新教材人教选择性必修3第2章-第1节-第一课时-植物细胞工程的基本技术-课件(52张)

1、第2章细胞工程新课程标准内容学科核心素养1.说明植物组织培养是将离体植物器官、组织或细胞在适宜的培养条件下诱导形成愈伤组织,并重新分化,最终形成完整植株的过程。2.概述植物体细胞杂交是将不同植物体细胞在一定条件下融合成杂种细胞,继而培育成新植物体的技术。1.生命观念:通过对细胞全能性的内在原因、表现全能性的条件等的分析讨论,认识到生命活动的规律与本质,形成结构与功能相适应的观念;通过对细胞的结构与功能等知识的进一步学习,能从本质上理解细胞工程技术手段的合理性,形成结构与功能观、遗传与变异观、稳态与调节观等;通过对哺乳动物自然受精和早期胚胎发育的规律的学习,理解和阐述胚胎工程的理论根底和操作流程

2、,在理论探讨和实例分析中逐步认识生命现象中的自然规律,形成适应与进化观、遗传与变异观。3.举例说明植物细胞工程利用快速繁殖、脱毒、次生代谢物生产、育种等方式有效提高了生产效率。4.说明动物细胞培养是从动物体获得相关组织,分散成单个细胞后,在适宜的培养条件下让细胞生长和增殖的过程。动物细胞培养是动物细胞工程的根底。2.科学思维:用文字与箭头的形式概括植物组织培养的过程并说明植物组织培养的原理;说明动物细胞培养的条件和动物细胞培养过程中细胞生长的特点;比较动物细胞培养与植物组织培养的不同;结合具体实例,用文字和图示表述体细胞核移植的内涵和过程;在真实的情境中领悟、思考和探究胚胎工程的过程,主动获取

3、知识,对体外受精治疗不育症、胚胎移植培育试管婴儿等医学应用进行科学分析。5.说明动物细胞核移植一般是将体细胞核移入一个去核的卵母细胞中,并使重组细胞发育成新胚胎,继而发育成动物个体的过程。6.说明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段,使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。7.概述细胞融合技术是单克隆抗体制备的重要技术。8.简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。3.科学探究:植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响;动物细胞培养的条件等。9.简述胚胎形成经过了受精及早期发育等过程。10.简述胚胎工程包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等技术4.社会责任:通过人参皂苷的工

4、厂化生产、紫杉醇的生产等实例,分析讨论植物组织培养在节约资源、保护野生物种、保护生物多样性等方面的重要意义,增强生态意识,参与环境保护实践;通过动物细胞培养技术开展史及单克隆抗体的生产与应用、胚胎干细胞的别离、培养、应用与面临的难题等,体验现代生物科技日新月异的开展及与现代医学的联系,立志从事生命科学研究的信心;通过分析讨论克隆技术的原理和过程,正确认识克隆技术的应用前景和存在的问题,对生殖性克隆与治疗性克隆人、试管婴儿等社会议题进行科学判断,认识科学技术是不断开展的过程,激发学生的求知热情和社会责任感,关注社会热点第1节植物细胞工程第一课时植物细胞工程的根本技术学习目标1.概述植物组织培养和

5、植物体细胞杂交技术的原理和过程。2.尝试进行植物组织培养。3.尝试探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响。4.通过植物组织培养技术、植物体细胞杂交技术的实例分析,形成用开展的眼光看问题、分析问题的意识。问题探究知识生成联系实际素养落实知识梳理夯实根底一、植物组织培养技术1.细胞工程:应用 、 和发育生物学等多学科的原理和方法,通过 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.细胞的全能性(1)定义:细胞经分裂和分化后,仍然具有产生 或分化成其他 ,即细胞具有全能性。细胞生物学知识梳理夯实根底必备知识素养奠基分子生物学细胞器、细

6、胞完整生物体各种细胞的潜能(2)细胞在生物体内无法表现全能性的原因是在生物的生长发育过程中,在特定的 条件下,细胞中的基因会 表达。3.植物组织培养(1)概念:指将 的植物器官、组织或细胞等,培养在 的培养基上,给予 ,诱导其形成 的技术。(2)原理:植物细胞的 。(3)过程时间和空间选择性地人工配制适宜的培养条件离体完整植株全能性脱分化再分化愈伤组织: 的薄壁组织团块。脱分化:在一定的 等条件的诱导下,已经分化的细胞失去其特有的 ,转变为未分化的细胞,进而形成 的过程。再分化:愈伤组织重新分化成 等器官的过程。4.菊花的组织培养(1)实验原理:植物细胞一般具有 。在一定的 等条件的诱导下,已

7、经分化的细胞可以经过 ,形成胚状体,长出芽和根,进而发育成完整的植株。植物激素中 和 .是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素,它们的 等都会影响植物细胞的发育方向。不定形激素和营养结构和功能愈伤组织芽、根全能性激素和营养脱分化和再分化生长素细胞分裂素浓度、比例(2)材料分析:外植体:幼嫩的菊花茎段,容易诱导形成 。体积分数为70%的酒精:对手、超净工作台、外植体进行 。质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液:对外植体进行 。无菌水:清洗外植体。培养基:包括无机营养成分(水和无机盐)、有机营养成分(蔗糖、氨基酸、维生素等)、特定浓度和比例的激素(主要是生长素和细胞分裂素)。(3)方法步骤消毒a.用

8、 擦拭双手和超净工作台台面。b.外植体流水冲洗酒精消毒 立即用 清洗23次次氯酸钠溶液处理 立即用 清洗23次。愈伤组织消毒消毒酒精30 s无菌水30 min无菌水外植体切段将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中用 吸去外表的水分用解剖刀将外植体切成0.51 cm长的小段。接种在酒精灯火焰旁,将外植体的1/31/2插入诱导 的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口,并在培养瓶上作好标记。注意:接种时注意外植体的方向,不要 。脱分化将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于 的培养箱中培养。在培养过程中,定期观察和记录 的生长情况。注意:该过程一般不需要 ,有光易形成维管组织,不易形成愈伤组织。无菌滤纸愈

9、伤组织倒插1822愈伤组织光照再分化培养1520 d后,将生长良好的愈伤组织转接到 的培养基上长出芽后,将其转接到 的培养基上,进一步诱导形成试管苗。注意顺序,先诱导生芽,再诱导生根;该过程每日需要给予适当时间和强度的 。移栽培养移栽前先翻开封口膜或瓶盖,让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的 后,将幼苗移植到 的蛭石或珍珠岩等环境中,待其长壮后再 入土。每天观察并记录幼苗的生长情况,适时浇水、施肥,直至开花。诱导生芽诱导生根光照培养基消过毒移栽(4)进一步探究假设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,那么应设计如下对照实验:空白对照:不加任何植物激素。实验组1:生长

10、素用量与细胞分裂素用量的比值 1。实验组2:生长素用量与细胞分裂素用量的比值 1。实验组3:生长素用量与细胞分裂素用量的比值 1。二、植物体细胞杂交技术1.概念:植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞,在一定条件下融合成 ,并把杂种细胞培育成 的技术。等于大于小于杂种细胞新植物体2.过程:细胞壁细胞壁杂种细胞3.酶解法去除细胞壁:(1)所用酶: 。(2)去壁的原因: 阻碍了原生质体间的融合。4.原生质体间的融合(关键环节)(1)原理:细胞膜具有 。(2)诱导融合的方法:物理法( )和化学法 融合法、 融合法。5.实例:白菜甘蓝、普通小麦长穗偃麦草等。6.意义:植物体细胞杂交技术在打破 ,实现

11、 育种,培育植物新品种等方面展示出独特的优势。纤维素酶和果胶酶细胞壁一定的流动性电融合法、离心法聚乙二醇(PEG)高Ca2+高pH生殖隔离远缘杂交问题探究知识生成新知探究一植物组织培养技术建立概念达成素养问题探究资料:细胞全能性是指已经分化的细胞,仍然具有发育成完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。在多细胞生物中,每个体细胞的细胞核都含有个体发育的全部基因,只要条件许可,都可发育成完整的个体。一个植物体的全部细胞,都是由受精卵经过有丝分裂产生的。受精卵是一个有着特异性的细胞,它具有本种植物所特有的全部遗传信息。因此,植物体内的每一个体细胞也都具有和受精卵完全一样的DNA和相同的细胞质环境。当这

12、些细胞在植物体内时,由于受到所在器官和组织环境的束缚,仅仅表现一定的形态和局部的功能。可是它们的遗传潜力并未丧失,全部遗传信息仍然被保存在DNA之中,一旦脱离了原来器官、组织的束缚,成为游离状态,在一定的营养条件和植物激素的诱导下,细胞的全能性就能表现出来。于是就像一个受精卵那样,由单个细胞形成愈伤组织,然后成为胚状体,进而长成一棵完整的植株。由此可见离体培养之所以能够成功,是由于植物细胞具有全能性的缘故。问题(1):与体细胞相比,生殖细胞如花粉的遗传物质减少了一半,为什么生殖细胞仍具有全能性?提示:在生物的体细胞中染色体是成对存在的,基因也是成对存在的,生殖细胞中遗传物质虽然减少了一半,但基

13、因的种类没有少,仍具有控制生长发育的全套的遗传信息,因此生殖细胞仍具有全能性。问题(2):为什么植物体内的细胞不能发育成一个完整个体?提示:在生物体内由于基因的选择性表达,细胞分化形成各种组织和器官。活动:阅读教材P3637菊花植物组织培养的方法步骤,答复以下问题。问题(3):在植物组织培养过程中,为什么要进行一系列的消毒、灭菌,并且要求无菌操作?提示:防止杂菌在培养基上迅速生长消耗营养,且有些杂菌会危害培养物的生长。问题(4):在植物组织培养过程中,所用的培养基为MS培养基(见教材P116)诱导愈伤组织的培养基、诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基的成分有什么不同?培养基中参加的碳源是什么?有

14、什么作用?提示:三种培养基成分的不同主要是生长素和细胞分裂素的比例不同。蔗糖,能够提供植物细胞新陈代谢所需的营养物质,同时还能够维持培养基适当的渗透压。问题(5):诱导愈伤组织期间一般不需要光,后续培养过程中,为什么每日要给予适当时间和强度的光照?愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根,但分化出了芽,其原因可能是什么?提示:后续培养过程中,给予适当时间和强度的光照的目的是诱导叶绿素的形成,进一步形成叶绿体进行光合作用。培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比值偏低。问题(6):假设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?提示:培养物经过诱导后,失去其特

15、有的结构和功能而转变成未分化细胞,愈伤组织中不含有叶绿体。问题(7):菊花组织培养过程中可能有外植体被污染,试分析它们被污染的原因。提示: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。生长素与细胞分裂素对植物组织培养的影响当同时使用这两类激素时,两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。归纳总结生长素/细胞分裂素植物细胞的发育方向高有利于根的分化、抑制芽的形成低有利于芽的分化、抑制根的形成适中促进愈伤组织的生长简记为“高根,“低芽,“中愈伤。细胞全能性大小的分析拓展(1)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。(2)体细胞全能性与细胞分裂能力:分裂能力强

16、的分裂能力弱的。(3)不同类型细胞的全能性:受精卵生殖细胞体细胞。(4)不同生物细胞的全能性:植物细胞动物细胞。1.某科研小组拟培育一种名贵菊花的脱毒苗,其技术路线为“制备MS固体培养基外植体消毒接种培养移栽栽培,以下相关表达错误的选项是( )A.取材部位应选择植物顶端分生区附近,因其分裂旺盛且病毒少B.外植体消毒常进行流水冲洗、酒精处理、消毒液处理等措施C.为充分利用培养条件,每个锥形瓶可接种68个外植体D.“外植体接种培养移栽的过程中不需要更换培养基即时应用D解析:培养的不同阶段,对主要营养物质和激素的需求不同,所以培养过程中要及时调整各种营养物质、激素的比例,及时更换培养基,否那么会导致

17、培养失败。2.以下有关细胞全能性的表达,正确的选项是( )B.高度分化的植物细胞只有处于离体状态时,才有可能表现出全能性C.植物体内某些体细胞没有表现出全能性,其原因是所含基因不同D.紫色糯性玉米种子培育成植株,这反映植物种子具有全能性B解析:细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因,而配子也具有这样的全套基因,同样具有全能性;植物体内细胞没有表现出全能性,这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果;细胞全能性表达的前提是离体培养的细胞、组织或器官,种子是植物的器官,由种子发育成植株,是正常的生命历程,不属于全能性。新知探究二植物体细胞杂交技术问题探究资料:植物体

18、细胞杂交,又称原生质体融合,是指将植物不同种、属,甚至科间的原生质体通过人工方法诱导融合,然后进行离体培养,使其再生杂种植株的技术。植物细胞具有细胞壁,未脱壁的两个细胞是很难融合的,植物细胞只有在脱去细胞壁成为原生质体后才能融合,所以植物的细胞融合也称为原生质体融合。问题(1):从结果上看杂种植株在遗传上有何特点?从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异?利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种的过程中,遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律?为什么?提示:遗传物质来自不同亲本,具有不同亲本的遗传性状。染色体数目增加,属于染色体数目变异。不遵循。因为只有生物进行有性生殖的过程中,才遵循孟德尔的遗传

19、规律,而植物体细胞杂交育种的过程不属于有性生殖。问题(2):细胞融合过程中,仅考虑两两融合,融合细胞有几种?符合要求的是哪种?提示:融合细胞类型有3种(AA、BB、AB),而真正符合要求的是AB,因此要对融合细胞进行筛选。问题(3):植物体细胞杂交技术的起止点是什么?提示:起点是来自不同植物的体细胞;终点是杂种植株。问题(4):从新品种培育的角度分析,植物体细胞杂交技术最大的优点是什么?提示:打破了生殖隔离,实现了远缘杂交育种。问题(5):科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄马铃薯杂种植物,但这种植物并没有地上结番茄,地下长马铃薯。你如何解释这一现象?提示:生物基因的表达不是孤立的,它们之间

20、是相互调控、相互影响的,所以番茄马铃薯杂种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。归纳总结植物组织培养与植物体细胞杂交的比较项目植物组织培养植物体细胞杂交原理植物细胞的全能性细胞膜的流动性和植物细胞的全能性过程离体的植物器官、组织或细胞脱分化愈伤组织再分化丛芽或胚状体发育植物体注意事项取材:选取根尖、茎尖、形成层等容易诱导形成愈伤组织的部位;光照:在愈伤组织的诱导阶段往往要避光培养。当愈伤组织分化出芽和叶时,一定要有光照去除细胞壁的方法:酶解法(所用的酶是纤维素酶和果胶酶);人工诱导原生质体融合的方法:a.物理

21、法离心法、电融合法等;b.化学法聚乙二醇融合法、高Ca2+高pH融合法等3.以以下图是“番茄马铃薯杂种植株的培育过程,其中表示过程,字母表示细胞、组织或植株。以下说法正确的选项是( )C.表示低渗溶液中用酶解法处理植物细胞获得原生质体即时应用B解析:e为细胞经植物组织培养的脱分化后形成的愈伤组织,是不具有特定结构和功能的薄壁细胞;杂种细胞的细胞壁如果已经再生,利用渗透原理可以发生质壁别离现象,故可根据质壁别离现象鉴别杂种细胞的细胞壁是否再生;表示原生质体的制备,用纤维素酶和果胶酶处理,该操作一般在较高渗溶液中进行,如果在低渗溶液中进行,那么去掉细胞壁的原生质体会因吸水而涨破;植物有性杂交不能克

22、服远缘杂交不亲和的障碍,植物体细胞杂交能克服远缘杂交不亲和的障碍。4.以下关于植物体细胞杂交的表达,错误的选项是( )C.植物体细胞杂交技术可克服生殖隔离的限制,培育远缘杂交植株B解析:植物体细胞杂交是指将不同种植物细胞的原生质体通过人工方法诱导融合,然后进行离体培养,使其再生成杂种植株的技术;植物体细胞杂交技术可以打破生殖隔离,实现远缘杂交育种;杂种植株能具有两种植物的性状,但是由于基因的选择性表达,其不能表现两种植物所有的性状;植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,形成过程主要与高尔基体有关。联系实际素养落实科技情境开放组培是指在自然环境中进行植物的组织培养,从根本上简化组培环节,降低组培本

23、钱。开放组培与传统组培主要不同在于如何解决培养基的污染问题。而防止培养基污染的关键是要找到一种或几种能够添加到培养基中的广谱性抗菌剂。某研究团队采用中医理论,从多种植物中提取具有杀菌、抗菌的活性物质,成功研制出了具有广谱性杀菌能力的抗菌剂,并对其有效浓度和使用方法作了大量探索性试验,取得了理想的效果。现已有研究报道通过开放组培方法成功建立了葡萄外植体的开放性培养。探究:(1)开放组培与传统组培培养基的成分主要不同是什么?提示:开放组培的培养基中,添加了具有广谱性杀菌能力的抗菌剂。(2)开放组培的优点是什么?提示:简化组培环节,降低组培本钱。知识迁移培养能力课堂小结完善概念图关键语句1.细胞工程

24、是指应用细胞生物学、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。2.一般来说,生物体的每个细胞中都含有发育成为完整个体所需的全部遗传信息。3.细胞表现出全能性需要离体、无菌条件、种类和比例适宜的营养物质、植物激素(主要是生长素和细胞分裂素)的诱导和调节、适宜的外界条件(温度、pH、光照等)。4.植物体细胞杂交是指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。5.诱导原生质体融合的方法:物理法(包括电融合法、离心法等)和化学法包括聚乙二醇(PEG)融

25、合法、高Ca2+高pH融合法等。随堂反响1.以下关于细胞分化与细胞全能性的表达,正确的选项是( )A解析:种子是器官,其繁殖后代属于自然生长过程,不能表达植物细胞具有全能性;胡萝卜韧皮部细胞在特定培养基中分裂形成细胞团,但没有形成完整个体也没有分化形成其他各种细胞,因此不能说明高度分化的植物细胞具有全能性;克隆羊多莉的诞生证明了动物细胞的细胞核具有全能性。2.植物组织培养技术,可以实现优良品种的快速繁殖。现用某名贵菊花组织进行离体培养,表达正确的选项是( )A.为充分利用培养条件,每个锥形瓶可接种68个外植体B.培养的过程需要将温度控制在3035 解析:培养的过程需要将温度控制在1822 ;培

26、养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压;将菊花茎段插入培养基中时注意不要倒插。A3.为培育抗旱性强、可溶性糖含量高的甘薯KT1,研究者设计如下流程。相关表达不正确的选项是( )A.该过程不需要考虑甘薯A、B的亲缘关系远近B.过程需要通过酶解法处理后进行减数分裂C.过程需要高尔基体参与再生出新的细胞壁D.过程需要控制生长素和细胞分裂素的比例B解析:植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍,所以该过程不需要考虑甘薯A、B的亲缘关系远近;过程需要通过酶解法处理后去除细胞壁,得到的原生质体不进行减数分裂;杂种细胞形成的标志是形成新的细胞壁,高尔基体与植物细胞壁的形成有关,所以过程需要高尔基体参与再

27、生出新的细胞壁;过程包括脱分化和再分化过程,需要控制生长素和细胞分裂素的比例,该比例不同会使愈伤组织向不同的方向分化。4.从基因型为Aa的某植物营养器官中获取细胞,显微观察如以下图。以下对该图示细胞的表达不正确的选项是( )A.假设将X细胞离体培养成完整植株,培养过程要用纤维素酶和果胶酶处理B.将Y细胞离体培养成幼苗后用秋水仙素处理,所得植株为杂合子D.X和Z细胞的形态不同,但核DNA一般相同A解析:植物体细胞杂交时,要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁,获得具有活力的原生质体,如果用X细胞离体培养成植株,需经过植物组织培养,不需要去除细胞壁;将Y细胞离体培养成幼苗后用秋水仙素处理,所得植株(基因型

28、为AAaa)为杂合子;将X(Aa)和Y(Aa)融合并经组织培养形成的植株为四倍体(AAaa);X和Z细胞的形态不同,但都是由一个细胞(受精卵)增殖分化而来,因而核DNA一般相同。5.如图表示利用青菜(2N=20)与油菜(2N=38)培育种间杂种的过程。请据图答复以下问题。(胚轴发育为连接茎和根的局部)(1)将采集到的青菜幼嫩花药和剪碎的油菜胚轴分别置于含有酶的溶液中,搅拌并保温一段时间后,过滤、离心,获得两种原生质体。解析:(1)细胞壁的主要成分是纤维素和果胶,故将采集到的青菜幼嫩花药和剪碎的油菜胚轴分别置于含有纤维素酶和果胶酶的溶液中,搅拌并保温一段时间后,过滤、离心,获得两种原生质体。答案:(1)纤维素酶和果胶5.如图表示利用青菜(2N=20)与油菜(2N=38)培育种间杂种的过程。请据图答复以下问题。(胚轴发育为连接茎和根的局部)(2)取两种原生质体混合液,滴加到含有(化学物质)的融合液中,静置、保温一段时间,以诱导原生质体融合。再