植物细胞工程课件高二下学期生物人教版选择性必修3

[活动1]阅读课本第2章P31和P32，解决下列问题：1.概述细胞工程的定义，说出细胞工程运用了什么原理和方法，操作水平是什么？原理和方法操作水平目的分类[活动2]阅读P32发展历程中的植物细胞工程部分，想一想：（1）哪些实验证明了细胞全能性？（2）实现植物体细胞种间杂交的技术有哪些？细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞器、细胞或组织获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品动物细胞工程和植物细胞工程

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。包括植物细胞工程和动物细胞工程两大领域。第2章细胞工程第1节植物细胞工程【本节聚焦】1.植物细胞工程的理论基础是什么？2.什么是植物组织培养技术和植物体细胞杂交技术？3.怎样进行菊花的组织培养？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【科技探索之路】从社会中来

高贵、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、快速的繁殖呢？植物组织培养技术植物细胞工程的基本技术植物组织培养技术植物体细胞杂交技术理论基础植物细胞的全能性1.概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生___________或分化成__________________的潜能。完整生物体其他各种细胞[思考]为什么细胞具有全能性？（全能性的物质基础是什么？）细胞含有该物种生长发育所特有的全套遗传物质[思考]体现细胞全能性的标志是什么？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、卵细胞发育成雄蜂等【全能性大小比较】分化程度越高，全能性越低植物细胞的全能性>动物细胞全能性受精卵>胚胎干细胞>生殖细胞(精细胞、卵细胞)>体细胞[思考]在生物的生长发育过程中，并不是所有的细胞都表现出全能性，原因是什么？在特定时间、空间条件下，基因进行选择性表达[思考]如何激活细胞的全能性呢？（表现全能性的条件）【注意】植物的种子发育成完整植株，不能体现细胞的全能性。因为种子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。【不体现全能性的实例】芽原基发育为芽、叶原基发育为叶、种子萌发形成个体等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）一、植物组织培养技术[活动2]带着以下问题阅读P35-371.什么是植物组织培养？利用的原理是什么？植物组织培养技术属于哪种生殖方式？细胞的分裂方式是哪一种？画出植物组织培养的流程。2.植物组织培养的条件是什么？3.什么是脱分化、再分化、愈伤组织？启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素是什么？4.阅读菊花组织培养的过程，思考以下问题：（1）在实验过程中如何防止杂菌污染？（2）接种3-4d后，有外植体被污染，试分析它们被污染的可能原因。（3）培养过程中，一般脱分化过程往往遮光，再分化过程中光照处理，想想为什么？（一）植物组织培养的概念

将_____________________________（称为______）等，培养在人工配制的____________上，给予适宜的____________，诱导其形成___________的技术。离体的植物器官、组织或细胞外植体培养基培养条件完整植株（二）植物组织培养的流程接种外植体脱分化诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活再分化再分化黑暗光照光照【脱分化】失去其特有的结构和功能，转变成未分化的细胞，进而形成愈伤组织。【愈伤组织】排列疏松无规则、高度液泡化、无定形态的薄壁细胞，具有未分化特征，此时尚未有叶绿体和叶绿素的形成。（细胞分裂素和生长素比例适中）[思考]再分化需要光照的原因是什么？诱导叶绿素的形成，使使试管苗能够进行光合作用【再分化】愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。[思考]再分化形成芽以及形成根的条件是否相同？细胞分裂素>生长素（生芽）细胞分裂素＜生长素（生根）

脱分化再分化

是否有光结果激素比例无有形成愈伤组织形成芽形成根细胞分裂素生长素细胞分裂素生长素细胞分裂素生长素≈＞＜原理：生殖方式：分裂方式：植物细胞的全能性无性繁殖有丝分裂【小结】植物组织培养技术【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______________；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________和________，形成________，长出_________，进而发育成_______________；③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。全能性脱分化再分化胚状体芽和根完整的植株生长素细胞分裂素细胞分裂脱分化再分化浓度比例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⑤MS培养基(P116)3.操作步骤3.操作步骤①外植体消毒用酒精擦拭双手和超净工作台面。①流水冲洗外植体(幼嫩的茎段)→②酒精消毒30s→③无菌水清洗2-3次→④次氯酸钠溶液处理30min→⑤无菌水清洗2-3次②外植体处理将消毒过的外植体置于无菌培养皿，用无菌滤纸吸去表面水分，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，并在培养瓶上做好标记。④诱导愈伤组织将接种了外植体的锥形瓶置18-22℃的培养箱中培养。黑暗培养，定期观察和记录愈伤组织的生长情况。3.操作步骤⑤诱导芽和根培养15-20d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽培养基上出芽后，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。⑥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。【注意事项】1.实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。操作要在酒精灯火焰旁，器械每次使用后也要灭菌。2.接种时注意外植体的方向，不能倒插。3.诱导愈伤组织期间一般不需要光照，在后续培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照。4.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，试分析它们被污染的可能原因。

2.你培养出愈伤组织了吗？从刚接种的外植体到长出愈伤组织经历了多少天？愈伤组织进一步分化出芽和根了吗？3.培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？外植体消毒不彻底；培养基、接种工具灭菌不彻底；操作过程不符合无菌操作要求等。2周左右

试管苗移栽的关键：既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。

一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h，掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。【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？空白对照：不加任何激素实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1；实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1；实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1；生长素用量与细胞分裂素用量的比值结果比值高有利于根的分化，抑制芽的形成比值低有利于芽的分化，抑制根的形成比值适中促进愈伤组织的形成练一练下列是植物组织培养流程图，请回答：1.A、B过程分别为

。C是

。

A过程细胞分裂方式是

，

B过程细胞分裂方式是

,同时也进行

。A过程一般

光照；B过程需要光照，原因是

。2.影响A、B过程的关键因素是

，主要是_____________和

___

，二者添加的

会影响脱分化和再分化过程。3.植物组织培养是一个

过程。（填“无性繁殖”、“有性繁殖”）植物体根、芽或胚状体外植体脱分化再分化

有丝分裂细胞分化植物激素细胞分裂素生长素无性繁殖AB有丝分裂浓度及比例C脱分化、再分化愈伤组织不需要叶绿素的合成需要光照欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你有什么妙招？[思考]利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？不能。因为不同种生物之间存在着生殖隔离[思考]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？参考动物细胞融合[思考]若是植物细胞之间的杂交，则应先做什么？得到杂种细胞后，如何培育成植株？[活动2]阅读P36-38页相关内容，掌握植物体细胞杂交技术的流程二、植物体细胞杂交技术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诱导融合物理法：化学法：电融合法、离心法等聚乙二醇（PEG）融合法高Ca2+-高pH融合法等脱分化再分化移栽植物细胞融合（细胞膜的流动性）植物组织培养（植物细胞的全能性）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融合完成的标志植物体细胞杂交完成的标志再生出细胞壁【小结】1.植物体细胞杂交的概念：

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。2.两大过程及原理：①植物细胞融合②植物组织培养（细胞膜具有一定的流动性）（植物细胞的全能性）3.两个标志：①植物细胞融合完成的标志：②植物体细胞杂交完成的标志：再生出新的细胞壁培育成新植物体4.实例：白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等。5.意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种6.变异类型：染色体数目变异练一练图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：1.步骤①是

，最常用的方法是

。

2.步骤②一般常用的化学试剂是

，目的是

。3.在利用杂种细胞培育成为杂种植株的过程中，此技术运用的原理是

，其中步骤④相当于

，步骤⑤相当于

。

4.植物体细胞杂交的目的是获得新的杂种植株，使

能够在新的植物体上有所表现，其根本原因是

。5.若远缘杂交亲本A的基因型为AaBb，B的基因型为YYEe，则融合后形成的杂种植株基因型是

。去除细胞壁，分离原生质体酶解法聚乙二醇诱导植物原生质体融合脱分化再分化远缘杂交亲本的遗传特征杂种植株获得双亲的遗传物质细胞的全能性AaBbYYEe练一练图为植物体细胞杂交过程示意图。据图回答：6.若远缘杂交亲本A的基因型为AaBb，B的基因型为YYEe，则融合后形成的植株基因型可能是

。7.从理论上讲，杂种植株的育性__________。若运用传统有性杂交方法能否实现？______；原因是______________________________。

因此，这项研究对于培养作物新品种方面的重大意义在于__________________________。

8.利用植物体细胞杂交的方法培育作物新品种过程中，遗传物质的传递是否遵循孟德尔的遗传规律？为什么？_________________________________________________________________________________________________________________。AAaaBBbb、YYYYEEee、AaBbYYEe可育不能不同种生物之间存在生殖隔离不遵循；因为孟德尔遗传规律发生在有性生殖减数分裂产生配子时，而植物体细胞杂交育种属于无性生殖。克服了远缘杂交不亲和的障碍练一练

P38【练习与应用】一、概念检测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？A纤维素酶和果胶酶练一练

P38【练习与应用】二、拓展应用“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】1978年，梅尔彻斯(G.Melchers)等人首次获得了马铃薯与番茄的体细胞杂种植株。他们将培育的二倍体马铃薯和番茄的叶片细胞原生质体进行融合，产生了杂种植株一一“番茄-马铃薯”，它同时具有马铃薯和番茄的形态特征。虽然“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，但是其研究价值不可忽视。原因：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。近年来，有报道称利用嫁接技术培育出了地上结番茄、地下长马铃薯的植株。【本节聚焦】1.植物细胞工程在生产实践中有哪些应用？2.植物细胞工程应用于生产实践的主要优势是什么？植物细胞工程的应用一、植物繁殖的新途径[思考]经济苗木、名贵花卉、珍稀植物等自然繁殖速度缓慢，优良性状不易保持，该怎么解决？1.快速繁殖（微型繁殖技术）用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。[思考]微型繁殖是有性还是无性繁殖?无性繁殖[思考]与传统繁殖技术相比，微型繁殖有何优点？①高效快速地繁殖②保持优良品种的遗传特性③不受自然生长季节的影响2.作物脱毒[思考]长期进行无性繁殖的作物，易积累感染的病毒，导致产量降低，品质变差，如何解决这一问题？选用植物顶端分生区附近（如茎尖）经组织培养可获得脱毒植物[思考]为什么选用植物分生区细胞？

在植物分生区附近，细胞分裂十分迅速，形成大量新细胞，病毒来不及侵入，因此就成为植物体相对无病毒的特殊区域。二、作物新品种的培育[思考]现有紫色非甜玉米（基因型AASS）、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）？传统方法：杂交育种（杂交→自交→选优→自交→选优→自交→选优→......）缺点：要不断进行(多年)纯化和选择，才得到一种符合理想要求的新品种。[思考]如何解决育种时间过长的问题？1.单倍体育种[思考]单倍体育种包括哪些主要步骤？[思考]为什么单倍体育种能大大缩短育种的年限？花药离体培养和人工诱导染色体数目加倍。1.单倍体育种P：紫色非甜玉米

AASS×白色甜玉米

aassF1紫色非甜玉米AaSs↓第1年↓配子ASAsaSas第2年紫色甜玉米↓单倍体幼苗ASAsaSas↓纯合体植株AASSAAssaaSSaass花药离体培养秋水仙素处理

大多数单倍体植株的细胞只有一套染色体，染色体加倍后得到的植株隐性性状容易显现，进而缩短育种年限。[思考]单倍体育种应用了哪些原理？植物细胞的全能性、染色体变异[思考]单倍体育种的优点有哪些？①极大地缩短了育种的年限②后代都是纯合子，能稳定遗传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。

实例：单育1号烟草、水稻、玉米、油菜、甘蓝、甜椒等2.突变体的利用（1）

原理：（2）过程：（4）实例：（3）优点：

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的影响而产生突变。（基因突变或染色体变异和植物细胞的全能性）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抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草等。提高变异的频率，加速育种进程；大幅度地改良某些性状。三、