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3-1

一

植物细胞工程第2章

细胞工程二

动物细胞工程三

胚胎工程

“其芽茸茸，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫花开，凝晴露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！”这是我国历史上第一部兰谱中对兰花的一段描述。从古至今，我国很多人喜欢养兰花。但是兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；传统分株繁殖的方式，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。世上最贵的兰花鬼兰（幽灵兰）市场价格高达1500万每株。

如此，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？从社会中来利用植物组织培养技术可以大量、快速地培育兰花。莲瓣兰2.体现全能性的标志：种子发育成植株，体现了植物种子的全能性。（

）胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株。（

）受精卵发育成个体。（

）胚胎干细胞分化成其他种类的细胞。（)×√√√一、植物细胞的全能性1.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。细胞→完整个体或其他各种细胞生长发育过程中细胞没有体现全能性的原因：生物体内所有细胞都能表现出全能性吗？芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶体现了全能性吗？基因在特定时间、空间条件下选择性表达。4.植物细胞具有全能性的原因：一般来说，生物体的每一个细胞都含有该物种所持有的全套遗传信息。5.细胞全能性大小的比较：一般来说，细胞分化程度越高，全能性

；随着细胞分化程度的不断提高，细胞的分裂能力和全能性

。越低逐渐降低(1)不同种生物细胞:(2)同种生物不同细胞：植物细胞

动物细胞受精卵

生殖细胞

体细胞＞（动物细胞具有全能性，但目前只有细胞核能体现全能性）＞一、植物细胞的全能性(3)同种生物不同体细胞的全能性大小：幼嫩的细胞

衰老的细胞＞＞

不是每个活细胞都有全能性，例如哺乳动物成熟的红细胞。潜能表现出全能性怎么才能表现出来呢？资料：1958年Steward利用胡萝卜韧皮部诱导分化产生了胚状体，这是人类第一次获得了人工胚状体，并获得个体植株。①离体②一定的营养物质、植物激素③适宜的温度、pH等外界条件④无菌环境二、植物组织培养技术

植物组织培养技术是指将离体植物器官、组织或细胞等，培养在人工配置的培养基上，给予适当的培养条件，诱导其形成完整个体的技术。阅读教材P35页，回答下列问题。1.组织培养技术的原理什么？基本培养过程有哪些？2.什么是外植体？3.什么是脱分化？愈伤组织有什么特点？4.什么是再分化？二、植物组织培养技术移栽成活1.概念：

植物组织培养技术是指将

植物器官、组织或细胞等，培养在

上，给予

，诱导其形成

的技术。离体的人工配制的培养基适当的培养条件完整植株2.理论基础（原理）：植物细胞的全能性3.过程：移栽成活二、植物组织培养技术脱分化再分化植物组织培养的流程接种外植体离体培养的植物器官、组织或细胞。脱分化诱导愈伤组织细胞排列疏松且无规则、高度液泡化、无叶绿体、不定形的薄壁组织团块。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。诱导生芽再分化愈伤组织能重新分化成芽、根等器官。诱导生根移栽成活该实验具体如何操作呢？二、植物组织培养技术愈伤组织既有细胞增殖，又有细胞分化。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和再分化，形成胚状体，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。三、探究·实践

菊花的组织培养2.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。植物组织培养瓶（1）培养基名称：

；（2）物理性质：

；（3）碳源：

。拓展1：植物组织培养常用的培养基配方

P116MS培养基

固体培养基有机碳源（蔗糖）三、探究·实践

菊花的组织培养作为碳源，提供能量。①无机营养成分(水和无机盐)②有机营养成分(蔗糖、氨基酸、维生素等)③特定浓度和比例的激素(主要是生长素和细胞分裂素)

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。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三、探究·实践

菊花的组织培养三、探究·实践

菊花的组织培养3.方法步骤消毒：切割：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。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次无菌水洗消毒与无菌水冲洗切割与接种0.5〜1cm①制备外植体三、探究·实践

菊花的组织培养3.方法步骤双手、超净工作台台面:用酒精擦拭

为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？杂菌和植物细胞之间可能有哪些关系?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。种间竞争、寄生。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。不能倒插，

(形态学上端朝上,应使形态学下端接触培养基）三、探究·实践

菊花的组织培养3.方法步骤②接种外植体接

种③培养愈伤组织培养将接种了外植体的锥形瓶置于18～22℃的培养箱中无光培养有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。见光后愈伤组织形成维管组织。脱分化三、探究·实践

菊花的组织培养3.方法步骤④诱导生芽和生根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）。再分化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。三、探究·实践

菊花的组织培养3.方法步骤⑤试管苗移栽生殖方式：无性生殖分裂方式：有丝分裂胚状体：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）三、探究·实践

菊花的组织培养1.下图表示植物组织培养的一般过程。下列相关说法错误的是(

)A.过程a指的是脱分化，过程c指的是再分化B.此技术依据的原理是植物细胞的全能性C.b→d的过程不需要光照D.生长素含量高时，有利于根的形成C离体的植物器官、组织或细胞abcd完整的植物体2.(2022·北京延庆高二期中)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D3、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C4.如图为植物组织培养过程，下列有关说法正确的是()A.实验中②试管中细胞的全能性最高B.④试管中培育出的个体都是纯合子C.①→②过程需要光照D.①→④过程培养基保持不变A5.（2019.全国Ⅲ38）培养胡萝卜根组织可获得试管苗，获得试管苗的过程如图所示。回答下列问题。（1）利用胡萝卜根段进行组织培养可以形成试管苗。用分化的植物细胞可以培养成完整的植株，这是因为植物细胞具有__________。（2）步骤③切取的组织块中要带有形成层，原因是________________________。（3）从步骤⑤到步骤⑥需要更换新的培养基，其原因是________________________

。在新的培养基上愈伤组织通过细胞的__________过程，最终可形成试管苗。（4）步骤⑥要进行照光培养，其作用是________________________。（5）经组织培养得到的植株，一般可保持原品种的________________________，这种繁殖方式属于____________繁殖。全能性形成层容易诱导形成愈伤组织

再分化有利于诱导叶绿素形成和植物光合作用遗传特性

无性

①随培养时间的增加培养基中营养物质减少、有害代谢产物的积累会抑制愈伤组织的分裂、分化。②形成愈伤组织后，需要调整培养基中生长素与细胞分裂素用量的比例，以影响植物细胞的发育方向6.如图表示菊花茎段细胞通过无菌操作接种到试管培养基上后，在一定的条件下，形成试管苗的培育过程，请据图回答下列问题：(1)要促进细胞分裂生长，培养基中应有营养物质和激素。营养物质包括________和小分子有机物，激素包括细胞分裂素和________两类植物激素。(2)此过程依据的原理是__________________。A和B阶段主要进行的分裂方式是_________，B阶段除了细胞分裂外，还进行细胞_____等。(3)此过程要无菌操作，主要是指对________进行灭菌处理。B阶段需要光照，原因是_______________________________________________。(4)试管苗的根细胞没有叶绿素，而叶的叶肉细胞具有叶绿素，这是基因___________的结果。无机物生长素植物细胞的全能性有丝分裂分化培养基芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照条件选择性表达1.通过有性杂交能实现吗？为什么？西红柿土豆×【思考.讨论】不能，不同种物种间存在生殖隔离。植物体细胞杂交技术2.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？四、植物细胞杂交技术（一）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。

融合实例+=白菜甘蓝白菜-甘蓝合作探究一：请同学们自主阅读教材P36-38，小组合作思考讨论完成问题。

1.你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？2.用什么方法可以温和地去除细胞壁而不伤害原生质体？3.人工诱导原生质体间的融合方法有哪些？与细胞膜的什么特性有关？4.细胞融合后，共有几种细胞类型？符合要求的是哪种？5.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？四、植物细胞杂交技术（二）过程：（1）去除细胞壁B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞四、植物细胞杂交技术方法：原理：目的：酶解法（用纤维素酶和果胶酶）利用酶的专一性去除细胞壁，获得原生质体。细胞壁（纤维素和果胶）脱去细胞壁的细胞1.两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？2.用什么方法可以温和地去除细胞壁而不伤害原生质体？酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，维持渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破。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。原生质层原生质层四、植物细胞杂交技术B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合方法：原理：细胞膜具有流动性（二）过程：四、植物细胞杂交技术（2）诱导融合物理方法：

①电融合法

②离心法等化学方法：

①聚乙二醇(PEG)融合法

②高Ca2+—高pH融合法是杂交过程中的一个关键环节（3）再生细胞壁：B细胞A原生质体B原生质体去壁去壁A细胞正在融合的原生质体融合再生出细胞壁杂种细胞（二）过程：四、植物细胞杂交技术②新细胞壁的形成与哪些细胞器有关：高尔基体、线粒体①融合完成的标志：______________________________融合的原生质体再生出细胞壁四、植物细胞杂交技术思考：

若只考虑原生质体的两两融合，A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型？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？番茄细胞原生质体马铃薯细胞原生质体PEG未融合的细胞杂种细胞自身融合的细胞等量混合因此要对融合后的原生质体进行筛选。植物组织培养脱分化再分化（二）过程：融合成功标志原生质体融合植物体细胞杂交（完成标志：形成杂种植株）四、植物细胞杂交技术杂种植株杂种植株的染色体数杂种植株的染色体组数杂种植株的基因组成生殖类型变异类型无性繁殖，不遵循孟德尔定律染色体数目变异两亲本染色体数之和。2n+2m两亲本染色体组数之和。2+2两亲本基因型之和。AaBbCcDd四、植物细胞杂交技术思考：A植物的染色体数目为2n，基因型为AaBb。B植物的染色体数目为2m，基因型为CcDd。根据植物体细胞杂交技术的相关原理，小组合作思考讨论完成表格。

异源四倍体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。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。打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种。四、植物细胞杂交技术（三）意义：+=白菜甘蓝白菜-甘蓝思考：为什么“番茄—马铃薯”超级杂种植株没有如科学家所想像的那样，地上长番茄、地下结马铃薯？

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，所以马铃薯—番茄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受到相互干扰，不能再像马铃薯或番茄植株中的遗传物质一样有序表达，杂交植株不能地上长番茄、地下结马铃薯就是很自然的了。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。四、植物细胞杂交技术（四）缺点植物细胞工程的基本技术1、植物组织培养技术2、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四、植物细胞杂交技术(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。()(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。()(4)植物体细胞杂交就是利用一定的方法将去除细胞壁的不同来源的植物细胞融合为杂种细胞的过程。()(5)若原生质体均为两两融合，则融合后的细胞有3种类型。()×√××√1.(2022·北京西城高二期末)如图表示矮牵牛的植物组织培养过程，下列相关叙述正确的是()A.矮牵牛是自养生物，培养基中无需添加有机碳源B.①、②、③过程均可发生基因突变和基因重组C.植物细胞的全能性是植物组织培养的理论基础D.用花粉和叶片做外植体获得的植株基因型相同C2.