【高中生物】植物细胞工程课件 高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第二章细胞工程

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，有目的地获得细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。动物细胞工程植物细胞工程原理操作水平目的植物组织培养植物体细胞杂交1.细胞工程的概述哈伯兰特提出细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。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。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。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。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。1902年1958年1960年1964年1971年1974年2.细胞工程的发展历程第1节

植物细胞工程第1课时：植物细胞工程的基本技术第二章

世界上最贵的兰花1500万/株——幽灵兰（视频）Ihaveadream!利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。1.植物组织培养

是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。外植体植物细胞的全能性原理生殖方式无性生殖分裂方式有丝分裂讨论：植物的组织培养原理？原理：植物细胞的全能性2.细胞全能性

每一个细胞含有控制该生物发育的全部基因原因（1）受精卵＞胚胎干细胞＞生殖细胞＞体细胞（2）植物细胞＞动物细胞比较生物体内细胞并不都表现全能性原因：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。体现全能性的标志

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潜能——如何才能让细胞表现出全能性？1958年Steward利用胡萝卜韧皮部诱导分化产生了胚状体，这是人类第一次获得了人工胚状体，并获得个体植株。植物细胞表现出全能性的条件：1离体2一定的营养物质、植物激素3适宜的温度、pH、无菌等外界条件（必修一

P118-121）4无菌环境自主阅读教材35页—37页，小组思考并讨论以下问题：1.概述植物组织培养的基本过程？2.什么是脱分化?再分化?愈伤组织？3.请从条件、关键因素、产物等方面比较脱分化和再分化异同。4.在组织培养实验中，为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活脱分化再分化脱分化：已分化的细胞，失去其特有结构和功能转变成未分化的细胞的过程。愈伤组织：细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。再分化：愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程。注意：脱分化涉及的生命活动只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化。

该培养过程一般不需要光照注意：再分化涉及的生命活动：既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。

需要给予适当光照，诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用。愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。过程：探究·实践菊花的组织培养1.植物激素的作用：思考：决定植物脱分化、再分化的关键因素？细胞分裂素生长素

芽分化愈伤组织根分化巧记：高根低芽中愈伤生长素用量/细胞分裂素用量结果比值≈1比值＞1比值＜1促进根的分化促进芽的分化促进愈伤组织的形成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。它们的浓度、比例都会影响植物细胞的发育方向。菊花的组织培养探究.实践1.目的：（1）了解植物组织培养的基本原理（2）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（3）尝试进行植物组织培养2.材料：离体的茎尖、根尖、叶片、花药等（外植体）。3.MS培养基：水（去离子水）、无机营养（大量元素、微量元素）、有机营养（蔗糖、维生素、氨基酸）、天然附加物、植物激素（生长素、细胞分裂素等）菊花的组织培养探究.实践菊花的组织培养探究.实践4.步骤：制备外植体接种培养试管苗移栽消毒：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次无菌水洗消毒与无菌水冲洗切割与接种菊花的组织培养探究.实践4.步骤：制备外植体接种培养试管苗移栽①接种到诱导愈伤组织培养基形成愈伤组织培养温度：18-220C、避光愈伤组织愈伤组织有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。菊花的组织培养探究.实践4.步骤：制备外植体接种培养试管苗移栽②接种到诱导生芽培养基诱导生芽菊花的组织培养探究.实践4.步骤：制备外植体接种培养试管苗移栽③接种到诱导生根培养基诱导生根若先生根后面就不易生芽菊花的组织培养探究.实践4.步骤：制备外植体接种培养试管苗移栽

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。试管苗移栽培养室根、芽胚状体脱分化再分化培养条件：①无菌②营养物质③适宜环境条件（温度、PH、光等）④植物激素：

细胞分裂素生长素遮光一定的光照愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照试管苗有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。植物组织培养过程小结1.(2022·重庆市高二期末)某课外活动小组获得了一株性状优良的结球生菜，并利用植物组织培养技术对其进行快速繁殖。下列叙述正确的是A.外植体消毒的过程：酒精消毒30s→次氯酸钠溶液处理30min→无菌水清洗

2～3次B.愈伤组织是一种不定形的薄壁组织团块，诱导产生愈伤组织时每日应给予

适时光照C.诱导生芽的培养基与诱导生根的培养基相比，前者中细胞分裂素所占的比

例和用量更高D.打开封口膜后直接用流水冲洗掉幼苗根部培养基，再移植到消毒的蛭石环

境中炼苗处理√2.(2022·北京延庆高二期中)下图为用取自基因型为AaBb的胡萝卜韧皮部细胞培育出胡萝卜小苗的过程，下列叙述中不正确的是A.a→b过程是通过细胞有丝分裂完成的B.b→c→d过程发生了细胞分化C.a→b过程中使用的培养基中应含有机碳源和氮源D.杂合植株经上述过程获得的幼苗会出现性状分离√3、玉米是一种主要的农作物，为了提高玉米的产量，科学家在玉米育种和栽培中作了大量的研究。如图是关于玉米培养的过程，据图判断下列说法中错误的是(

)从繁殖原理上分析，A→D属于无性生殖植株D和G中的染色体组数不同E→G不能体现细胞的全能性E→F过程中获得的植株一般不用于大田生产1.通过有性杂交能实现吗？为什么？西红柿土豆×【思考.讨论】不能，不同种物种间存在生殖隔离植物体细胞杂交技术2.有没有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？（一）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。融合实例+=白菜甘蓝白菜-甘蓝合作探究一：请同学们自主阅读教材P36-38，小组合作思考讨论完成问题。

1.你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？2.用什么方法可以温和地去除细胞壁而不伤害原生质体？3.把原生质体放在一起能自然融合吗？如果不能诱导原生质体融合的方法有哪些？与细胞膜的什么特性有关？4.细胞融合后，共有几种细胞类型？融合细胞有几种，符合要求的是哪种？5.如果两个来源不同的原生质体发生融合形成了杂种细胞，下一步如何将杂种细胞培育成杂种植株？（二）过程：1.去除细胞壁：B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞方法原理目的用纤维素酶和果胶酶水解利用酶的专一性去除细胞壁，获得原生质体（二）过程：2.诱导融合：B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合是杂交过程中的一个关键环节（1）物理方法：

①电融合法

②离心法等（2）化学方法：

①聚乙二醇(PEG)融合法

②高Ca2+—高pH融合法方法原理:

细胞膜具有流动性（二）过程：3.再生细胞壁：B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合再生出细胞壁杂种细胞(1)植物细胞融合完成的标志:融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞。(2)直接参与细胞器:高尔基体问题3:细胞融合后，共有几种细胞类型？融合细胞有几种，符合要求的是哪种？（二）过程：3.再生细胞壁：B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合再生出细胞壁杂种细胞体细胞融合成功后培养基中共有

种细胞类型(

)，其中融合细胞类型有

种(

)，而真正符合要求的是

，因此要对融合细胞进行筛选。A、B、AA、BB、ABAA、BB、ABAB53（二）过程：4.植物组织培养：B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合再生出细胞壁杂种细胞愈伤组织杂种植株脱分化再分化(1)细胞杂交完成的标志:培育成新植物体（二）过程：B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合再生出细胞壁杂种细胞愈伤组织杂种植株脱分化再分化植物细胞融合植物组织培养细胞膜的流动性细胞的全能性4.植物组织培养：3.植物体细胞杂交技术意义？2.杂种细胞的染色体数是多少？杂种细胞染色体组数是多少？1.植物体细胞杂交属于哪种变异类型？4.植物体细胞杂交有何优缺点？合作探究二：根据植物体细胞杂交技术的相关原理，小组合作思考讨论完成问题。

A植物的染色体数目为2n，基因型为AaBb；B植物的染色体数目为2m，基因型为CcDd。现通过植物体细胞杂交技术获得这两种植物的杂种植株，请回答下列问题：（三）变异类型：生殖类型变异类型杂种植株的染色体数杂种植株的染色体组数杂种植株的基因组成无性繁殖，育种过程中不遵循孟德尔定律染色体数目变异两亲本染色体数之和。2n+2m两亲本染色体组数之和。2+2两亲本基因型之和。AaBbCcDd（四）意义：打破生殖隔离，克服远缘杂交不亲和的障碍，培育植物新品种。A植物的染色体数目为2n，基因型为AaBbB植物的染色体数目为2m，基因型为CcDd（五）优缺点：①优点打破远缘亲本杂交生殖隔离，扩展杂交亲本组合范围。②缺点有可能杂交不成功，即使杂交成功也可能不产生人们想要的性状。植物组织培养植物体细胞杂交技术原理过程意义联系细胞膜的流动性和植物细胞的全能性植物细胞的全能性离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织脱分化再分化根、芽或胚状体植物体生长发育植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较植物细胞A植物细胞B原生质体A去壁原生质体B去壁人工诱导融合的原生质体AB杂种细胞AB愈伤组织脱分化再生细胞壁杂种植株再分化保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术克服不同种生物远缘杂交的障碍

“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是什么？

生物基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，所以番茄—马铃薯杂交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相互干扰，不能像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达拓展延伸概念植物细胞融合原生质体制备过程变异类型植物组织培养原生质体融合原理育种类型原理过程花药离体培养细胞全能性操作步骤脱分化再分化外植体根、芽、胚状体愈伤组织外植体消毒接种切块形成愈伤组织诱导生芽生根植物体细胞杂交植物组织培养植物细胞工程优缺点课堂小结1.如图为植物体细胞杂交技术的流程图，其中甲和乙分别表示两种二倍体植物细胞，所含有的染色体组分别是AA和BB。据图分析，下列叙述正确的是A.经过程①获得的a、b称为原生质体，

过程②利用了细胞膜的流动性B.c细胞只有AABB这一种类型C.过程③和④分别是脱分化和再分化D.获得的植物d，即使在减数分裂时同源染色体能正常配对，在理论

上也是不可育的√2.花椰菜易受黑腐病菌的危害而患黑腐病，野生黑芥具有黑腐病的抗性基因。用一定剂量的紫外线处理黑芥原生质体可使其染色体片段化，并丧失再生能力。再利用此原生质体作为部分遗传物质的供体与完整的花椰菜原生质体融合，以获得抗黑腐病杂种植株，流程如右图。下列相关叙述错误的是A.①通常将植物细胞置于含纤维素酶和果胶酶的30%的蔗糖溶液中B.细胞融合成功的标志是再生出细胞壁，此时细胞内高尔基体和线粒体活动明显增强C.可通过观察叶绿体的有无来初步筛选杂种细胞D.用此方法获得新品种的育种原理是染色体变异答案：A

√3．自然条件下兰花杂交后代不易萌发。科研人员用四倍体品种绿宝石和二倍体品种春剑进行杂交，获得大量优质杂交兰，并对其进行染色体观察与计数，培育过程如图。下列分析不正确的是

A．调整培养基中植物激素的配比可影响原球茎的分裂与分化B．春剑和绿宝石两个品种之间不存在生殖隔离C．所得杂交兰植株的体细胞染色体数目为60条D．通过植物组织培养技术从杂种胚繁殖得到的大量杂交兰性状可能不一致答案：B

√资料1：兰花因高雅美丽而深受人们喜爱。兰花常用分根法和种子进行繁殖。在兰花的常规繁殖中，遇到的难题是：用分根法繁殖速度缓慢，不利于新品种的推广;用种子繁殖又很困难，因为兰花的种子十分微小，胚很纤弱，种子几乎没有储藏营养物质，在发芽过程中很容易夭折。实际问题：经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，繁殖效率低下或优良性状不易保持……如何解决？1.快速繁殖（1）概念（2）原理（3）优点也叫微型繁殖，是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术植物细胞的全能性①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性②高效快速地实现种苗的大量繁殖③保持优良品种的遗传特性，可实现产业化生产【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。*扦插、压条、嫁接等不属于微型繁殖技术愈伤组织外植体脱分化愈伤组织再分化芽、根试管苗植株移栽（4）过程：马铃薯病毒苗原因（2）选材部位：植物

。（3）方法：顶端分生区附近（如茎尖）（4）优点：2.作物脱毒选材原因：

的病毒极少，甚至

。分生区附近无病毒无性繁殖的方式进行繁殖的作物，感染的病毒很容易传给后代，并在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低、品质变差。植物分生区病毒极少，切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。（即：茎尖组织培养技术）（1）培育脱毒苗的原因：脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。脱毒苗不等于抗毒苗脱毒产品香蕉脱毒草莓普通草莓甘蔗菠萝实际问题：传统的育种方法：原理：缺点：传统方法：杂交育种P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs↓第1年↓×选育出需要的纯种F2A_S_A_ssaaS_aass紫甜第2年第3年×生长A_ssF3第4年现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何获得纯种的紫色甜玉米（基因型AAss）？通过杂交把两亲本的优良性状组合在同一后代中(基因重组)杂交育种多年纯化和选择，才得到符合理想要求的新品种如何解决育种时间过长的问题？1.单倍体育种（1）过程（2）原理：（其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性）染色体数目变异花药离体培养诱导染色体加倍二倍体植株单倍体植株二倍体植株（纯合子）（秋水仙素处理）单倍体育种包括哪些主要步骤？传统方法：杂交育种单倍体育种P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aass紫色非甜玉米AaSs↓配子：ASAsaSas花药离体培养单倍体幼苗：ASAsaSas纯合体:AASSAAssaaSSaass选择紫甜玉米即为新品种现有紫色非甜玉米（基因型AASS）和白色甜玉米（基因型aass），如何短时间获得纯种的紫色

甜玉米（基因型AAss）？P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs第1年×选育出紫甜的纯种F2A_S_A_ssaaS_aass紫甜第2年第3年×生长A_ssF3第4年（3）优点：①极大地缩短了育种的年限。③可作为进行体细胞诱变育种和研究遗传突变的理想材料。大多数单倍体植株的细胞中只含一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现，进而能明显缩短育种年限。（4）实例：单育1号烟草；水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种为什么？②后代大是纯合子，能稳定遗传。愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。2.突变体的利用（1）产生原因：在植物组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。（2）过程：外植体脱分化愈伤组织再分化突变体筛选培育新品种诱变处理诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？不一定，因为突变是不定向的。（5）实例：（3）原理：突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。（4）优点：提高变异的频率，加速育种进程；大幅度地改良某些性状。

生物生长生存所必需的代谢活动如糖类、脂质、蛋白质、核酸等应用多、产量低

非生物生长所必需，在特定条件下进行一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等）1.植物的代谢产物初生代谢物次生代谢物红豆杉→紫杉醇紫草→紫草宁植物组织培养技术（3）生产过程（2）技术蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱(紫草素、人参皂甙、紫杉醇)等。（1）细胞产物种类2.细胞产物工厂化生产植物细胞培养：在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术外植体脱分化愈伤组织细胞产物培养、提取注意：①一般组织培养到愈伤组织即可。因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。②液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接触。

工厂化生产人参皂甙干粉的基本流程：人参根

愈伤组织

增长速度快而且细胞内人参皂甙干粉含量高的细胞

细胞增殖

提取人参皂甙干粉脱分化培养选择破碎细胞放入发酵罐3.细胞产物工厂化生产实例四种育种方法的比较育种方法原理过程优点快速繁殖

脱分化、再分化保持优良品种的遗传特性突变体的利用基因突变、细胞的

;

对愈伤组织进行诱变处理后再筛选提高

，获得优良性状单倍体育种细胞的

、

;