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33

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细胞工程1.概念2.分类2.1植物细胞工程第1课时植物细胞工程的基本技术从社会中来—教材P34从社会中来其繁殖率低，价格不菲，如何让它大量、快速地繁殖呢？鬼兰（幽灵兰）市场价格：1500万每株！世上最贵的兰花，没有之一!

植物组织培养技术从社会中来鬼兰（幽灵兰）叶子花瓣花粉细胞植物体细胞的全能性播种扦插一般情况下：一定条件下：植物组织培养技术植物组织培养技术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套遗传物质。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，卵细胞发育成雄蜂

用一片叶子、一片花瓣、一粒花粉繁殖出新的植株植物组织培养技术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植物组织培养技术种子发育成植株，体现了植物种子的全能性。（

）胚胎干细胞分化成其他各种细胞。（)造血干细胞分化成B淋巴细胞。（

）×√判断：×具有全能性≠表现出全能性——如何才能让细胞表现出全能性？5.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④无菌环境——植物组织培养技术的理论基础之一植物组织培养技术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。

1.概念：2.理论基础：植物细胞的全能性3.生殖方式:无性生殖（有丝分裂）植物组织培养技术外植体4.大致过程：任务一：植物组织培养的过程和条件1.请结合图中植物组织的变化，思考回答下列问题：(1)概括出植物组织培养的技术流程图。探究—学习笔记P231.概括出植物组织培养的技术流程图。根、芽脱分化再分化愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药…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愈伤组织重新分化为芽、根等器官的过程与叶肉细胞相比，愈伤组织细胞不含有叶绿体，因为外植体经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞。试管苗完整植株驯化移栽愈伤组织既有细胞增殖，又有细胞分化。植物组织培养技术(2)图中的愈伤组织细胞与叶肉细胞相比，不含有的细胞器是

，原因是___________________________________________________________

。叶绿体外植体经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化的细胞探究—学习笔记P232.决定植物脱分化、再分化的关键因素：外植体愈伤组织试管苗完整植株脱分化芽、根等再分化关键激素生长素和细胞分裂素细胞分裂素生长素

芽分化愈伤组织根分化巧记：裂芽生根中愈伤结果比值≈1比值＜1比值＞1促进芽的分化促进根的分化促进愈伤组织的形成生长素用量细胞分裂素用量植物组织培养技术一（一）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，愈伤组织再经过再分化生产芽、根等器官，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。（二）实验目的探究·实践—教材P35菊花的组织培养（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。（三）材料用具：幼嫩的菊花茎段、体积分数70%的酒精，质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液和无菌水，50mL锥形瓶（或植物组织培养瓶）。植物组织培养常用的培养基：MS培养基

(P116)。分裂旺盛，更容易诱导形成愈伤组织。探究·实践—菊花的组织培养植物组织培养瓶蔗糖的作用：作为碳源，提供能量，调节渗透压（四）方法步骤：探究·实践—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次无菌水洗目的防止杂菌生长。一方面与培养物竞争营养；另一方面产生有害物质危害培养物。探究·实践—菊花的组织培养②接种到诱导愈伤组织培养基脱分化（避光）产生愈伤组织为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。超级工作台无菌操作

接种外植体时，不要倒插！

（将“形态学上端”朝上）探究·实践—菊花的组织培养过程只有有丝分裂，没有细胞分化③接种到诱导生芽、生根培养基再分化②接种到诱导生根培养基①培养15〜20d后，接种到诱导生芽培养基③进一步诱导形成试管苗注意：①注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根。②该过程每日需要给予适当时间和强度的光照（有利于叶绿素的形成）。探究·实践—菊花的组织培养若先生根后面就不易生芽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。④试管苗移栽探究·实践—菊花的组织培养固体基质型，含水量高、蓄水性强、透性好，适合栽培珍珠岩

,珍珠岩是一种火山喷发的酸性熔岩，经急剧冷却而成的玻璃质岩石，有弧形或圆形裂隙，如珍珠的结构，所以被命名为珍珠岩。蛭石是一种天然、无毒的矿物质，在高温作用下会膨胀的矿物。它是一种比较少见的矿物，属于硅酸盐。

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。

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？

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。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。（五）结果分析与评价：探究·实践—菊花的组织培养进一步探究：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。高细胞分裂素/低生长素细胞分裂素与生长素比例适宜高生长素/低细胞分裂素产生愈伤组织诱导生芽诱导生根探究·实践—菊花的组织培养2.请结合菊花组织培养的实验步骤，思考回答下列问题：(1)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。探究—学习笔记P23(2)菊花组织培养过程中，诱导外植体脱分化形成愈伤组织的培养基，其成分中

(填“包含”或“不包含”)蔗糖等有机物，因为__________

。(3)在一定的

等条件的诱导下，已经分化的细胞可以经过脱分化转变成愈伤组织。植物激素中

和

是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键激素。(4)在植物组织培养的过程中，光照条件的控制：脱分化过程中一般____

，再分化过程中

。包含此时外植体不能进行光合作用制造有机物，需要依赖环境中的有机物才能生存激素和营养生长素细胞分裂素不需要光照需要给予适当时间和强度的光照探究—学习笔记P231.植物组织培养的条件：(1)离体；(2)无菌；(3)培养基(种类齐全、比例合适的营养物质及一定比例的植物激素)；(4)适宜的培养条件(温度、光照等)。2.生长素和细胞分裂素用量的比例对植物细胞发育方向的影响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核心归纳—学习笔记P23愈伤组织的细胞排列疏松且无规则，是一种高度液泡化的无定形状态的细胞。愈伤组织形成以后，如果在原来的培养基上继续培养，就会由于培养基中养分不足或产生有毒代谢物，导致愈伤组织生长停止，甚至老化变黑乃至死亡。如果要愈伤组织继续生长增殖，必须定期地将它们分成小块，接种到新鲜的培养基上，这样愈伤组织就可以长期保持旺盛的生长。愈伤组织的再分化主要有两种方式：一种是不定芽方式，就是在某些条件下，愈伤组织的细胞发生分化，形成不同的器官原基，再逐渐形成芽和根；另一种是胚状体方式，就是由愈伤组织诱导分化出的具有胚芽、胚根、胚轴的类似胚的结构。能够产生胚状体的愈伤组织常见于胡萝卜、芦笋、玉米和小麦等植物。拓展阅读—学习笔记P23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。胚状体途径器官发生途径外植体脱分化愈伤组织再分化生芽生根或胚状体生长发育试管苗（移栽到大田）拓展阅读—学习笔记P23(1)植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性(

)提示植物细胞一般具有全能性，但并不是具有全能性的细胞都能表达全能性，细胞全能性的表达需要一系列条件。(2)在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理(

)提示在植物组织培养时，对外植体要进行消毒处理。××判断正误—学习笔记P23(3)若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学上端插入诱导愈伤组织的培养基中(

)提示若用菊花茎切段作为外植体，应将其形态学下端插入诱导愈伤组织的培养基中。(4)诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样(

)提示生长素与细胞分裂素的比值高时，有利于根的分化、抑制芽的形成；比值低时，有利于芽的分化、抑制根的形成，因此诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基不完全相同。××判断正误—学习笔记P231.(2023·芜湖高二期中)下列关于菊花组织培养的叙述，正确的是A.用自然生长的茎进行组织培养需要用适宜浓度的乙醇和次氯酸钠的混

合液消毒B.培养瓶用专用封口膜封口可防止外界杂菌侵入并阻止瓶内外的气体交换C.再生植株需要去除根部残留的培养基进行锻炼后才能移种大田D.试管苗锻炼时采用蛭石作为栽培基质的原因是蛭石带菌量低且营养丰富√落实—学习笔记P242.如图是植物组织培养过程示意图，下列相关说法正确的是A.上述植物组织培养过程依据的生物学原理是植物细胞具有全能性B.需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染C.外植体若是月季的花药，则图中的①过程需要光照D.外植体若是菊花的根尖组织，因细胞中没有叶绿体，故培养成的新植

株叶片无色√落实—学习笔记P24

20世纪60年代，科学家尝试将番茄和马铃薯杂交，希望培育出一种地上结番茄、地下长马铃薯的超级作物。不能，因为不同种生物之间存在着生殖隔离。要培育出如图所示的番茄—马铃薯利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？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？植物体细胞杂交技术1.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。+=白菜甘蓝白菜-甘蓝细胞膜的流动性、植物细胞的全能性原理打破生殖隔离，实现远缘杂交育种意义植物体细胞杂交技术

参考动物细胞融合，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？植物体细胞杂交技术细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）①

去除细胞壁——所用酶：为什么用上述酶？原理：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思考：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？使溶液有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破植物体细胞杂交技术2.步骤：番茄细胞番茄原生质体马铃薯原生质体马铃薯细胞利用酶的专一性去壁去壁（酶解法）注意：区分原生质体和原生质层细胞壁细胞膜细胞质液泡细胞核指的是脱去细胞壁的细胞。包括：细胞膜、细胞质、细胞核。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。原生质层原生质层植物体细胞杂交技术马铃薯细胞番茄细胞正在融合的原生质体番茄原生质体马铃薯原生质体酶解法去壁人工诱融②诱导融合是杂交过程中的一个关键环节植物细胞融合原理：细胞膜的流动性植物体细胞杂交技术等渗溶液中进行物理法化学法电融合法离心法聚乙二醇（PEG）高Ca2+-高pH优点：使用方便，融合频率高缺点：有一定的毒性对某些细胞不适用（如卵细胞）融合方法优点：对细胞无毒害作用，操作简便，可重复性好植物体细胞杂交技术②诱导融合马铃薯细胞番茄细胞正在融合的原生质体番茄原生质体马铃薯原生质体酶解法去壁人工诱融植物细胞融合植物体细胞杂交技术等渗溶液中进行③再生细胞壁：a.融合完成的标志：融合的原生质体再生出细胞壁b.新细胞壁的形成与哪些细胞器有关：再生出细胞壁高尔基体、线粒体任务二：植物体细胞杂交技术1.A种原生质体与B种原生质体融合后，有

种类型(只考虑两两融合)，分别是

，其中我们需要的是

，所以原生质体融合后，我们要对融合后的原生质体进行

。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的染色体条数：

；染色体组数：

；基因型：

；属于可遗传变异类型中的

。3AA、BB、ABAB筛选2x＋2y4个AabbccDd染色体数目变异探究—学习笔记P24染色体数目变异基因重组植物体细胞杂交技术马铃薯细胞番茄细胞正在融合的原生质体番茄原生质体马铃薯原生质体酶解法去壁人工诱融植物细胞融合植物体细胞杂交技术等渗溶液中进行③再生细胞壁：再生出细胞壁番茄-番茄融合细胞马铃薯-马铃薯融合细胞番茄-马铃薯杂种细胞杂种细胞筛选马铃薯细胞番茄细胞正在融合的原生质体马铃薯原生质体番茄原生质体杂交完成的标志原理：植物细胞的全能性再分化杂种植株移栽移栽后的植株脱分化愈伤组织植物组织培养杂种细胞成功融合的标志再生出细胞壁植物细胞融合原理：细胞膜的流动性筛选人工诱融酶解法去壁植物体细胞杂交技术④植物组织培养：3.“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，地下结马铃薯，主要原因是_______________________________________

，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探究—学习笔记P24通过植物体细胞杂交技术得到的杂种植株，理论上是可育的，原因是：杂种植株含有两整套遗传物质，减数分裂时同源染色体能正常联会，形成正常配子。利用这项技术，科学家培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种植株。与普通白菜相比，“白菜—甘蓝”具有生长周期短、耐热性强、易贮藏等优点。由此可见，通过植物体细胞杂交可以逾越种间、属间的杂交屏障，这是培育新品种的一条有效途径。(还有萝卜和甘蓝、烟草和番茄、马铃薯和番茄、水稻和稻稗等)植物体细胞杂交技术3.意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。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。4.缺点：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。二植物体细胞杂交技术核心归纳1.植物体细胞杂交与植物组织培养的比较(1)原理①植物体细胞杂交的原理：a.细胞膜的流动性；b.植物细胞的全能性。②植物组织培养的原理：植物细胞的全能性。(2)过程：植物体细胞杂交包括原生质体融合和植物组织培养等过程。(3)繁殖方式：植物组织培养和植物体细胞杂交都属于无性繁殖；并且后者还能打破生殖隔离，实现远缘杂交育种。核心归纳核心归纳2.特别提醒(1)原生质体融合成功的标志是再生出细胞壁。(2)植物体细胞杂交的结果是获得杂种植株。(3)植物体细胞杂交的培养基中要添加蔗糖溶液且浓度略大于原生质体内的浓度，这样不仅能为原生质体提供营养，而且还能维持一定的渗透压，使原生质体保持正常的形态。核心归纳核心归纳—学习笔记P25(1)植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种细胞(

)提示植物体细胞杂交技术的目的是获得杂种植株。(2)植物体细胞杂交利用了植物组织培养技术(

)(3)植物原生质体融合的原理是植物细胞的全能性(

)提示植物原生质体融合的原理是细胞膜具有流动性。(4)利用物理法或化学法可以直接诱导两个植物细胞融合(

)提示两个植物细胞需要先用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体，再用物理法或化学法诱导原生质体融合。×√××判断正误—学习笔记P243.(2023·广东，12)人参皂苷是人参的主要活性成分。科研人员分别诱导人参根与胡萝卜根产生愈伤组织并进行细胞融合，以提高人参皂苷的产率。下列叙述错误的是A.细胞融合前应去除细胞壁B.高Ca2＋—高pH溶液可促进细胞融合C.融合的细胞即为杂交细胞D.杂交细胞可能具有生长快速的优势√落实—学习笔记P254.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，下列叙述错误的是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④和⑤分别是脱分化和再分化D.获得的植株d，因为在减数分裂时同源染色体能正常配对，所以理论上是可育的√网络构建1.植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，要经过脱分化和再分化两个阶段。2.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。3.植物体细胞杂交技术的理论基础是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。4.用纤维素酶和果胶酶去除植物的细胞壁，获得原生质体。人工诱导原生质体融合的物理法包括电融合法、离心法等；化学法包括聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2＋—高pH融合法等。融合的原生质体再生出细胞壁，是原生质体融合成功的标志。要语必背1.细胞全能性：_______________________________________