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3

第2章细胞工程2.1植物细胞工程2.2动物细胞工程2.3胚胎工程

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。原理和方法操作水平目的分类细胞生物学、分子生物学和发育生物学获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品概念细胞工程细胞器、细胞或组织植物细胞工程和动物细胞工程第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科技探索之路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。植物细胞工程的发展历程1902年1958年1960年1964年1971年1974年植物通常是通过播种或扦插实现繁殖的。落地生根玉米种子萌发黄豆种子发芽

“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？【从社会中来】植物组织培养技术叶子花瓣花粉细胞植物体01植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞工程的理论基础是什么?细胞的全能性1.全能性定义：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。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部遗传信息。3.全能性大小的比较：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.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5.不体现全能性的原因：基因在特定时间、空间条件下选择性表达

细胞的全能性分化程度越高，全能性越低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。《金》P351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。接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活植物组织培养技术脱分化再分化再分化原理：分裂方式：生殖方式：无性繁殖有丝分裂植物细胞的全能性02遗传特性与亲本相比有什么特点？与亲本相同。2.材料用具幼嫩的菊花茎段、体积分数为70%的酒精、质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液、无菌水培养基：菊花的组织培养探究•实践MS培养基

(P116)作为碳源提供能量，维持细胞的渗透压微生物培养基以有机营养为主。与微生物的培养不同，MS培养基则需提供大量无机营养。一般容易进行无性繁殖的植物也容易进行组织培养：芦荟、秋海棠、月季在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为_____________，进而形成_________的过程。未分化的细胞愈伤组织排列疏松且无规则,不定形的薄壁组织团块。愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。

相关概念脱分化：愈伤组织：再分化：有细胞壁和大液泡无叶绿体，不进行光合作用，故新陈代谢类型是异养需氧型。《报》38期P23外植体：离体的植物器官、组织或细胞如：菊花幼嫩的茎段、胡萝卜的形成层、月季的花药…只有细胞增殖（有丝分裂），没有细胞分化避光/黑暗培养：有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。既有细胞增殖（有丝分裂），又有细胞分化需光培养：诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用外植体的消毒外植体的切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根移栽菊花的组织培养探究•实践植物组织培养瓶50mL锥形瓶菊花的组织培养流水冲洗

→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。外植体的消毒外植体的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。探究•实践菊花的组织培养在酒精灯火焰旁，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）接种外植体探究•实践诱导愈伤组织探究•实践将接种了外植体的锥形瓶置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。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→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！菊花的组织培养菊花的组织培养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。探究•实践避免杂菌在培养基上迅速生长消耗营养，同时防止有些杂菌危害培养物的生长。整个过程要保证无菌操作：（2）注意事项a.实验中使用的培养基和所有的器械都要㉒______。接种操作必须在㉓______________进行，并且每次使用后的器械都要㉔______。b.接种时注意外植体的方向，不要㉕______。c.诱导愈伤组织期间一般㉖________光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的㉗______。灭菌酒精灯火焰旁灭菌倒插不需要光照181.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。

2.从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？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周左右菊花的组织培养

结果分析与评价探究•实践4.进一步探究

植物激素中______和__________是启动_________、______和______的关键激素，它们的_____、_____等都会影响植物细胞的发育方向；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。探究•实践菊花的组织培养使用比例实验结果生长素细胞分裂素>生长素细胞分裂素<生长素细胞分裂素＝有利于根的分化有利于芽的分化，抑制根的分化促进愈伤组织生长生长素细胞分裂素细胞分裂脱分化再分化浓度比例《金》P394、5、7即：生长素促进生根；细胞分裂素促进生芽植物激素使用先后顺序产生的影响使用顺序实验结果先生长素，后细胞分裂素有利于细胞分裂但不分化先细胞分裂素，后生长素细胞既分裂也分化

同时使用分化频率提高不同植物激素使用量（生根裂芽）生长素/细胞分裂素比值结果比值高时促根分化，抑芽形成比值低时促芽分化，抑根形成比值适中促进愈伤组织生长离体无菌一定的营养、激素适宜的外界条件(温度、pH、光照等)外植体愈伤组织根、芽或胚状体试管苗脱分化再分化黑暗光照小结细胞分裂素≈生长素细胞分裂素>生长素细胞分裂素<生长素《金》P34比较脱分化和再分化《金》P34例1、例2；P354《报》38期P21、2、4；P31否则，基因选择性表达植物组织培养技术特殊的植物组织培养——花药离体培养生殖方式为特殊的有性生殖，培养过程中只涉及有丝分裂花药试管苗脱分化再分化愈伤组织单倍体：植株矮小、高度不育秋水仙素诱导纯合品种

欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么好妙招？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03植物体细胞杂交技术四、植物体细胞杂交技术1.概念：将㉘__________的植物体细胞，在一定条件下融合成㉙__________，并把杂种细胞培育成㉚__________的技术。2.过程：.&1&

.不同来源杂种细胞新植物体*融合后，培养基中有几种类型的细胞？①未融合的细胞：A、B②两两融合的细胞：AA、BB、AB③多细胞融合体阅读课文36-38页，图2-4，讨论：（1）要想让两个来自不同植物的体细胞融合在一起，遇到的第一个障碍是什么？（2）怎样通过比较温和的方法去掉细胞壁？原生质体和原生质层有何区别？（3）怎样诱导两个原生质体的融合？与细胞膜的什么特性有关？（4）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？（5）这项技术的出现有什么意义？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。

植物体细胞杂交技术03原生质体细胞壁细胞膜细胞质液泡细胞核原生质层①去壁原因：

。②方法：

。*为什么用上述酶？___________________________________*酶解法利用了原理？___________*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？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酶的专一性（1）去除细胞壁

相关提醒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②方法：①理论基础：

（2）原生质体间的融合

相关提醒（3）细胞融合完成的标志：植物体细胞杂交技术成功的标志是:重新产生细胞壁，形成杂种细胞得到杂种植株细胞膜具有流动性

物理方法：电融合法、离心法化学方法：聚乙二醇（PEG）融合法、

高Ca2+-高pH融合法*融合后，培养基中有几种类型的细胞？①未融合的细胞：A、B②两两融合的细胞：AA、BB、AB③多细胞融合体*此时

细胞器活动增强？高尔基体、线粒体二①①

②③④⑤⑥植物体细胞杂交杂种细胞去壁去壁诱导融合脱分化再分化移栽植物组织培养原生质体融合（植物细胞的全能性）（细胞膜的流动性）03植物体细胞杂交技术植物细胞融合完成的标志植物体细胞杂交完成的标志高尔基体、线粒体验证再生出新壁的实验：质壁分离和质壁分离复原实验1.概念：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.意义:打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。03植物体细胞杂交技术原生质体融合植物组织培养《金》P35例3、例4；P3616《报》38期P34、5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？

__________________________________________⑥得到的杂种植株与植株A和植株B还是同一物种吗？

__________________________________________X+YDdYyRr4四可育，有同源染色体，同源染色体能联会，可形成配子*异源四倍体不是，因为存在生殖隔离（无法产生可育后代）2.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?纤维素酶和果胶酶

"番茄—马铃薯"没有像人们预想的那样地上结番茄、地下长马铃薯，主要原因是∶生物体内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相互干扰，它们不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂种植株自然就不能地上结番茄、地下长马铃薯了。练习与应用一、概念检测"番