【生物】植物细胞工程第1课时 2023-2024学年高二下学期同步课件（人教版2019选择性必修3）

第2章细胞工程第1节植物细胞工程（第1课时）学习目标01细胞工程的定义与内容①定义②内容③发展历程0203植物组织培养:概念,条件,基本流程,实验:菊花的组织培养细胞的全能性:概念,原因,比较,实例04植物体细胞杂交技术:概念,优缺点,过程,成功案例原理和方法

生物学和

生物学操作水平

水平或

水平目的按照人的意愿来改变细胞内的

或获得________分类

细胞工程和

细胞工程细胞分子细胞细胞器遗传物质细胞产品植物动物细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，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一门综合科学技术。根据操作对象的不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。细胞工程的定义植物细胞工程植物组织培养植物体细胞杂交动物细胞工程动物细胞培养动物细胞核移植细胞融合与单克隆抗体细胞工程的内容1902年，哈伯兰特（G.

Haberlandt，1854-1945）提出了细胞全能性的理论，但相关实验尝试没有成功。1958年，斯图尔特（F.

G.

Steward，1904-1993）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（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。1964年，古哈（S.

Guha，1938-2007）等在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的花粉发育而成的胚。1890年，希普（W.

Heape，1855-1929）将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。1907年，哈里森（R.

G.Harrion，1870-1959）用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。1951年，张明觉（1908-1991）等发现哺乳动物精子的获能现象。1958年，格登（J.Gurdon，1933-）用非洲爪蟾进行体细胞核移植，成功培育出性成熟个体。同一时期，童弟周（1902-1979）等开展了鱼类细胞核移植工作。1959年试管兔诞生，之后多种试管动物相继出生。1975年，米尔斯坦（C.Milstein，1927-2002）和科勒（G.

Köhler，1946-1995）等创立了单克隆抗体技术。1978年，小鼠桑葚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。1996年，世界上第一只细胞克隆羊多莉在英国诞生。随后多种克隆动物相继问世。1981年，埃文斯（M.J.Evans，1941-）等成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞。2006年，山中伸弥（S.Yamanaka，1962-）等获得了诱导多能干细胞。我国科学家利用这种细胞培育出了小鼠。2014年，世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生。2017年，我国科学家首次培育出体细胞克隆猴。植物细胞工程动物细胞工程（含胚胎工程）1971年，卡尔森（P.S.

Carlson，1944-2017）诱导烟草种间原生质体融合，获得种间杂种。1974年，土壤农杆菌Ti质粒被发现。

兰为王者香，芬馥清风里。植物组织培养技术

讨论：

高洁、典雅的兰花颇受人爱，但自然繁育率低，价格不菲。如何让它大量、快速繁殖呢？从社会中来植物细胞的全能性植物组织培养

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。有丝分裂植物细胞工程的基本技术无性生殖地位生殖方式分裂方式原理植物组织培养的概念细胞全能性

细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。每一个细胞含有控制该生物发育的全部基因原因（1）生殖细胞＞体细胞（2）植物细胞＞动物细胞（3）分化程度越高，全能性越低比较细胞的全能性①概念②原因③比较细胞全能性

细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能。体现全能性的实例细胞→完整个体或其他各种细胞实例：胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株受精卵发育成个体（动植物）蜜蜂受精卵发育成工蜂，卵细胞发育成雄峰用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶不体现全能性的实例受精卵早期胚胎分生组织原因：在特定的时间和空间条件下，基因选择性表达生物体内细胞并不都表现全能性没有分化的细胞也具有全能性如细胞的全能性④实例---多肉进行叶插繁殖1.选取多肉上健康、饱满的叶片。2.用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。3.平躺放在沙床上，叶片间隔相聚2~3厘米。4.叶片切口不要有碰脏，摆放通风处2~3天，晾干。5.待叶片晾干后移至半阴处养护。6.约2~3周后生根，或从叶基处长出不定芽。7.叶插成功细胞的全能性④实例铁皮石斛是一种名贵中药，野生资源十分稀少，其繁殖主要通过植物组织培养实现。下列有关叙述错误的是（）A．用植物组织培养的方法繁殖药材表明在一定条件下，细胞分化是可以逆转的B．植物细胞的全能性得以表达需要离开母体C．新植株的形成是细胞分裂和分化的结果D．高度分化的植物细胞不具有全能性D课堂检测:细胞的全能性外植体愈伤组织试管苗植物体脱分化再分化移栽离体无菌适宜培养基适宜的外界条件(温度、光照、气体等)黑暗光照水琼脂有机物无机物植物激素蔗糖：提供能量、调节渗透压。植物激素：主要是生长素和细胞分裂素。生长素/细胞分裂素适中→促进愈伤组织的形成。生长素<细胞分裂素→利于芽的分化生长素>细胞分裂素→利于根的分化植物组织培养的条件（1）离体状态（2）无菌操作（3）种类齐全、比例适合的营养物质（4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）---细胞表现全能性的条件归纳

（1）材料的选取

同一种植物材料，材料的年龄、保存时间的长短等也会影响实验结果。菊花的组织培养一般选择未开花植株茎上部新萌生的侧枝。

（2）常用的培养基是____________，主要成分包括：

①____________：N、P、S、K、Ca、Mg等。

②____________：B、Mn、Cl、Zn、Fe、Mo、I、Co等。

③有机物：甘氨酸、烟酸、肌醇、维生素、以及________（葡萄糖/蔗糖）等。MS培养基大量元素微量元素蔗糖植物组织培养的条件

思考1、MS培养基中为什么用蔗糖而不用葡萄糖？

分析：蔗糖同样可以作为植物细胞的碳源和能源物质。配制相同质量分数的培养基，蔗糖形成的渗透压要明显______（低于/高于）葡萄糖，若采用葡萄糖作为碳源，易使植物细胞脱水而生长不良。同时，植物细胞吸收蔗糖的速率要明显______（慢于/快于）吸收葡萄糖的速率，所以蔗糖形成的渗透压可较长时间地保持相对稳定。此外，微生物生长所需的最适合的碳源是__________，因此，采用蔗糖作为培养基的碳源，可在一定程度上减少____________________。

④植物激素：_________和______________是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，二者的______、及____________等都会影响实验结果。常用的生长素及类似物有NAA(萘乙酸)、2，4-D等

。常用的细胞分裂素有6-BA（6-苄基腺嘌呤）、KT（激动素）和玉米素。低于慢于葡萄糖生长素细胞分裂素浓度用量的比例微生物的污染植物组织培养的条件

（3）外界条件：如pH、温度、光照等环境条件。

思考2、组培时，光照条件该如何控制？

分析：形成愈伤组织以及愈伤组织的扩大培养需______，诱导愈伤组织再分化出芽需______。

思考3、胡萝卜组织培养时，若选取胡萝卜韧皮部细胞，______（能/不能）培养出完整植物体。与韧皮部细胞相比，选取胡萝卜形成层细胞进行组培更______。避光照光能容易

使用情况

实验结果生长素用量/细胞分裂素用量的比值高生长素用量/细胞分裂素用量的比值低生长素用量/细胞分裂素用量的比值适中促进根分化，抑制芽形成促进芽分化，抑制根形成促进愈伤组织的形成植物组织培养的条件植物组织培养的基本流程外植体愈伤组织芽、根植株脱分化再分化外植体：用于植物组织培养的离体的植物器官、组织或细胞。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。胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但是经过了胚胎发育过程所形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。脱分化：已经分化的细胞，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。再分化：脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化出根或芽等器官的过程。探究实验:菊花的组织培养外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽等试管苗完整植株移栽1、原理：2、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3、步骤：1）制备外植体2）接种到诱导愈伤组织培养基3）接种到诱导生芽培养基4）接种到诱导生根培养基探究实验:菊花的组织培养（1）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消毒与无菌水冲洗切割与接种（2）接种到诱导愈伤组织培养基脱分化避光形成愈伤组织有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。愈伤组织培养培养温度：18-220C无菌培养皿灭菌的解剖刀

探究实验:菊花的组织培养一定不能倒置诱导愈伤组织形成

避光培养诱导生芽、生根1.照光培养2.生芽、生根培养基不同试管苗移栽外植体接种：将外植体的1/3~1/2插入诱导愈伤组织培养基(3）接种到诱导生芽培养基（4）接种到诱导生根培养基若先生根后面就不易生芽愈伤组织见光后愈伤组织变为绿色愈伤组织植物组织培养的基本流程生长素/细胞分裂素比例适当细胞分裂素含量较高生长素含量较高接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根小结:植物组织培养小结:植物组织培养外植体愈伤组织幼苗（芽、根）植株离体控制光照温度pH脱分化再分化移栽比例适中照光无菌激素生长素细胞分裂素营养有机物无机盐凝固剂（琼脂）避光配比低→发芽配比高→生根MS培养基大量元素：N、P、S、K、Ca、Mg大量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo单倍体植株矮小、高度不育花药离体培养易错警示培养过程中只涉及有丝分裂生殖方式为特殊的有性生殖花药试管苗脱分化再分化愈伤组织特殊的植物组织培养下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是（）A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织D．同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同D课堂检测下图是植物组织培养技术培育新品种的部分过程图。（1）该技术的核心操作是__________和__________。（2）愈伤组织是一类高度液泡化、呈无定形状态的具有_____能力的薄壁细胞。（3）培育F植株的过程中，除需无菌环境外，还需向培养基中添加的激素有__________________________。（4）该操作能够得到F植株，体现了_________________；F植株________（填“可育”或“不可育”）。脱分化再分化分生生长素和细胞分裂素花粉细胞的全能性不可育课堂检测“番茄-马铃薯”的假想图植物体细胞杂交技术

讨论：

1.地上结番茄，地下长土豆的植株通过有性生殖可以产生吗？

2.“番茄-马铃薯”，通过什么技术能够获得呢？过渡植物体细胞杂交

将不同种植物的体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的方法。“白菜-甘蓝”细胞膜的流动性、植物细胞的全能性原理染色体数目变异可遗传变异类型细胞工程育种育种类型植物体细胞杂交技术①概念植物体细胞杂交

为什么“番茄-马铃薯”不像所预想的那样：地上结番茄，地下结马铃薯呢？

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。打破生殖隔离实现远缘杂交优点杂种植株所表现性状未必符合需求缺点植物体细胞杂技术②优缺点

提示：马铃薯基因组的____________可能影响了番茄基因组的表达，番茄基因组的表达产物也可能影响了马铃薯基因组的表达，导致融合植株细胞中的基因不能______表达。表达产物有序植物体细胞杂交植物细胞融合植物组织培养植物细胞融合+植物组织培养植物体细胞杂技术③过程原理细胞膜的流动性

植物细胞全能性①方法：酶解法。a.植物细胞去掉细胞壁，形成原生质体。利用酶的专一性。用纤维素酶和果胶酶水解。植物体细胞杂技术③过程:酶解法去壁光镜下烟草叶肉细胞原生质体为什么纤维素酶和果胶酶需溶于一定浓度溶液中？

保持原生质体正常的形态，防止其吸水过多而胀破。原生质体与原生质层指的是脱去细胞壁的细胞。动物细胞也可看做是原生质体。原生质体成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质。原生质层VS原生质层不包括细胞液和细胞核植物体细胞杂技术③过程植物体细胞杂技术③过程:诱导原生质体的融合b.诱导两个细胞（原生质体）融合细胞膜的流动性原理方法电融合法、离心法聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH值融合法化学方法物理方法

融合完成的标志是重新产生细胞壁，形成杂种细胞。植物体细胞杂技术③过程:筛选杂种细胞野生马铃薯(A)和栽培马铃薯(B)原生质体融合（电融合法）融合后，培养基中有几种类型的细胞？

A、B、AA、BB、AB。（只考虑两两融合）需要进一步筛选通电之前通电2min后通电3min后通电10min后

思考:诱导融合之后为什么要对原生质体进行筛选？

分析：融合体系中有多个原生质体A和多个原生质体B，由于融合是______的，所以除了会出现融合原生质体AB，也会出现____________________和____________________；又由于融合的的成功率不是百分之百，所以除了会出现融合细胞，也会有_______________。因此诱导融合之后要对原生质体进行筛选。随机融合原生质体AA融合原生质体BB未融合细胞随机选出AB型(杂种)细胞的方法方法1：互补选择法第一次培养在适合A不适合B的条件下第二次培养在适合B不适合A的条件下淘汰B和BB型的细胞淘汰A和AA型的细胞选出AB型细胞方法2：融合前两个亲本有可分辨的明显标记亲本1：来自愈伤组织亲本2：来自叶肉细胞(含叶绿体)细胞壁薄且含有叶绿体的细胞选择植物体细胞杂技术③过程:筛选杂种细胞植物体细胞杂技术③过程:筛选杂种细胞方法3：利用抗性互补亲本1：对放线菌素D有抗性，但在MS培养基不能超过50个世代亲本2：对放线菌素D敏感，但能在MS培养基生生长。将杂种细胞培养在含有放线菌素D的MS培养基上即可。选出AB型(杂种)细胞的方法高尔基体A为2a=20

B为2b=30504

杂种细胞染色体数为？

此过程中起主要作用的细胞器是？

杂种细胞染色体组数为？植物体细胞杂技术③过程:筛选杂种细胞两亲本染色体数之和两亲本染色体组数之和利用植物组织培养技术将杂种细胞培育成杂种植株。植物体细胞杂技术③过程:杂种细胞的全能性的体现标志着杂种细胞具有全能性。项目

体细胞杂交P1：2n(Aabb)与P2：2m(ccDd)生殖类型变异类型染色体数染色体组数基因组成植物体细胞杂交后代的遗传变化无性繁殖，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小结:植物体细胞杂技术烟草-海岛烟草胡萝卜-羊角芹白菜-甘蓝普通小麦-长穗偃麦草人参-胡萝卜（