高中生物 专题2课题1 植物细胞工程课件 新人教版选修3

1、专题二 细胞工程学习目标学习目标1.明确细胞工程的概念明确细胞工程的概念2.细胞工程的分类、植物细胞工程的主要内容细胞工程的分类、植物细胞工程的主要内容3.植物组织培养技术的基本操作、原理、条件植物组织培养技术的基本操作、原理、条件4.植物体细胞杂交技术的基本操作、原理植物体细胞杂交技术的基本操作、原理细胞工程的概念细胞工程的概念 指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的

2、一门综合科学技术。传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。 细细胞胞工工程程应用的原理和方法应用的原理和方法研究的水平研究的水平研究的目的研究的目的细胞生物学和细胞生物学和分子生物学分子生物学细胞整体水平细胞整体水平或细胞器水平或细胞器水平按照人们的意愿来按照人们的意愿来改变细胞内的遗传改变细胞内的遗传物质或获得细胞产物质或获得细胞产品品概念概念分类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理论基础理论基础细胞的细胞的全能性全能性主主要要技技术术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动物细胞培养动物细胞培养动物细胞融合动物细胞融合单克隆抗体技术单克隆抗体技术胚胎移植胚胎

3、移植核移植核移植植物植物细胞细胞工程工程技术技术动物动物细胞细胞工程工程技术技术异种异种植物植物细胞细胞杂种细胞杂种细胞转基因转基因植物植物异种异种动物动物细胞细胞动物细动物细胞群胞群重组细胞重组细胞体细体细胞细胞细胞核胞核早期胚胎早期胚胎受精卵受精卵去核去核卵细卵细胞胞克隆动物克隆动物试管婴儿试管婴儿动物细动物细胞融合胞融合植物体细植物体细胞杂交胞杂交植物组植物组织培养织培养动物细动物细胞培养胞培养核移植核移植胚胎移植胚胎移植体外体外受精受精前者是前者是细胞水平或细胞器水平细胞水平或细胞器水平上生物技术上生物技术, ,后者是后者是分子水平上分子水平上的生物技术。的生物技术。克隆多莉羊技术是克

4、隆多莉羊技术是 水平上的技术，水平上的技术，培育抗虫棉是培育抗虫棉是 水平上的技术。水平上的技术。蛋白质工程是蛋白质工程是 水平上的技术。水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞工程与基因工程相比：细胞细胞分子分子思考思考: :分子分子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 植物组织培养植物组织培养 植物体细胞杂交植物体细胞杂交植物细胞的全能性植物细胞的全能性已分化的细胞仍具有发育成已分化的细胞仍具有发育成完整生物个体完整生物个体的潜能的潜能。基础基础3、体内细胞未表现全能性的原因：、体内细胞未表现全能性的原因：一、植物细胞工程的理论基础一、植物细胞工程的理论基础-细胞全

5、能性细胞全能性4、全能性表达的条件（植物组织培养的条件）：、全能性表达的条件（植物组织培养的条件）：离体：离体：离体离体细胞、组织或器官细胞、组织或器官适宜的外界环境条件适宜的外界环境条件：例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等例如无菌、适宜的温度、湿度、光照等 培养基培养基（一定的营养物质，激素等一定的营养物质，激素等） 受精卵受精卵 生殖细胞（精、卵）生殖细胞（精、卵） 体细胞体细胞体细胞：体细胞：植物细胞植物细胞 动物细胞动物细胞分化分化程度低的细胞程度低的细胞 分化程度高的细胞分化程度高的细胞 分裂能力强的细胞分裂能力强的细胞 分裂能力弱的细胞分裂能力弱的细胞 幼嫩细胞幼嫩细胞衰老细胞衰老

6、细胞有关细胞全能性的叙述，不正确的是（有关细胞全能性的叙述，不正确的是（ ）A.A.受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体，受精卵在自然条件下能使后代细胞形成完整个体， 因此其全能性最高因此其全能性最高B.B.生物体内细胞由于进行分化，全能性不能表达生物体内细胞由于进行分化，全能性不能表达C. C. 卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高卵细胞与受精卵一样，细胞未分化，全能性很高D.D.在一定条件下，植物细胞离体培养能表现出全能性在一定条件下，植物细胞离体培养能表现出全能性即时应用C二、植物组织培养二、植物组织培养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1 1、植

7、物组织培养的概念、植物组织培养的概念 在在无菌无菌和和人工控制人工控制的条件下的条件下,将将离体离体的植物器官、的植物器官、组织、细胞，培养在组织、细胞，培养在人工控制的培养基人工控制的培养基上，给予上，给予适适宜宜的培养条件，的培养条件，诱导诱导其产生其产生愈伤组织愈伤组织、丛芽，最终、丛芽，最终形成形成完整完整的植株。的植株。（无性生殖无性生殖或或有性生殖有性生殖（花药离体培养）（花药离体培养）下列属于植物组织培养的是下列属于植物组织培养的是（ ）A.A.花粉培养成单倍体植株花粉培养成单倍体植株B.B.芽发育成枝条芽发育成枝条C.C.根尖分生区发育成成熟区根尖分生区发育成成熟区D.D.未受

8、精的卵发育成植株未受精的卵发育成植株即时应用A3.植物组织培养的过程胡萝卜胡萝卜外植体外植体单个细胞单个细胞愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化胚状体胚状体再分化再分化试管植物试管植物离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞脱分化（又叫去分化）脱分化（又叫去分化）愈伤组织愈伤组织（排列疏松而无规则，高度液泡（排列疏松而无规则，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，代谢类型是异养需氧型）代谢类型是异养需氧型）再分化再分化胚状体、根或芽等器官胚状体、根或芽等器官植物体植物体（试管苗）（试管苗）条件条件： 离体离体一定的一定的营养物质营养物质和和激素激素（生长素、细胞分

9、裂素）（生长素、细胞分裂素） 适宜的条件（无菌、适宜的温度、适宜的条件（无菌、适宜的温度、pH、光照等）、光照等）离体的植物器官、组织或细胞离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织愈伤组织根、芽根、芽植物体植物体外植体外植体A、脱分化、脱分化B、再分化、再分化植物激素：植物激素：细胞分裂素、生长素细胞分裂素、生长素植物组织培养过程植物组织培养过程1、A过程进行有丝分裂过程进行有丝分裂2、B过程进行有丝分裂同时过程进行有丝分裂同时也进行分化也进行分化3、A不需光照，而不需光照，而B需光需光照，叶绿素的合成需光照照，叶绿素的合成需光照 植物激素调节：植物激素调节：（1）、在生长素存在的情况下，细胞分裂素

10、的）、在生长素存在的情况下，细胞分裂素的 作用呈现加强的趋势；作用呈现加强的趋势；（2）、使用顺序影响实验结果：）、使用顺序影响实验结果：（3）、激素用量的比例影响实验结果：）、激素用量的比例影响实验结果： 生长素用量比细胞分裂素用量，比值高时，有利于生长素用量比细胞分裂素用量，比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织分化，抑制根的形成；比值适中时，促进愈伤组织的生长。的生长。人工种子人工种子结构：结构：人人工种皮工种皮+ +人工胚乳人工胚乳+ +胚状体（不定芽、顶芽、腋芽）胚状体（不定

11、芽、顶芽、腋芽）优点：优点：1 1、可使自然条件下不结实或结实率低的植物得以繁殖；、可使自然条件下不结实或结实率低的植物得以繁殖；2 2、不受气候、季节、地域的限制，一年四季都可以生产、不受气候、季节、地域的限制，一年四季都可以生产3 3、能保持母本的优良性状、能保持母本的优良性状4 4、能快速高效繁殖、能快速高效繁殖5 5、可人为控制植物的生长发育与抗逆性、可人为控制植物的生长发育与抗逆性试管苗大规模培养 在植物组织培养的过程中，为什么要进行一系列的消在植物组织培养的过程中，为什么要进行一系列的消毒、灭菌，并且毒、灭菌，并且要求无菌操作要求无菌操作？ 植物组织培养所利用的植物组织培养所利用的

12、植物材料体积小、抗性差，对植物材料体积小、抗性差，对培养条件的要求较高。培养条件的要求较高。 植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，植物组织培养中用到的培养基含有丰富的营养成分，有利于培养物的生长，然而有利于培养物的生长，然而各种杂菌各种杂菌同样也可以在上同样也可以在上面迅速生长。面迅速生长。造成培养基污染的因素有很多，一般包造成培养基污染的因素有很多，一般包括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操括：外植体带菌、培养瓶和各种器械灭菌不彻底、操作人员操作不规范等作人员操作不规范等，所以植物组织培养过程中污染，所以植物组织培养过程中污染现象经常发生。现象经常发生。 培养基一旦被污染

13、，培养基一旦被污染，迅速生长的各种杂菌不但会和培迅速生长的各种杂菌不但会和培养物争夺营养，养物争夺营养，而且这些杂菌生长的过程中而且这些杂菌生长的过程中会生成大会生成大量对培养物有害的物质量对培养物有害的物质，导致培养物迅速死亡，实验，导致培养物迅速死亡，实验前功尽弃。所以在组织培养实验中用到的植物材料和前功尽弃。所以在组织培养实验中用到的植物材料和各种器械都要进行各种器械都要进行彻底地灭菌，实验人员操作一定要彻底地灭菌，实验人员操作一定要规范，避免带入杂菌。规范，避免带入杂菌。 二、植物二、植物体细胞杂交体细胞杂交1 概念概念：不同种植物不同种植物的的体细胞融合体细胞融合成一个成一个杂种细杂

14、种细胞胞，杂种细胞，杂种细胞发育成新的植物体发育成新的植物体的方法的方法2 理论基础理论基础： 细胞膜的流动性细胞膜的流动性和植物细胞的和植物细胞的全能性全能性3 过程过程：植物细胞植物细胞A 植物细胞植物细胞B植物细胞植物细胞A植物细胞植物细胞B去壁去壁(酶解法酶解法:纤维素酶纤维素酶和果胶酶和果胶酶)去去壁壁原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分原生质体：植物细胞去掉细胞壁的部分原生质体原生质体A原生质体原生质体B原生质体原生质体B诱导诱导融合融合原生质体原生质体A诱导融合：物理法（离心、振动、诱导融合：物理法（离心、振动、电激）化学法（电激）化学法（PEG,聚乙二醇）聚乙二醇）融合的原生质体

15、融合的原生质体融合的原融合的原生质体生质体物化法物化法再生壁再生壁杂种细胞杂种细胞脱分化脱分化愈伤组织愈伤组织脱分化脱分化再生壁再生壁再分化再分化杂种植株杂种植株再分化再分化（无性生殖）（无性生殖）(1)(1)(2)(3)(4)(5)植物体细胞杂交植物体细胞杂交4 意义意义：克服了克服了远源杂交不亲和性远源杂交不亲和性的障碍的障碍扩展了扩展了用于杂交用于杂交 的亲本范围的亲本范围5 未解决的问题未解决的问题：还不能让：还不能让杂种植物按照人们的要求杂种植物按照人们的要求表现出亲代性状表现出亲代性状杂杂种种植植株株融合的融合的原生质原生质体体ABAB再再生生出出细细胞胞壁壁脱脱分分化化愈愈伤伤组

16、组织织再再分分化化植物细胞的融合植物细胞的融合植物组织培养植物组织培养植物细胞植物细胞A原生质体原生质体B原生质体原生质体A杂种杂种细胞细胞AB去去 壁壁去去 壁壁人人工工诱诱导导方法？方法？促进融合促进融合的方法？的方法？融合融合完成完成的的标志标志植物细胞植物细胞B回顾、植物体细胞杂交基本过程回顾、植物体细胞杂交基本过程酶解法（纤维酶解法（纤维素酶、果胶酶素酶、果胶酶等）等）物理法：离心、振动、电刺激等物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（化学法：聚乙二醇（PEG） 植物植物A A细胞细胞植物植物B B细胞细胞去壁去壁原生质体原生质体A A原生质体原生质体B B原生质体融合原生质体

17、融合融合体融合体杂种细胞杂种细胞愈伤组织愈伤组织杂种植株杂种植株植物体细胞杂交植物体细胞杂交再生壁（再生壁（标志标志）脱分化脱分化再分化再分化体细胞融合体细胞融合植物组织培养植物组织培养1 1、为什么、为什么“番茄番茄马铃薯马铃薯”超级杂超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，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？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主要原因是：生物基因的表达不是孤立的，它们之间是立的，它们之间是相互调控、相互相互调控、相互影响的影响的，所以马铃薯，所以马铃薯番茄杂交植番茄杂交植株的细胞中虽然具备两个物种的遗株的细胞中虽然具备两个物种的遗

18、传物质，但这些遗传物质的表达受传物质，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，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、地下结杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。马铃薯就是很自然的了。 思考与探究思考与探究即时应用1、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技、在下列选项中，不需要采用植物组织培养技术的是术的是()A利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株多倍体植株B利用花药离体培养得到单倍体植株利用花药离体培养得到单倍体植株C利用基因工程培养抗棉铃

19、虫的棉花植株利用基因工程培养抗棉铃虫的棉花植株D利用细胞工程培养利用细胞工程培养“番茄番茄马铃薯马铃薯”杂种植株杂种植株A A常见育种方式比较常见育种方式比较问题 自然界中有一种含有叶绿体的原生动物自然界中有一种含有叶绿体的原生动物眼眼虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细虫，说明植物的细胞器同样可以在某些动物细胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间胞中存活，请探讨：动物细胞与植物细胞之间可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出可以实现杂交吗？如果理论上可行，请设计出具体实验方案。具体实验方案。 异想天开1、细胞全能性细胞全能性的概念、全能性大小的比较的概念、全能性大小的比较2、植物组织培

20、养植物组织培养的概念、原理、过程。的概念、原理、过程。3、植物组织培养实验植物组织培养实验所需的条件：离体、无菌、培养所需的条件：离体、无菌、培养基、基、 环境条件。环境条件。4、植物体细胞杂交植物体细胞杂交的概念、原理、过程的概念、原理、过程。本节课内容小结本节课内容小结【解析解析】只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽只有将离体植物细胞或组织培养成具有生根发芽能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而能力的胚状结构，再包上人造种皮，才能得到人工种子，而是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化是未分化的愈伤组织，不具有生根发芽能力，只有在分化培养基上培养后，才能用于制

21、造人工种子。培养基上培养后，才能用于制造人工种子。【答案答案】D2 2(2011(2011苏北四市调研苏北四市调研) )下图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成白下图为白菜与甘蓝体细胞杂交育成白菜菜甘蓝杂种植株的示意图。请据此回答：甘蓝杂种植株的示意图。请据此回答：(1)(1)图中过程用到的酶是图中过程用到的酶是_，作用的结果是获得，作用的结果是获得_。(2)(2)在过程中，常用的化学诱导剂是在过程中，常用的化学诱导剂是_，若在容器中放，若在容器中放置若干置若干a a、b b，诱导完成且假设所有细胞发生了融合，诱导完成且假设所有细胞发生了融合( (只考虑细只考虑细胞两两融合胞两两融合) )，然后经过程，

22、形成的，然后经过程，形成的d d细胞的类型有细胞的类型有_种，从中选出种，从中选出_进行培养。进行培养。(3)(3)图中过程是图中过程是_，过程合称，过程合称_技术。技术。【答案答案】(1)(1)纤维素酶和果胶酶纤维素酶和果胶酶( (具有活力具有活力) )原生质体原生质体(2)(2)聚乙聚乙二醇二醇(PEG)(PEG)3 3杂种细胞杂种细胞(3)(3)脱分化植物组织培养脱分化植物组织培养 (2011泰州模拟泰州模拟)我国植物学家将名我国植物学家将名贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，贵兰花的茎尖细胞放在培养基中进行培养，最终发育成完整的新植株。下图是细胞培最终发育成完整的新植株。下图是细胞培

23、养形成兰花植株示意图，请据图分析回答：养形成兰花植株示意图，请据图分析回答：(1)过程过程和和分别表示分别表示_和和_。(2)在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，在培养过程中，除了提供水分、无机盐、糖类、维生素及氨基酸外，还需要在培养基中加入还需要在培养基中加入_。同时，在培养过程中，除。同时，在培养过程中，除必需的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过必需的温度、光照和氧气等外界条件外，成功的另一个关键是操作过程必须保证程必须保证_。(3)从育种的角度看，植物组织培养与有性生殖相比，优势主要有从育种的角度看，植物组织培养与有性生殖相比，优势主要有(列举

24、列举2条条)：_。(4)植物组织培养的过程中，可以对植物组织培养的过程中，可以对_进行化学或物理的诱变处进行化学或物理的诱变处理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品理，促使其发生突变，再通过诱导分化形成植株，从中选育出优良品种。种。(5)若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒经组织培养形成植株，这种育若将兰花的茎尖细胞换成兰花的花粉粒经组织培养形成植株，这种育种方法称为种方法称为_，其优点是，其优点是_。【答案】【答案】(1)脱分化再分化脱分化再分化(2)植物激素植物激素(或植物激素类似物或植物激素类似物)无菌无菌(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖能保持亲本的优良性

25、状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株效率高；能培育无病毒植株(4)愈伤组织愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限单倍体育种缩短育种年限【答案】【答案】(1)脱分化再分化脱分化再分化(2)植物激素植物激素(或植物激素类似物或植物激素类似物)无菌无菌(3)能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能能保持亲本的优良性状；培养周期短，繁殖效率高；能培育无病毒植株培育无病毒植株(4)愈伤组织愈伤组织(5)单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种单倍体育种缩短育种年限，培育的品种一定是纯种(1)微型繁殖，实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切微型繁殖，实际上是一种无性繁殖，能保持亲本的一切优良性状，这项技术只运用了植物组织培养，因此该过程优良性状，这项技术只运用了植物组织培养，因此该过