【课件】2.1.1植物细胞工程的基本技术（人教版2019选择性必修3）

1、2.1 植物细胞工程植物细胞工程的基本技术新教材人教版选择性必修三【教学过程】Teaching Process1.概念图3.教学总结、综合2.课堂教 学内容4.课堂练习巩固典型习题规律总结植物组织培养植物体细胞杂交技术基本技术1958196019641971197419021974年，土壤农杆菌的Ti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）诱导烟草种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株。1964年，古哈（S.Guha，19382007）等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得

2、到了由花药中的花粉粒发育而来的胚。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。1958年，斯图尔德（F.C.Steward，19041993）等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，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1植物细胞工程的发展历程原理和方法 生物学 生物学和 生物学操作水平 水平 水平或 水平目的获得特定的细胞组织、器官、个体或 。分类 细胞工程和 细胞工程细胞分子细胞组织细胞产品植物动物细胞工程是

3、指应用细胞生物学、分子生物学和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。可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。发育细胞器科技探索之路1 “其芽葺葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开,凝晴瀼露,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

4、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？讨论：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？ 利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。 兰花是观赏植物中最常见的一类依靠植物组织培养繁育种苗的植物，其组培苗的数量约占观赏植物组培苗总量的40% 从社会中来国画作品兰国画作品兰一.植物细胞工程的基本技术植物细胞工程植物组织培养 植物体细胞杂交植物细胞工程的理论基础是什么?细胞的全能性1 1 选取多肉上健选取多肉上健康、饱满的叶片。康、饱满的叶片。2 2 用剪刀切下整片叶片，用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整齐。也切口要平滑、整齐。

5、也可以直接用手轻轻掰下可以直接用手轻轻掰下叶片。叶片。3 3 平躺放在沙床平躺放在沙床上，叶片间隔相上，叶片间隔相聚聚2323厘米。厘米。4 4 叶片切口不要有碰叶片切口不要有碰脏，摆放通风处脏，摆放通风处2323天，晾干天，晾干5 5 待叶片晾干后移至半待叶片晾干后移至半阴处养护。阴处养护。6 6 约约2 23 3周后生根，或周后生根，或从叶基处长出不定芽。从叶基处长出不定芽。7 7 叶插成功叶插成功1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术多肉进行叶插繁殖（1）细胞的全能性 定义： 新教材必修1-P121细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。选择性必修3

6、-P34 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，即细胞具有全能性。分裂 分化分裂 分化共同 组成生物个体受精卵干细胞体细胞1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术全能性的大小 A.体细胞全能性与细胞分化程度：分化程度低的分化程度高的。 B.体细胞全能性与细胞分裂能力：分裂能力强的分裂能力弱的。 C.不同类型细胞的全能性：受精卵生殖细胞体细胞；受精卵干细胞体细胞 D.不同生物细胞的全能性：植物细胞动物细胞。细胞具有全能性的原因：高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术（1）细胞的全能

7、性 1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术体现细胞的全能性的标志：细胞 完整个体或其他各种细胞实例：A. 胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株 B. 受精卵发育成个体（动植物） C. 蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰 D. 用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株不体现细胞的全能性的实例：在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，比如，芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶。不体现细胞的全能性的原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达。（1）细胞的全能性 (2)植物组织培养 概念：在_和人工控制条件下，将_的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养

8、条件，诱导其产生_、丛芽，最终形成完整的植株。无菌离体愈伤组织1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术一般过程：理论基础：细胞的全能性1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术(2)植物组织培养外植体 愈伤组织 根、芽等 试管苗 完整植株脱分化脱分化再分化再分化驯化驯化移栽移栽一般过程：1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术(2)植物组织培养外植体 愈伤组织 根、芽等 试管苗 完整植株脱分化脱分化再分化再分化驯化驯化移栽移栽A.外植体离体的植物器官、组织、细胞或原生质体。 植物的茎尖、幼嫩的叶片、花药是常用的外植体。植物的茎尖、幼嫩的叶片、花药是常用的外植体。B.脱分化：已经分化的细胞，

9、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。 注意：要进行遮光注意：要进行遮光思考：若培养物取自植物的幼茎、叶片等含有叶绿体的部位，愈伤组织中是否会含有叶绿体？为什么？ 愈伤组织中不含有叶绿体； 培养物经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞，因此，愈伤组织中不含有叶绿体一般过程：1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术(2)植物组织培养外植体 愈伤组织 根、芽等 试管苗 完整植株脱分化脱分化再分化再分化驯化驯化移栽移栽C.愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、呈无定形状 态的薄壁细胞团。注意：无叶绿体，可进行有注意：无叶绿体，可进行有丝分裂丝分裂见光后愈伤

10、组织变为绿色见光后愈伤组织变为绿色一般过程：1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术(2)植物组织培养外植体 愈伤组织 根、芽等 试管苗 完整植株脱分化脱分化再分化再分化驯化驯化移栽移栽D.再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养,又可以重新分化 成胚状体、根、芽等,这个过程叫做再分化。注意：需要光照，因为芽发育注意：需要光照，因为芽发育成叶成叶，叶肉细胞叶肉细胞中叶绿素的合成需中叶绿素的合成需 要要光照光照生长素用量与细胞分裂素用量的比值结果比值高比值低比值适中有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织的形成影响植物组织再分化的因素有：植物组织培养的条件：离体 无

11、菌 培养基 适宜的外界条件1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术(2)植物组织培养生长素和细胞分裂素的比值 微生物 培养基的离子平衡 pH值 温度蔗糖：蔗糖：提供能量、调节渗透压提供能量、调节渗透压例1.细胞具有全能性的原因是（ ） A. 体细胞具有发育成完整个体的潜能 B. 生物体的每个细胞都具有全能性 C. 生物体的每个细胞都含有个体发育的全部基因 D. 生物体的每个细胞都是由受精卵发育成的例2.下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是（ ） A. 阶段会发生减数分裂过程 B. 阶段需生长素而阶段需细胞分裂素 C. 此过程体现植物细胞具有全能性 D.

12、 此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体C四倍体兰花叶片愈伤组织胚状体植株 C一.植物细胞工程的基本技术外植体脱分化脱分化愈伤组织再分化再分化胚状体、根、芽等试管苗完整植株移栽移栽（1）原理：（2）目的： 了解植物组织培养的基本原理了解生长素和细胞分裂素的浓度、用量比例对菊花愈伤组织形成 和分化的影响尝试进行0植物组织培养（3）步骤：1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术探究实践：菊花的组织培养制备外植体消毒：切割：（无菌操作）酒精30s无菌水2-3次次氯酸钠溶液30min材料：幼嫩的菊花茎段2-3次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

13、接种接种到诱导愈伤组织培养基脱分化脱分化 避光避光形成愈伤组织( (有光时，往往容易形成维管组织，而有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。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一.植物细胞工程的基本技术（3）步骤：接种到诱导生芽培养基接种到诱导生根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若先生根后面就不易生芽移栽移栽培养室培养室 移栽一.植物细胞工程的基本技术（3）步骤：思考：A.为什么整个过程要保证无菌操作？B.为什么外植体不能倒插？ 避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。 与生长素的极性运输有关； 生

14、长素含量多的部分容易生出不定根，含量少的部分生出不定芽，一般而言，容易长不定芽的是形态学上端，容易长不定根的是形态学下端，因此应该将形态学上端朝上，下端朝下，若倒插，外植体不易存活。1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术探究实践：菊花的组织培养(4)结果分析与评价 接种34d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。 从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？ 培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？培养基、接种工具灭菌不彻底；外植体消毒不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。2周左右 生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根

15、系。 一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h，掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术探究实践：菊花的组织培养(4)结果分析与评价 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？空白对照：不加任何激素实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术探究实践：菊

16、花的组织培养1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术 植物组织培养中细胞表现出全能性的条件:A.离体（最关键）B.严格的无菌条件C.适宜的培养条件D.适宜浓度和比例的激素E.一定的营养条件对操作环境、双手、外植体进行对操作环境、双手、外植体进行消毒消毒；对培养基和器械进行对培养基和器械进行灭菌灭菌；接种操作必须在接种操作必须在酒精灯火焰旁酒精灯火焰旁进行。进行。温度（例如菊花植物组织培养应为温度（例如菊花植物组织培养应为18-2218-22）；）；光照（例如光照（例如脱分化需避光，再分化需照光脱分化需避光，再分化需照光）。）。* *植物激素的种类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化植物激素的种

17、类和含量不同，对愈伤组织的形成和分化的影响不同。的影响不同。* *配制合适的培养基，包括配制合适的培养基，包括有机有机营养成分、营养成分、无机无机营养成分、营养成分、适宜浓度和比例的适宜浓度和比例的激素。激素。* *若细胞不离体，若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性。生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性。一.植物细胞工程的基本技术特殊的植物组织培养花药离体培养花药离体培养配子DDTTDDttddTTddtt正常植株（纯合）秋水仙素诱导高杆抗病 DdTtDT DtdTdt单倍体植株DTDtdTdt需要的

18、纯合矮抗品种（1）植物组织培养过程中涉及的分裂方式为_；（2）该过程涉及的生殖方式是_*；（3）经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为_，一定是吗？_。有丝分裂有性生殖纯合子不一定1.植物组织培养一.植物细胞工程的基本技术亲本20世纪60年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种地上结番茄、地下长马铃薯的超级作物。讨论：用传统的有性杂交方法能得到杂种后代吗？为什么？ 不能； 因为两种生物之间存在着生殖隔离；有没有一种方法可以打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，获得“番茄-马铃薯杂种植株”呢？2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术 20

19、03年年1月月5日，日，“神舟神舟”四号准确陆。这次时四号准确陆。这次时6天天18小时的空行，小时的空行，开展了多开展了多 项在轨研究，其中有一项被媒体描述成项在轨研究，其中有一项被媒体描述成“太空婚礼太空婚礼”的生的生物实验。不过，物实验。不过，“婚礼婚礼”中的中的 “新郎新郎”和和“新娘新娘”是一对对体细胞，是一对对体细胞，作为作为“新房新房”的是一个黑色的小合子的是一个黑色的小合子电融合仪。原来，这是科技电融合仪。原来，这是科技工作者在空间微重力条件下进行的细胞融合工作者在空间微重力条件下进行的细胞融合(cell fusion)实验。实验。再生出再生出细胞壁细胞壁植物细胞A植物细胞B原生

20、质体B原生质体A人人工工诱诱导导融融合，合，并并筛筛选选融合原生质体杂合细胞AB脱分化脱分化愈伤组织再分化再分化杂合植株去壁去壁去壁去壁植物细胞融合植物组织培养植物体细胞杂交过程示意图植物体细胞杂交过程示意图2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术（1）过程2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术（2）实例例1：识图：数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株_ a/b_ a/b_ c_ c_ d_ d_ e_ e_ f_ f_ _ _去除细胞壁原生质体原生质体间的融合正在融合的原生质体再生出新的细胞壁杂种细胞脱分化愈伤组织再分化杂种植株植物细胞融合植物组织培养植物体细胞杂交完成的

21、标志*：_培育出杂种植株2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术（2）实例物理法化学法电融合法离心法聚乙二醇（PEG）高Ca2+-高pH优点：使用方便，诱导细胞融合的频率高优点：使用方便，诱导细胞融合的频率高缺点：有一定的毒性对某些细胞不适用缺点：有一定的毒性对某些细胞不适用 （如卵细胞）（如卵细胞）融合方法优点：使用方便，诱导细胞融合的频率高优点：使用方便，诱导细胞融合的频率高缺点：有一定的毒性对某些细胞不适用（如卵缺点：有一定的毒性对某些细胞不适用（如卵 细胞）细胞）2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术（2）实例植物细胞融合前还需去除细胞壁 A.去壁原因： _ B.方法

22、：_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2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术（2）实例植物细胞融合前还需去除细胞壁 C.所用酶：_为什么用上述酶？_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？2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术（2）实例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酶的专一性使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常再生出新的细胞壁A.细胞融合完成的标志*： _B.相关的细胞器： _C.验证再生出新壁的实验： _再生出新的细胞壁高尔基体和线粒体质壁

23、分离和质壁分离复原实验2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术（2）实例（3）概念： 将不同来源的植物细胞，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。 体细胞杂交利用了细胞膜具有一定的流动性。杂种细胞培育成植株利用了植物细胞的全能性。（4）原理：2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术(5)生殖方式：_(6)分裂方式：_(7)可遗传变异类型：_(8)实例：白菜-甘蓝、普通小麦-长穗偃麦草(9)意义*：_无性生殖有丝分裂染色体（数目）变异打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术思考：若只考虑两两融合，原生质

24、体A和原生质体B可以形成几种融合细胞？哪种融合细胞才是符合要求的？AAAAABABBBBB筛选筛选ABAB思考：获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？诱导融合后的产物有三类：未融合的细胞两两融合的细胞多细胞融合体不一定；2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术植物体细胞杂交和有性杂交的辨析2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术例2.若植株A和植株B细胞结构如图所思，A有X条染色体，B有Y条染色体，通过植物细胞融合技术获得杂种细胞AB，则：杂种细胞的染色体数为_杂种细胞的基因型为_杂种细胞中染色体组数为_得到的杂种植株为_倍体理论上该植株可育吗？ _X+YDdYyRr4四可育，

25、有同源染色体，同源染色体能联会，可形成配子异源四倍体一.植物细胞工程的基本技术例2.若植株A和植株B细胞结构如图所思，A有X条染色体，B有Y条染色体，通过植物细胞融合技术获得杂种细胞AB，则：得到的杂种植株与植株A和植株B还是同一物种吗？ _不是，因为存在生殖隔离（无法产生可育后代）一.植物细胞工程的基本技术有关植物体细胞杂交的三个易错点2.植物体细胞杂交技术一.植物细胞工程的基本技术思考：(P28拓展题)杂种植株包含两个物种的全部遗传物质，各种基因都包含在内，却未按照人们的要求表现出亲本所有的性状，例如“番茄-马铃薯”并没有地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么？ 19781978年，梅尔彻斯（年，梅尔彻斯（MelchersMelchers）等人首次获得了马铃薯与番茄的）等人首次获得了马铃薯与番茄的体细胞杂种，所产生的杂交株被称为体细胞杂种，所产生的杂交株被称为“马铃薯马铃薯- -番茄番茄”。像大多数杂种。像大多数