2.1.1植物细胞工程的基本技术课件-高二下学期生物人教版选择性必修32

第2章细胞工程首个体细胞克隆动物克隆动物多莉羊体细胞克隆猴“中中”和“华华”如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖？【从社会中来】“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（dài）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（xūn）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（zhānɡ）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，很多人喜欢养兰花。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？

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了细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。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【科技探索之路】植物细胞工程的发展历程第1节植物细胞工程01植物组织培养技术目录/CONTENTS一、植物细胞工程的基本技术叶子花瓣花粉细胞植物体01植物组织培养技术一、植物细胞工程的理论基础是什么?细胞的全能性?1.细胞全能性的定义：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，即细胞具有全能性。2.细胞具有全能性的根本原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全部遗传物质。每一个体细胞都是由同一个受精卵细胞经有丝分裂增殖分化而形成的。体细胞内的遗传物质（基因）与受精卵完全一样。3.体现全能性的标志：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4.全能性大小的比较：①体细胞全能性与细胞分化程度：植物细胞>动物细胞【说明】特例：卵细胞虽然已经高度分化，但仍具有较高的全能性。②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③不同类型细胞的全能性：受精卵＞生殖细胞（配子、精子、卵细胞）＞体细胞受精卵＞干细胞＞体细胞④不同生物细胞的全能性：一般来说，细胞分化程度越高，细胞全能性越低。负相关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4.生物的生长发育过程中，细胞并未表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。原因：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因选择性表达。5.全能性表现的条件：具有完整的细胞结构，处于

状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。离体2.原理：1.概念：指将

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

的技术。离体完整植株植物细胞的全能性、外植体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。二、植物组织培养3.繁殖方式：生殖方式：分裂方式：无性繁殖有丝分裂4.过程：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再分化外植体愈伤组织试管苗完整植株脱分化芽、根等再分化生长发育二、植物组织培养脱分化：

在一定的

和

等条件的

下，

的细胞

，转变成

的过程。激素营养诱导已经分化失去其特有的结构和功能未分化的细胞①光照条件：②过程中涉及的生命活动：一般不需要光照只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化③结果：形成愈伤组织（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）二、植物组织培养细胞特点？细胞排列疏松无规则、高度液泡化、色浅，具有较强的分裂能力有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。注意说明1.外植体脱分化的难易因植物种类、器官来源及生理状况的不同而不同。一般来说，植物的花和幼嫩的组织脱分化相对较易，而植物的茎、叶等成熟的组织脱分化则较难。2.该过程添加的外源激素主要是细胞分裂素和生长素（比例适中），

因为二者能强烈地促进愈伤组织的形成。再分化：愈伤组织___________成芽、根等器官的过程。重新分化①实质：②光照条件：基因的选择性表达需要给予适当强度的光照诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用原因：③过程中涉及的生命活动：既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化。二、植物组织培养注意说明

影响再分化的因素:a.外植体的遗传特征和取材的位置会影响愈伤组织的再分化能力。b.培养基的成分和物理性质对器官的形成有一定的影

响，但起决定作用的是植物激素，特别是生长素和细

胞分裂素的比例。生长素/细胞分裂素

结果比值高(＞1)比值低(＜1)比值适中(=1)促进根的分化促进芽的分化促进愈伤组织的形成简记为：“高”根，“低”芽，“中”愈伤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。脱分化再分化过程结果需要的条件外植体→愈伤组织愈伤组织→幼苗形成愈伤组织形成根、芽a.离体b.适宜的营养c.生长素与细胞分裂素的比例适中d.一般不需要光照a.离体b.适宜的营养c.生长素与细胞分裂素的比例高或低诱导生根或生芽d.光照决定植物脱分化、再分化的关键因素总结：脱分化和再分化对比菊花的组织培养三、【探究∙实践】菊花的组织培养1.实验原理：①植物细胞一般具有全能性。②在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化形成愈伤组织，将愈伤组织接种到含特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株。③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，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。2.材料用具①外植体：幼嫩的菊花茎段（容易诱导形成愈伤组织）②体积分数为70%的酒精：对手、超净工作台、外植体进行消毒③质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液：对外植体进行消毒④无菌水：清洗外植体⑤培养基（P116--参见本书附录1）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：提供营养灭菌方法为：湿热灭菌法维持培养基的渗透压1）培养基名称：

；2）物理性质：

；3）碳源：

。植物组织培养常用的培养基配方P1163.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

→无菌水清洗2～3次

→次氯酸钠溶液处理30min

→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。（3）接种外植体在酒精灯火焰旁，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。【注意】接种时注意外植体的方向，不要倒插！将“形态学上端”朝上，下端朝下（4）脱分化——诱导愈伤组织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培养基及培养条件：激素比例1：1有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。提供有机碳源（蔗糖）异养生活（5）再分化——诱导生芽生根培养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培养。长出芽后，再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1】诱导顺序：先诱导生芽，再诱导生根！【注意2】该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！（6）炼苗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。培养室固体基质型，含水量高、蓄水性强、透性好，适合栽培.总结：植物组织培养的基本流程①外植体消毒②外植体切段③接种外植体④诱导愈伤组织⑤诱导生芽生根⑥移栽第一节外植体的选择与消毒外植体的接种配制诱导愈伤组织培养基愈伤组织培养（不需要光照）生芽培养（每天光照12～16h）生根培养更换培养基更换培养基炼苗、移栽入土

探究·实践

菊花的组织培养方法步骤注意：

实验中使用的培养基和所有器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌。为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？

防止杂菌污染。因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害物质，导致培养物迅速死亡。

探究·实践

菊花的组织培养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，试分析它们被污染的可能原因。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。

被污染的培养基②为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？原因是避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物生长。③杂菌和植物细胞之间有哪些关系？竞争或寄生。3.结果分析与评价

探究·实践

菊花的组织培养4.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，它们的浓度、比例等都会影响植物细胞的发育方向。生长素/细胞分裂素

结果比值高(＞1)比值低(＜1)比值适中(=1)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生长素类作用：用于诱导细胞的伸长生长和根的分化；细胞分裂素类作用：促进组织细胞的分裂或从愈伤组织和器官上分化出不定芽。5.进一步探究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？①

空白对照：不加任何激素；②

实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；③

实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；④

实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。生长素/细胞分裂素

结果比值高(＞1)比值低(＜1)比值适中(=1)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拓展：植物组织培养的两种途径器官发生途径胚状体途径胚状体：离体培养条件下，没有经过受精过程，但经过胚胎发育过程形成的胚状类似物，因而统称为体细胞胚或胚状体。外植体脱分化愈伤组织再分化生芽、生根或胚状体试管苗（移栽到大田）②接种时注意外植体的方向，不要

。③脱分化诱导愈伤组织期间一般

光照，在后续的培养过程中，每日

给予适当时间和强度的光照。【总结：植物组织培养过程需要注意的问题】①实验中使用的培养基和所有的器械都要

。接种操作必须在酒精灯

进行，并且每次使用后的器械都要

。火焰旁灭菌灭菌为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。倒插不需要需要若细胞不离体，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。【总结】植物组织培养中细胞表现出全能性的条件（1）离体（最关键）:（2）严格的无菌条件：①对操作环境、双手、外植体进行消毒；②对培养基和器械进行灭菌；③接种操作必须在酒精灯火焰旁进行。（3）适宜的培养条件：（4）适宜浓度和比例的激素：（5）一定的营养条件：温度，光照包括有机营养成分、无机营养成分主要是生长素和细胞分裂素根、芽、胚状体植物体再分化培养条件：①无菌②营养物质③适宜条件（温度、PH、光等）④植物激素：遮光光照脱分化愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织重新分化为芽、根等器官失去特有结构和功能转变成未分化的细胞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。生长素和细胞分裂素的比例和浓度会影响植物细胞的发育方向。如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…排列不规则，高度液泡化，呈不定型状态的薄壁细胞植物组织培养小结（1）植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性

（

）（2）脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程

（

）（3）在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理

（

）（4）诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样

（

）判断常考语句，澄清易混易错1.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.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第1节植物细胞工程01植物组织培养技术目录/CONTENTS一、植物细胞工程的基本技术欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你会有什么办法呢？利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？番茄—结马铃薯不能不同种生物之间存在着生殖隔离自主阅读课本37—38页内容，思考并小组讨论以下问题：1、为什么要去除细胞壁？

用什么方法可以温和地去除细胞壁

而不伤害原生质体？2、诱导原生质体融合的方法有哪些？3、如何将杂种细胞培养成杂种植株？原生质体原生质层原生质体细胞壁细胞膜细胞质液泡细胞核原生质层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

指的是脱去细胞壁的细胞。动物细胞也可看做是原生质体。【注意】质壁分离的“质”指的是？A细胞B细胞纤维素酶果胶酶去壁酶解法正在融合的原生质体杂种细胞AB诱融物理法：化学法：电融合法、离心法等聚乙二醇（PEG）融合法等脱分化再分化移栽植物细胞融合植物组织培养杂种植株愈伤组织A原生质体B原生质体移栽后的植株去壁（植物细胞的全能性）（细胞膜的流动性）再生细胞壁1.植物体细胞杂交的过程过程分析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（1）去除细胞壁①去壁原因：②方法：③相关酶：④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。等渗溶液（2）两个标志①植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁，形成杂种细胞②植物体细胞杂交完成的标志：培育成新的植物体参与此过程中的主要细胞器是？验证再生出新壁的实验？质壁分离和质壁分离复原实验高尔基体（3）融合细胞类型的分析①A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型（只考虑两两融合）？而我们需要的是哪种类型？所以原生质体融合后，我们要进行怎样的处理？有

种融合类型：AA、BB、AB我们需要的是？AB3培养基中共有

种类型的细胞？因此要对融合后的原生质体进行

。筛选AA、BB、ABA、B5【问题探究4】若植物A的基因型是AaBb，植物B的基因型是aaBb，则只考虑细胞之间的两两融合，则融合形成的细胞基因型有

?种，分别是?AAaaBBbbaaaaBBbbAaaaBBbb√3杂种细胞②若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株染色体条数？染色体组数？基因型？属于可遗传变异类型中的？2x＋2y4个AabbccDd染色体数目变异两亲本染色体数之和两亲本染色体组数之和两亲本基因型之和异源多倍体【问题探究5】总结：有性杂交与植物体细胞杂交的比较植物A体细胞染色体数20条植物B体细胞染色体数40条有性杂交后代体细胞中染色体数

条植物体细胞杂交后代体细胞中染色体数

条植物A为二倍体植物B为四倍体有性杂交后代为

倍体植物体细胞杂交后代为

倍体有性杂交遵循孟德尔遗传规律植物体细胞杂交不遵循孟德尔遗传规律3060三六思考：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：①杂种细胞的染色体数为______②杂种细胞的基因型为__________③杂种细胞中染色体组数为________④得到的杂种植株为____倍体⑤理论上该植株可育吗？___________________________X+YDdYyRr4四可育，有同源染色体，同源染色体能联会，可形成配子*异源四倍体识图：数字代表过程，字母代表细胞、组织或植株①_______________a/b_____________②_______________c_______________③_______________d_______________④_______________e_______________⑤_______________f_______________①②③___________④⑤____________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

有关植物体细胞杂交的3个易错点(1)误认为植物体细胞杂交的结果只是形成杂种细胞。植物体细胞杂交的结果最终要经过组织培养形成杂种植株。(2)误认为植物体细胞杂交属于有性生殖。植物体细胞杂交过程中没有有性生殖细胞的结合，因此不属于有性生殖，应为无性生殖。(3)误认为杂种植株的变异类型属于基因重组。杂种植株的染色体数通常是两亲本细胞染色体数目之和，属于异源多倍体，所以变异类型为染色体变异。易错点拨2.植物体细胞杂交的概念：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。原理（理论基础）？

植物细胞融合植物组织培养细胞膜的流动性植物细胞的全能性白菜甘蓝白菜－甘蓝具有两个物种的遗传物质3.植物体细胞杂交的实例：具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点多种柑橘属不同种间的杂种植株普通小麦—长穗偃麦草4.植物体细胞杂交的意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育了植物新品种。

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。5.植物体细胞杂交存在的问题：有些杂种植株还未按照人们的意愿表现出亲代的优良性状。"番茄—马铃薯"杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上结番茄，地下长马铃薯，这是为什么?提示：纤维素酶和果胶酶。因为植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶组成，利用酶的专一性，在降解植物细胞的细胞壁时要利用纤维素酶和果胶酶。“练习与应用”2题拓展:科学家在制备原生质体时，有时使用蜗牛消化道提取液来降解植物细胞的细胞壁。据此分析，蜗牛消化道提取液中可能含有什么成分？理由是什么？(1)高度分化的细胞，只有发育成一个完整的生物个体，才能体现出细胞的全能性。()解析：高度分化的细胞，只要是能发育成完整生物个体，或者分化形成其他各种细胞，都认为是表现出了全能性。(2)植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。()(3)植物激素中的生长素和赤霉素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。()解析：植物激素中的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。(4)试管苗在诱导形成后，就可以直接移栽到土壤中，不过还需要适时浇水、施肥。()解析：试管苗在诱导形成后，要先经过壮苗等过程才可以移栽到土壤中。×√××【基础过关】(5)植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞。()(6)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术。()(7)若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有3种类型。(

)×√√1.图是“番茄—马铃薯”杂种植株的培育过程，其中①～⑤表示过程，字母表示细胞、组织或植株。下列相关叙述正确的是(

)CA.过程①表示在低渗溶液中用酶解法处理植物细胞获得原