2.1植物细胞工程课件高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章第1节人教版选择性必修3植物细胞工程目录CONTENTS植物细胞工程的基本技术一/植物组织培养技术1/植物体细胞杂交技术2/第2章第1节人教版选择性必修3----植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术植物细胞工程的基本技术国画作品—兰兰花繁殖除了分株还有其他更好的方法吗？01植物组织培养技术播种或扦插播种或扦插一片花瓣一个细胞细胞具有全能性一粒花粉一植物组织培养技术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，即细胞具有全能性。细胞的全能性：潜能潜能分裂分裂分化细胞具有全能性的原因？一植物组织培养技术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，即细胞具有全能性。细胞的全能性：潜能潜能分裂分裂分化细胞具有全能性的原因？高度分化的细胞仍含有该物种的全部遗传信息，具有发育成完整个体所需要的全套基因。具有全能性的细胞是否都能表现出全能性？具有表现出全能性一植物组织培养技术潜能潜能分裂分裂分化具有表现出全能性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比如，芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达一植物组织培养技术潜能潜能分裂分裂分化具有表现出全能性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比如，芽原基的细胞只能发育为芽，叶原基的细胞只能发育为叶。在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达科学家是如何做到让其潜能表现出来的呢？植物组织培养——植物细胞工程中的基本技术植物组织培养（planttissueculture）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。一植物组织培养技术植物组织培养（planttissueculture）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离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体脱分化离体条件下已分化的细胞经过诱导，失去特有的结构和功能，重新获得分裂能力，称为脱分化。脱分化的细胞不断分裂增殖，产生无组织结构、松散的薄壁细胞团，称为愈伤组织。（A）胡萝卜（B）紫薯（C）辣椒（D）烟草（E）甘草（F）除虫菊一植物组织培养技术植物组织培养（planttissueculture）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。诱导生芽接种外植体诱导愈伤组织离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体脱分化再分化愈伤组织能重新分化成芽、根等器官，该过程称为再分化。一植物组织培养技术植物组织培养（planttissueculture）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。诱导生芽诱导生根移栽成活接种外植体诱导愈伤组织离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体脱分化再分化一植物组织培养技术生长素细胞分裂素比值适中比值低比值高促进愈伤组织的形成促进芽的分化，抑制根的形成促进根的分化，抑制芽的形成一植物组织培养技术植物组织培养（planttissueculture）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。诱导生芽诱导生根移栽成活接种外植体诱导愈伤组织离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体脱分化再分化生长素细胞分裂素适中生长素细胞分裂素低生长素细胞分裂素高该实验具体如何操作呢？一植物组织培养技术接下来我们通过“菊花的组织培养”实验来了解这一技术。阅读课本菊花的组织培养过程一植物组织培养技术菊花的组织培养（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）实验目的一植物组织培养技术菊花的组织培养（二）实验目的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、用量的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）材料用具一植物组织培养技术菊花的组织培养（二）实验目的（三）材料用具⑴培养基名称：

；⑵物理性质：

；⑶碳源：

。MS培养基：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)；作为碳源，提供能量，调节渗透压MS培养基由穆拉西格（Murashige）和斯柯格（Skoog）于1962年设计，是目前使用最广泛的植物培养基。一种适合某种培养目的的培养基，一般是在已被广泛使用的基本培养基如MS培养基的基础上调整某些成分，再经过一系列实验而确定的。在设计植物培养基时，最常改动的成分就是植物激素类物质的种类和比例。6-苄基腺嘌呤是一种有机化合物，分子式是C12H11N5。是第一代合成的细胞分裂素，通过刺激细胞分裂引起植物生长和发育，抑制呼吸激酶，从而延长绿色蔬菜的保鲜。MS培养基固体培养基蔗糖生长素类似物一植物组织培养技术菊花的组织培养（四）实验步骤1．用酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体（幼嫩的茎段）用酒精消毒30s，然后立即用无菌水清洗2〜3次；再用次氯酸钠溶液处理30min后，立即用无菌水清洗2〜3次。一植物组织培养技术菊花的组织培养（四）实验步骤2．将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，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。一植物组织培养技术菊花的组织培养（四）实验步骤3．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。一植物组织培养技术菊花的组织培养（四）实验步骤4．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。一植物组织培养技术菊花的组织培养（四）实验步骤5．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，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。一植物组织培养技术菊花的组织培养（四）实验步骤6．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。一植物组织培养技术菊花的组织培养（五）注意事项(1)接种时注意外植体的方向，不能倒插。(2)培养一株完整的试管苗，必须先进行生芽培养，再进行生根培养。如果顺序颠倒，先诱导生根，则不易诱导生芽。(3)菊花的组织培养中，愈伤组织的形成一般不需要光照，而在后续的培养过程中，需要给予适当时间和强度的光照。(4)试管苗一般在高湿、弱光、恒温等条件下培养生长，出瓶后一定要注意保温、保湿。(5)试管苗的光合作用能力弱，在移栽前应给予较强光照闭瓶炼苗，以促进幼苗向自养苗转化。一植物组织培养技术菊花的组织培养（六）结果与分析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。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。一植物组织培养技术拓展：植物组织培养的两种途径胚状体：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。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）课堂小结根、芽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：遮光光照芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要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1.下列关于菊花组织培养的叙述，错误的是()A．菊花的组织培养需要经过细胞的脱分化和再分化过程B．要控制好培养基中生长素和细胞分裂素的浓度及比例C．为避免环境中微生物的污染，要对外植体进行灭菌处理D．接种外植体到培养基时，需要注意形态学方向，不可倒插随堂检测C2.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随堂检测D植物组织培养植物组织培养植物组织培养植物组织培养02植物体细胞杂交技术二植物体细胞杂交技术（一）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。二植物体细胞杂交技术（一）概念：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A细胞B细胞（什么条件？）（融合前需进行什么操作？）二植物体细胞杂交技术（二）过程：A细胞B细胞去壁去壁A原生质体B原生质体原生质体是细胞壁以内各种结构的总称,也是组成细胞的一个形态结构单位，活细胞中各种代谢活动均在此进行。方法：纤维素酶果胶酶酶解法二植物体细胞杂交技术（二）过程：A细胞B细胞去壁去壁A原生质体B原生质体方法：纤维素酶果胶酶酶解法融合正在融合的原生质体方法：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融合法等杂种细胞AB体细胞融合成功后培养基中共有5种细胞类型(A、B、AA、BB、AB)，其中融合细胞类型有3种(AA、BB、AB)，而真正符合要求的是AB，因此要对融合细胞进行筛选。再生出细胞壁植物细胞融合完成的标志二植物体细胞杂交技术（二）过程：A细胞B细胞去壁去壁A原生质体B原生质体方法：纤维素酶果胶酶酶解法融合正在融合的原生质体方法：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融合法等杂种细胞AB再生出细胞壁植物细胞融合完成的标志脱分化愈伤组织再分化杂种植株植物体细胞杂交完成的标志移栽二植物体细胞杂交技术A细胞B细胞去壁去壁A原生质体B原生质体方法：纤维素酶果胶酶酶解法融合正在融合的原生质体方法：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融合法等杂种细胞AB再生出细胞壁植物细胞融合完成的标志脱分化愈伤组织再分化杂种植株植物体细胞杂交完成的标志移栽植物细胞融合植物组织培养（植物细胞的全能性）（细胞膜的流动性）（二）过程：二植物体细胞杂交技术利用这项技术，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)二植物体细胞杂交技术（三）意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。问：“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想象的那样，地上长番茄、地下结马铃薯的主要原因是？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。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。原生质层区分原生质体与原生质层高尔基体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？

从杂种植株的染色体组成上看属于何种变异？染色体数目变异二植物体细胞杂交技术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植物组织培养植物体细胞杂交技术原理过程意义联系细胞膜的流动性和植物细胞的全能性植物细胞的全能性离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织脱分化再分化根、芽或胚状体植物体生长发育植物组织培养与植物体细胞杂交技术的比较植物细胞A植物细胞B原生质体A去壁原生质体B去壁人工诱导融合的原生质体AB杂种细胞AB愈伤组织脱分化再生细胞壁杂种植株再分化保持优良性状,繁殖速度快、大规模生产提高经济效益植物体细胞杂交技术应用了植物组织培养技术克服不同种生物远缘杂交的障碍第2章第1节人教版选择性必修3----植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用植物细胞工程的应用目录CONTENTS植物细胞工程的应用一/植物繁殖的新途径1/作物新品种的培育2/细胞产物的工厂化生产3/01植物繁殖的新途径一植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径快速繁殖作物脱毒一植物繁殖的新途径植物繁殖的新途径作物脱毒快速繁殖1.快速繁殖也叫微型繁殖，是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术（1）概念（2）原理植物细胞的全能性（3）特点①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性。②高效、快速地实现种苗的大量繁殖。③可实现工厂化生产一植物繁殖的新途径作物脱毒快速繁殖1.快速繁殖也叫微型繁殖，是用于快速繁殖优良品种的植物组织培养技术（1）概念（2）原理植物细胞的全能性（3）特点①无性繁殖，保持优良品种的遗传特性。②高效、快速地实现种苗的大量繁殖。③可实现工厂化生产（4）过程外植体脱分化愈伤组织再分化芽、根试管苗植株移栽（5）举例甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模一植物繁殖的新途径作物脱毒快速繁殖（5）举例甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模一植物繁殖的新途径作物脱毒快速繁殖（5）举例甘蔗、桉树和铁皮石斛等试管苗的生产，已形成一定规模【思考】植物组织培养可以进行快速繁殖的原因是什么？愈伤组织细胞分裂旺盛、快速，对愈伤组织进行分割、移瓶、诱导再分化就可以形成大量的新植株。植物组织培养在实验室进行，一般不受季节、气候等条件的限制。一植物繁殖的新途径作物脱毒2.作物脱毒无性繁殖的方式进行繁殖的作物，感染的病毒很容易传给后代，并在作物体内逐年积累，会导致作物产量降低、品质变差。（1）培育脱毒苗的原因：（2）选材部位：快速繁殖植物

。顶端分生区附近（如茎尖）选材原因：

的病毒极少，甚至

。分生区附近无病毒（3）方法：植物分生区病毒极少，切取茎尖进行组织培养获得脱毒苗。（即：茎尖组织培养技术）（4）优点：脱毒作物的产量和品质明显优于没有脱毒的作物与微型繁殖相比较，二者无本质区别，只是取材部位不同。一植物繁殖的新途径作物脱毒2.作物脱毒目前采用茎尖组织培养技术脱去病毒，已在马铃薯、草莓、大蒜、甘蔗、菠萝和香蕉等许多作物上获得成功。人们用组织培养技术培育出的脱毒马铃薯，要比未脱毒的马铃薯增产50%以上。（5）成果：快速繁殖02作物新品种的培育作物新品种的培育单倍体育种突变体的利用二作物新品种的培育二作物新品种的培育（1）过程（2）原理：（其中花药离体培养利用了植物细胞的全能性）染色体数目变异花药离体培养诱导染色体加倍二倍体植株单倍体植株二倍体植株（纯合子）（秋水仙素处理）单倍体育种包括哪些主要步骤？1.单倍体育种单倍体育种突变体的利用杂交育种第1年第2年第3~8年矮秆抗病P高杆抗病

DDTT×矮杆感病ddttF1高杆抗病DdTtF2D__T__D__ttddT__ddtt从F2中选择矮秆抗病品种，并连续多年自交、筛选，直至不发生性状分离为止。符合要求的矮抗品种ddTT现有高杆（D）抗病（T）、矮杆（d）易染病（t）两纯系品种。要求用单倍体育种的方法培育出具有优良性状的新品种。杂交育种第1年第2年第3~8年矮秆抗病P高杆抗病

DDTT×矮杆感病ddttF1高杆抗病DdTtF2D__T__D__ttddT__ddtt从F2中选择矮秆抗病品种，并连续多年自交、筛选，直至不发生性状分离为止。符合要求的矮抗品种ddTT现有高杆（D）抗病（T）、矮杆（d）易染病（t）两纯系品种。要求用单倍体育种的方法培育出具有优良性状的新品种。（高杆，抗病）（抗倒伏抗病）花药（粉）：单倍体幼苗：DTDtdTdt正常植株：DDTTDDttddTTddtt新品种：ddTT方法：花药离体培养秋水仙素处理DDTT（♀）×ddtt（♂）筛选DdTt（高杆，抗病）（矮杆，感病）DdTt植株DTDtdTdt单倍体育种二作物新品种的培育（3）优点：①极大地缩短了育种的年限。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。（4）实例：单育1号烟草；水稻、玉米、油菜、甘蓝和甜椒等作物。我国培育的单育1号烟草是世界上第一个单倍体作物新品种②后代大都是纯合子，能稳定遗传。1.单倍体育种由于大多数单倍体植株的细胞中只含有一套染色体，染色体加倍后得到的植株的隐性性状容易显现单倍体育种突变体的利用单倍体育种突变体的利用二作物新品种的培育2.突变体的利用（1）产生原因：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（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。（2）过程：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愈伤组织细胞不断分裂，细胞要进行DNA分子复制，因此更易发生突变。诱变处理的对象？为什么？产生的变异一定符合需要吗？不一定，因为突变是不定向的。二作物新品种的培育（5）实例：（3）原理：突变(基因突变和染色体变异）和植物细胞的全能性。已筛选出抗病、抗盐、高产以及蛋白质含量高的突变体，如抗花叶病毒的甘蔗、抗盐碱的烟草。（4）优点：提高变异的频率，加速育种进程；大幅度地改良某些性状。2.突变体的利用单倍体育种突变体的利用03细胞产物的工厂化生产三细胞产物的工厂化生产初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。1.植物的代谢及代谢产物初生代谢次生代谢产物产物初生代谢物次生代谢物初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等），在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。三细胞产物的工厂化生产初生代谢是生物生长和生存所必需的代谢活动，因此在整个生命过程中它一直进行着。次生代谢不是生物生长所必需的，一般在特定的组织或器官中，并在一定的环境和时间条件下才进行。1.植物的代谢及代谢产物初生代谢次生代谢产物产物初生代谢物次生代谢物初生代谢物有糖类、脂质、蛋白质和核酸等一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等），在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。例如，紫杉醇是红豆杉属植物中的一种次生代谢产物，它是迄今为止发现的最好的天然抗癌药物之一。红豆杉属植物树皮中紫杉醇的含量极低，而且树种生长缓慢。通过剥树皮来提取紫杉醇，会导致红豆杉大量死亡。所以，紫杉醇的产量受到很大限制。可提取紫杉醇的红豆杉被剥去树皮后无法存活的国家一级珍稀濒危保护植物红豆杉三细胞产物的工厂化生产蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱(紫草素、人参皂苷、紫杉醇)等。（1）细胞产物种类2.细胞产物工厂化生产利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就是细胞产物的工厂化生产。植物细胞培养是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。三细胞产物的工厂化生产植物组织培养技术、植物细胞培养（3）生产过程（2）技术蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱(紫草素、人参皂苷、紫杉醇)等。（1）细胞产物种类2.细胞产物工厂化生产三细胞产物的工厂化生产外植体脱分化愈伤组织细胞产物培养、提取注意：①一般组织培养到愈伤组织即可。因为此时细胞分裂能力旺盛，代谢快，有利于产物生成。②液体培养基（培养液）有利于培养的细胞与营养物质充分接触。

工厂化生产人参皂苷干粉的基本流程：人参根

愈伤组织

增长速度快而且细胞内人参皂苷干粉含量高的细胞

细胞增殖

提取人参皂苷干粉脱分化培养选择破碎细胞放入