【课件】2.1植物细胞工程课件高二下学期生物人教版选择性必修3

1、第二章 细胞工程 细胞工程是指应用细胞工程是指应用_ _ _和和 的原理和方法，的原理和方法，通过通过_ _ _、_ _ _上的上的操作，有目的的获得特定的操作，有目的的获得特定的_ _ _的一门综合性生物工程。的一门综合性生物工程。什么叫细胞工程？什么叫细胞工程？植物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程动物细胞工程原理方法原理方法研究目的研究目的细胞生物学细胞生物学分子生物学分子生物学细胞或组织水平细胞或组织水平细胞器水平细胞器水平细胞、组织、器官、个体或其产品细胞、组织、器官、个体或其产品发育生物学发育生物学研究水平研究水平19581958196019601964196419711971197

2、41974190219021974年，土壤农杆菌的TiTi质粒质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。1971年，卡尔森（P.S.Carlson，19442017）诱导烟草种间原生种间原生质体融合质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株种间杂种植株。1964年，古哈（S.Guha，19382007）等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉粒发花粉粒发育而来的胚育而来的胚。1960年，科金（E.C.Cocking，1931）用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体原生质体。1958年，斯图尔德（F.C.Steward

3、，19041993）等发现胡萝卜的体细胞可以胡萝卜的体细胞可以分化为胚分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。1902年，哈伯兰特（G.Haberlandt，18541945）提出了细细胞全能性的理论胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。科技探索之路科技探索之路 植物植物细胞工程的发展历程细胞工程的发展历程 从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象从古至今，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。征，很多人喜欢养兰花。 但是兰花种子通常发育不全，但是兰花种子通常发育不全，在自然条件下在自然条件下萌发率极低萌发率极低；传统分株繁殖的方式，又存；传统分株繁殖的方式，又

4、存在在繁殖周期长、繁殖率低等繁殖周期长、繁殖率低等问题，如果靠自然繁殖，兰问题，如果靠自然繁殖，兰花的花的价格价格可想而知了。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？寻常百姓家呢？【从社会中来从社会中来】 “其芽其芽葺葺葺葺(q(qi i) )，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨可敬可慕。迨（didi）夫花开，凝晴夫花开，凝晴瀼瀼露，万态千妍，薰露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！岂非有国香乎！”1.1.全能性定义：全能性定

5、义：细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的细胞的潜能。潜能。2.2.具有全能性的原因：具有全能性的原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质。3.3.体现体现全能性全能性的标志：的标志：细胞细胞 完整个体完整个体或或其他各种细胞其他各种细胞 实例：实例：胡萝卜胡萝卜韧皮部细胞韧皮部细胞发育成完整植株发育成完整植株 受精卵受精卵发育成个体（发育成个体（动植物动植物） 蜜蜂蜜蜂受精卵受精卵发育成工蜂，发育成工蜂，卵细胞卵细胞发育成雄峰发育成雄

6、峰 用用一片叶子一片叶子、一片花瓣一片花瓣、一粒花粉一粒花粉繁殖出新的植株繁殖出新的植株4.4.不体现不体现全能性的全能性的实例实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶5.5.不体现不体现全能性的全能性的原因原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达基因在特定时间、空间条件下选择性表达1.细胞的全能性：P346.6.全能性大小的比较全能性大小的比较：受精卵受精卵 胚胎干细胞胚胎干细胞 生殖细胞生殖细胞 体细胞；体细胞；植物细胞植物细胞 动物细胞。动物细胞。 随着细胞分化程度的不断提高随着细胞分化程度的不断提高, ,细胞的全能性逐渐降低。细胞的全能性逐渐

7、降低。（一）植物组织培养技术（一）植物组织培养技术外植体外植体脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织再分化再分化根、芽等根、芽等试管苗试管苗驯化移栽驯化移栽完整植株完整植株1.1.概念概念：3.3.一般过程：一般过程：指指离体的离体的植物器官、组织或细胞植物器官、组织或细胞等，培养在等，培养在人工配制人工配制的培养基上，的培养基上，给予给予适宜的培养条件适宜的培养条件，诱导其分化为完整植株的技术。，诱导其分化为完整植株的技术。移栽成活2.2.理论基础：理论基础：植物植物细胞的全能性细胞的全能性植物细胞工程的基本技术外植体生殖方式：无性生殖生殖方式：无性生殖分裂方式：有丝分裂分裂方式：有丝分裂2.植物组织

8、培养的一般过程相关概念 教材P35脱分化脱分化：在在_条件的诱导条件的诱导下，下，已经分化的细胞已经分化的细胞_，转变为转变为_，进而形成，进而形成_的过程。的过程。一定的激素和营养等一定的激素和营养等失去其特有的结构和功能失去其特有的结构和功能未分化的细胞未分化的细胞愈伤组织愈伤组织愈伤组织愈伤组织：不定形不定形的的薄壁组织薄壁组织团块团块。再分化再分化：愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。适宜的培养条件适宜的培养条件：（1 1）离体离体状态状态（2 2）无菌无菌操作操作（3 3）种类齐全、比例适合的）种类齐全、比例适合的营养物质营养物质（4 4）植物

9、）植物激素激素（主要是（主要是生长素生长素和和细胞分裂素细胞分裂素）诱导和调节诱导和调节（5 5）适宜的外界条件适宜的外界条件（温度、温度、pHpH、光照等、光照等）外植体外植体脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织再分化再分化根、芽等根、芽等试管苗试管苗驯化移栽驯化移栽完整植株完整植株5.5.探究探究- -实践实践菊花的组织培养 原理： 步骤：1 1）制备外植体）制备外植体2 2）接种到诱导）接种到诱导愈伤组织愈伤组织培养基培养基3 3）接种到诱导）接种到诱导生芽生芽培养基培养基4 4）接种到诱导）接种到诱导生根生根培养基培养基 植物细胞一般具有植物细胞一般具有_； 植物激素中植物激素中_和和_是启动

10、是启动_、_和和_ 关键激素，它们的关键激素，它们的_、_等都会影响植物细胞的发育方向；等都会影响植物细胞的发育方向；生长素生长素细胞分裂素细胞分裂素细胞分裂细胞分裂脱分化脱分化再分化再分化浓度浓度比例比例全能性全能性菊花的组织培养（1 1）制备外植体）制备外植体消毒：消毒：切割：（无菌操作）切割：（无菌操作）酒精酒精30S30S无菌水无菌水2-32-3次次次氯酸钠溶液次氯酸钠溶液30min30min材料：材料：幼嫩的菊花茎段幼嫩的菊花茎段2-32-3次次无菌水洗无菌水洗超净工作台或接种箱超净工作台或接种箱消毒与无菌水冲洗消毒与无菌水冲洗切割与接种切割与接种（2 2）接种到诱导）接种到诱导愈伤

11、组织愈伤组织培养基培养基脱分化脱分化 避光避光形成愈伤组织形成愈伤组织有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。愈伤组织培养愈伤组织培养培养温度：18-220C(3(3）接种到诱导）接种到诱导生芽生芽培养基培养基（4 4）接种到诱导）接种到诱导生根生根培养基培养基接种室接种室试管苗试管苗若先生根后面就不易生芽移栽移栽培养室根、芽植物体脱分化再分化培养条件：无菌营养物质适宜环境条件（温度、PH、光等）植物激素： 细胞分裂素 生长素如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药植物组织培养技术-过程遮光一定的光照芽发育成叶，叶肉芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合细胞中叶绿素的合成需要光照成需要光

12、照排列不规则，高度液泡化，呈不定形状态的薄壁细胞愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织重新分化愈伤组织重新分化为芽、根等器官为芽、根等器官失去特有结构和功能失去特有结构和功能转变成未分化的细胞转变成未分化的细胞5. 进一步探究进一步探究 若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？影响，则应如何设计对照实验？ 空白对照：不加任何激素；空白对照：不加任何激素； 实验组实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1； 实验组实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的

13、比值大于：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1； 实验组实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。探究-实践菊花的组织培养深度思考1、菊花组织培养过程中，诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基，其成分中是否应含有蔗糖等有机物？为什么？提示：含有，因为此时外植体不能进行光合作用制造有机物，需要依赖环境中的有机物才能生存。2、菊花组织培养中，前后三次用到培养基其功能分别是什么？提示：第一次：诱导外植体脱分化形成愈伤组织；第二次：诱导愈伤组织生芽；第三次：诱导愈伤组织生根。（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术 欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的

14、欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物超级作物”。你有什么好妙招？。你有什么好妙招？阅读课文36-38页，图2-4，讨论：（1 1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？碍是什么？（2 2）怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？）怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？（3 3）怎样诱导两个原生质体的融合）怎样诱导两个原生质体的融合( (方法方法) )？与细胞膜的什么特性有关？与细胞膜的什么特性有关？（4 4）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步）如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞

15、，下一步如何将杂种细胞培育成杂种植株？如何将杂种细胞培育成杂种植株？（5 5）这项技术的出现有什么意义？）这项技术的出现有什么意义？（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术1.过程植物细胞融合 + 植物组织培养去壁去壁去壁去壁融融合合 再生再生新壁新壁脱分化脱分化再分化再分化移栽移栽植物细胞融合植物细胞融合植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交植物体细胞杂交（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术原生质体原生质体原生质层原生质层（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术原生质体细胞壁细胞壁细胞膜细胞膜细胞质细胞质液泡液泡细胞核细胞核原生质层成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介

16、于这两层膜之间的细胞质去壁原因：去壁原因： 。方法：方法： 。相关酶：相关酶： 。* *为什么用上述酶？为什么用上述酶？_* *酶解法利用了原理？酶解法利用了原理？_* *纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）酶解法酶解法纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成酶的专一性酶的专一性使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体

17、吸水过多而涨破，保持原生质体正常使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常（1）去除细胞壁原生质体原生质体原生质层原生质层方法：方法：物理方法物理方法：电融合法、离心法：电融合法、离心法化学方法：化学方法：聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEG）融合法、）融合法、 高高CaCa2+2+- -高高pHpH融合法融合法原理：原理：细胞膜具有流动性细胞膜具有流动性 （二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术原生质体细胞壁细胞壁细胞膜细胞膜细胞质细胞质液泡液泡细胞核细胞核原生质层成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质和介于这两层膜之

18、间的细胞质（2）原生质体间的融合脱去细胞壁的细胞。动物细胞也可看做是原生质体。融合的原生质体融合的原生质体重新产生细胞壁重新产生细胞壁，形成杂种细胞，形成杂种细胞思考：思考：1 1、参与此过程中的主要细胞器是？、参与此过程中的主要细胞器是？ 2 2、杂种细胞的染色体数是多少？、杂种细胞的染色体数是多少？ 3 3、杂种细胞染色体组数是多少？、杂种细胞染色体组数是多少？ 4 4、融合后，培养基中有几种类型的细胞？、融合后，培养基中有几种类型的细胞？（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术验证再生出新壁的实验：验证再生出新壁的实验：_质壁分离和质壁分离复原实验质壁分离和质壁分离复原实验（3

19、3）细胞融合完成的标志细胞融合完成的标志* *：_高尔基体高尔基体两亲本染色体数之和两亲本染色体数之和两亲本染色体组数之和两亲本染色体组数之和未融合的细胞：未融合的细胞：A、B、 两两融合的细胞：两两融合的细胞：AA、BB、AB 多细胞融合体多细胞融合体需要进一步筛选需要进一步筛选（4 4）（）（5 5）利用植物组织培养技术将杂种细胞）利用植物组织培养技术将杂种细胞培育成培育成杂种植株杂种植株。植物体细胞杂交育种植物体细胞杂交育种杂交育种杂交育种诱导多倍体诱导多倍体四倍体四倍体四倍体四倍体二倍体二倍体意义：意义：打破生殖隔离打破生殖隔离，实现远缘杂交实现远缘杂交育种。育种。大大扩展杂交的亲本组

20、合范围。大大扩展杂交的亲本组合范围。番茄马铃薯植株是番茄马铃薯植株是异源四倍体异源四倍体。（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术原理：原理：_植物体细胞杂交完成的标志植物体细胞杂交完成的标志* *： _ _植物细胞的全能性植物细胞的全能性培育出杂种植株培育出杂种植株项目项目 体细胞杂交体细胞杂交 P P1 1：2n(AaBb) 2n(AaBb) 与与 P P2 2：2m(CcDd)2m(CcDd)生殖类型生殖类型变异类型变异类型染色体数染色体数染色体组数染色体组数基因组成基因组成无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律染色体数目变异染色体数目变异两亲本

21、染色体数之和。两亲本染色体数之和。2n+2m2n+2m两亲本染色体组数之和。两亲本染色体组数之和。2+22+2两亲本基因型之和。两亲本基因型之和。AaBbCcDdAaBbCcDd植物体细胞杂交后代的遗传变化若亲本植株可育，则杂种植株可育。杂种植株是不同于亲本的新物种。从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？染色体数目变异（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术2 2. .原理：原理：（二）植物体细胞杂交技术（二）植物体细胞杂交技术-小结小结1.1.概念：概念： 将将不同来源不同来源的植物细胞，在一定条件下融合成的植物细胞，在一定条件下融合成杂种细

22、胞杂种细胞，并把杂种，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。细胞培育成新植物体的技术。 4 4. .步骤说明步骤说明: :1 1）酶解法酶解法去壁：去壁：细胞壁细胞壁纤维素酶、果胶酶纤维素酶、果胶酶原生质体原生质体2 2）理化法理化法促融：促融： 物理法：电融合法、离心法物理法：电融合法、离心法化学法：聚乙二醇融合法、高化学法：聚乙二醇融合法、高CaCa2+ 2+ 高高PHPH融合法等融合法等3 3）融合的原生质体再生出细胞壁为杂种细胞，可诱导形成愈伤组织融合的原生质体再生出细胞壁为杂种细胞，可诱导形成愈伤组织5 5. .意义意义: :打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。打破生殖隔离，

23、实现远缘杂交育种，培育植物新品种。细胞膜的流动性细胞膜的流动性和和细胞全能性细胞全能性3.3.两个标志：两个标志：（1 1）植物细胞融合完成的标志：植物细胞融合完成的标志： 再生出新的细胞壁再生出新的细胞壁（2 2）植物体细胞杂交完成的标志：植物体细胞杂交完成的标志： 培育成新植物体培育成新植物体植物组织培养植物组织培养植物体细胞杂交技术植物体细胞杂交技术所属范所属范畴畴原理原理步骤步骤意义意义联系联系无性繁殖无性繁殖植物细胞全能性植物细胞全能性脱分化脱分化 再分化再分化保持优良性状保持优良性状 繁殖速度快繁殖速度快 大规模生产提高经济效益大规模生产提高经济效益杂交技术应用了组织培养杂交技术应用了组织培养克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍克服不同种生物远缘杂交不亲和的障碍去除细胞壁融合形成杂种细胞组织培养去除细胞壁融合形成杂种细胞组织培养膜流动性和细胞全能性膜流动性和细胞全能性染色体变异、基因重组染色体变异、基因重组思考与探究思考与探究 P38P38为什么为什么“番茄