【课件】植物细胞工程的基本技术高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章

细胞工程第1节

植物细胞工程一

植物细胞工程的基本技术

细胞工程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。细胞工程原理和方法：操作的水平：目的：分类：细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科。细胞器、细胞或组织水平获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品。植物细胞工程、动物细胞工程植物细胞工程1902年，哈伯兰特提出了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。1958年，斯图尔德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。1960年，科金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。1964年，古哈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育而来的胚。1971年，卡尔森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。1974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。细胞的全能性1.概念：细胞经过分裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化为其他各种细胞的潜能韧皮部细胞细胞团根或芽幼苗胡萝卜植株脱分化再分化2.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3.不同细胞全能性的大小：分化程度低的＞分化程度高的细胞分裂能力强的＞细胞分裂能力弱的①体细胞全能性：②不同细胞的全能性：受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞＞体细胞③不同生物的细胞全能性：植物细胞＞动物细胞4.体现全能性的要点：起点：经分裂和分化后的细胞终点：完整个体或其他各种细胞5.不体现全能性的实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶叶原基芽原基原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性表达①利用菊花茎段培养获得试管苗；②利用胡萝卜的韧皮部细胞培养获得胡萝卜幼苗；③受精卵发育成个体；④通过花药离体培养，获得单倍体幼苗。⑤蜜蜂的孤雌生殖中，卵细胞直接发育成雄蜂；⑥胚胎干细胞可分化发育成为各种组织器官的细胞6.植物细胞表达出全能性的条件：离体一定的营养物质和激素适宜的环境条件（温度，PH，无菌）思考：1.是不是所有的活细胞都具有全能性？2.种子发育成植株体现了全能性了吗？3.细胞具有的全能性一定能表现出来吗？不是；例如哺乳动物成熟的红细胞、植物成熟的筛管细胞。没有；植物种子种的胚已完成了早期发育，相当于新植物体的幼体，没有体现出细胞具有发育成完整植株的潜能。不一定；例如动物的体细胞。植物组织培养技术植物组织培养是指离体的植物器官，组织和细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件下，诱导其形成完整植株的技术。离体人工配制的培养基，适宜的培养条件植物组织培养前提：条件：结果：诱导其形成完整植株离体培养的植物器官，组织或细胞被称为外植体体细胞个体无性生殖生殖细胞个体有性生殖植物组织培养技术

菊花的组织培养1.理论依据：植物细胞的全能性2.培养过程：接种外植体诱导愈伤组织一定的激素，营养脱分化脱分化已经分化的细胞，失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞愈伤组织不定形的薄壁组织团块（具有分裂和分化能力）1.脱分化过程中细胞的活动：细胞分裂（有丝分裂）2.脱分化过程中一般不需要光照3.愈伤组织的代谢类型：异养需氧型

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。接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根再分化愈伤组织重新分化成芽，根等器官1.再分化过程中细胞的活动：细胞分裂，细胞分化2.再分化过程中需要光照（诱导叶绿素的合成）接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根脱分化再分化植物激素中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂，脱分化和再分化的关键激素生长素与细胞分裂素的比值比值高促进根分化，抑制芽形成比值低促进芽分化，抑制根形成比值适中促进愈伤组织形成口诀：生根，分芽，等愈伤3.材料用具：幼嫩的菊花茎段容易诱导形成愈伤组织培养基（P116MS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）；蔗糖的作用：提供能量，调节渗透压4.方法步骤：（1）消毒①双手和超净工作台台面:用酒精擦拭②外植体:流水冲洗→酒精消毒30s→立即用无菌水清洗2～3次→次氯酸钠溶液处理30min→立即用无菌水清洗2～3次。（2）外植体切段将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，用无菌滤纸吸去表面的水分。用解剖刀将外植体切成0.5～1cm长的小段。

在酒精灯火焰旁，将外植体的1/3～1/2插入诱导愈伤组织的培养基中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记。（3）接种外植体注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插！（4）脱分化

将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于18～22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。注意：

该过程一般不需要光照，有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。（5）再分化

培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上→长出芽后→将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗。注意：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光照！（6）移栽培养

移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。5.结果分析与评价：（1）接种3～4d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。用于植物组织培养的培养基同样适合某些微生物的生长，因此要进行严格的无菌操作。导致外植体被污染的原因可能有：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）从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？2周左右植物体细胞杂交技术1.概念番茄马铃薯利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？不能。因为两种生物之间存在着天然的生殖隔离2.过程（1）去除细胞壁方法：利用纤维素酶和果胶酶去除这层细胞壁，获得原生质体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？使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常去壁去壁A原生质体B原生质体去壁去壁A原生质体B原生质体融合正在融合的原生质体再生新壁再生出细胞壁（2）原生质体间的融合（关键环节）诱导方法物理法：电融合法，离心法化学法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法完成融合标志再生出细胞壁原理细胞膜的流动性思考：获得的所有细胞一定是需要的杂交细胞吗？不一定，有三类：①未融合的细胞②两两融合的细胞③多细胞融合体若只考虑两两融合AAABBB筛选ABAB去壁去壁A原生质体B原生质体融合正在融合的原生质体再生新壁再生出细胞壁（3）植物组织培养脱分化再分化移栽原理植物细胞的全能性过程脱分化，再分化植物体细胞杂交完成的标志培育成新植物体去壁去壁融合再生新壁脱分化再分化移栽植物细胞融合技术植物组织培养技术A细胞A原生质体B细胞B原生质体正在融合的原生质体再生出细胞壁愈伤组织杂种植株3.总结原理：生殖方式：分裂方式：可遗传变异类型：植物细胞的全能性、细胞膜具有一定的流动性无性生殖。有丝分裂。染色体（数目）变异。AABBAABBAABB几倍体？四倍体4.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杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。白菜—甘蓝5.意义打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。1.下图是利用甲、乙两种植物的各自优势，通过植物细胞工程技术培育高产、耐盐的杂种植株的实验流程图。下列相关叙述错误的是（）A.进行a处理时能用胰蛋白酶B.b是诱导融合后得到的杂种细胞C.c是培养后得到的具有耐盐性状的幼芽D.进行d选择时要将植株种在高盐环境中√2.科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取