的颗粒体。胚芽胚芽胚根胚根胚乳或子叶胚乳或子叶种皮种皮制备人工种子的基本流程：制备人工种子的基本流程： 植物组织培养诱导体细胞胚的发生植物组织培养诱导体细胞胚的发生 胚胎发育同步化的控制胚胎发育同

13、步化的控制 人工种皮（海藻酸钠）的包埋人工种皮（海藻酸钠）的包埋二、植物体细胞杂交技术二、植物体细胞杂交技术因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。这幅番茄马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？1、定义： 用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。 2、优势：（与有性杂交方法比较） 打破了不同种生物间的生殖隔离限制，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围。克服了远缘杂交不亲和的障碍。去壁去壁去壁去壁纤维素酶纤维素酶果胶酶果胶酶原原生生质质体

14、体植物细胞植物细胞再生细胞壁再生细胞壁杂种细胞杂种细胞脱脱分分化化愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株筛选筛选等量等量再分再分化化植物体细胞杂交植物体细胞杂交人工诱导人工诱导原生质体融合原生质体融合植物组织培养植物组织培养原原生生质质体体融融合合1 1你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？遇到的第一个障碍是什么？2 2去壁方法有哪些？去壁方法有哪些？3 3为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？膜的什么特性有关？4 4杂交完成标志是什么？杂交完成标志是什么？5 5如何将杂种细胞培

15、育成杂种植株？如何将杂种细胞培育成杂种植株？请思考：请思考：3.过程三.植物体细胞杂交杂种细胞形成的标志杂种细胞形成的标志：新细胞壁的形成：新细胞壁的形成杂种细胞的种类杂种细胞的种类：AA BB AB 三种三种 符合要求的只有符合要求的只有AB ，所以需要进行，所以需要进行筛选筛选杂种植株的特征：杂种植株的特征：具备两种植物的遗传特征具备两种植物的遗传特征原因：杂种植株中含两种植物的遗传物质。原因：杂种植株中含两种植物的遗传物质。去壁的常用方法去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）酶解法（纤维素酶、果胶酶等） 原生质体融合方法原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振

16、动、电刺激等 化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEGPEG） 细胞融合的基础细胞融合的基础： 细胞膜的流动性细胞膜的流动性3.植物体细胞杂交过程 去掉细胞壁原生质体融合原生质体原生质体杂种细胞 杂 种 植 株脱分化再分化2、概念 将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。3、成果和未解决的问题 成果：克服不同生物远缘杂交的障碍，出 现自然界没有的新品种。未解决的问题：未能让杂种植物按照人们 的需要表现出亲代的优良。植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术概念概念 将将不同种的不同种的植物体细胞，在一植物体细胞，在一定条件下融合成定条件下融合成杂种细胞

17、杂种细胞，并把，并把杂种细胞培育成新的植物体的技杂种细胞培育成新的植物体的技术。术。原理：原理：细胞膜的流动性，细胞全能性细胞膜的流动性，细胞全能性意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种意义：克服远缘杂交不亲和的障碍、培育新品种生产周期短、耐热性强、易于储藏生产周期短、耐热性强、易于储藏未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良性状。要表现出亲代的优良性状。1.为什么“番茄马铃薯”杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？ 马铃薯番茄没有像人们预想的那样地上长番茄、地下结马铃薯，主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，

18、它们之间是相互调控、相互影响的，所以马铃薯番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗传物质，但这些遗传物质的表达受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。所采用技术的理论基础 植物细胞工程通常采用的技 术 手 段 植物组织培养 植物体细胞杂交植物细胞的全能性小结1、不能人工诱导原生质体融合的方法是（ ）A、振动 B、电刺激C、PEG试剂 D、重压2、植物细胞融合完成的标志的是（ ）A、产生新的细胞壁 B、细胞膜发生融合C、细胞质发生融合 D、细胞核发生融合AD2.植物体细胞杂交尚未解决的问题有：A、去掉细胞壁,分离出有活力的原生质体B