植物细胞工程的基本技术高二下学期生物人教版选择性必修3

人教版高中生物学选择性必修3《生物技术与工程》第2章第1节

植物细胞工程（第1课时）1.概述植物组织培养和植物体细胞杂交技术的原理和过程。2.举例说明植物细胞工程的应用有效提高了生产效率。3.尝试进行植物组织培养。教学目标

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。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情境导入

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？植物组织培养技术活动一：人工栽培的植物，无论绚丽多姿的花草，还是碧绿参天的大树，大多都是通过播种或扦插实现繁殖的。其实在一定条件下，利用它们的一片叶子、一片花瓣、一粒花粉，甚至一个细胞，同样可以繁殖出新的植株。这是为什么呢?理论基石——植物细胞的全能性1.概念：细胞经分裂和分化后，仍然具有产生完整个体或分化成其他各种细胞的潜能。3.全能性大小比较：（1）分化程度低的

分化程度高的（2）细胞分裂能力强的

细胞分裂能力弱（3）受精卵＿胚胎干细胞

生殖细胞＿体细胞;

植物细胞＿动物细胞＞＞＞＞＞＞思考：为什么细胞具有全能性？2.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。植物组织培养技术植物组织培养技术4.未表现出全能性的实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶5.为什么生物体内细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官？在特定的时间时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达植物组织培养技术活动二：同学们，我们收到5支濒危物种"美花兰"植株，我们需要拯救这个美丽的物种!请与我一同决策吧!评估维度方案A:传统扦插方案B:组织培养繁殖速度慢(1株几株/年)快(1株一成千上万/年)材料需求需大量枝条，伤及母株仅需微量组织，保护母株季节限制受季节影响大不受季节限制后代一致性较高极高(无性繁殖）脱毒效果无法脱毒茎尖培养可获得脱毒苗技术要求低高(需无菌操作)成本低较高资料1:科学家将胡萝卜韧皮部细胞从植株上:切下，置于液体培养基中震荡培养，细胞逐渐分裂形成愈伤组织。而留在植株上的相同细胞则继续保持分化状态，不再分裂。资料2:培养愈伤组织时，培养基中需添加蔗糖(提供能量和碳源)、无机盐、维生素等营养物质;同时需加入生长素和细胞分裂素，否则细胞停止分裂。资料3:培养过程中，若培养箱温度低于10℃或高于35℃，细胞生长停滞;若培养基被细菌污染，细菌大量繁殖，培养物很快死亡。问题1:对比“切下”与“留在植株上”的细胞，说明植物细胞表现全能性的首要条件?问题2:培养基中除了营养物质，还添加了什么关键物质?问题3:除了营养和激素，还需要控制哪些外界条件?适宜温度、无菌环境植物激素植物组织培养技术活动三：资料分析，补充工程师笔记植物组织培养技术植物组织培养:概念：是指将_______的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的________上，给予适宜的培养条件，诱导其形成_____________的技术。原理：生殖方式：分裂方式：完整植株培养基离体有丝分裂无性生殖细胞具有全能性外植体碳源、氮源、水、无机盐、激素、琼脂等，适宜温度、pH、光照活动四：植物组织培养之线上实验室，每个小组选择一个操作站，向全班“演示”并讲解该步骤的关键技术和注意事项。操作站1:取材与消毒任务1:从下列外植体中选择最适合的材料，并说明理由:茎尖、叶片、根、种子任务2:从下列将消毒步骤按正确顺序排列:次氯酸钠处理30min、酒精消毒30s、无菌水清洗2~3次答:茎尖，因为其分裂能力强、带病毒少酒精30S无菌水2-3次次氯酸钠溶液30min2-3次无菌水洗植物组织培养技术操作站2:灭菌任务1:观看接种操作图片，找出关键无菌操作要点。①在酒精灯火焰旁操作接种工具②使用前需灼烧灭菌并冷却③瓶口在打开和封闭前需过火灭菌任务2：为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作?防止杂菌污染，因为杂菌生长快，会和培养物争夺营养。杂菌生长过程中会产生有害的物质，导致培养物迅速死亡。植物组织培养技术消毒与无菌水冲洗外植体的分割：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。接种：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。（不要倒插）避光形成愈伤组织有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。超净工作台或接种箱切割与接种愈伤组织培养培养温度：18-220C操作站3:诱导愈伤植物组织培养技术任务:观察愈伤组织图片，用自己的话描述“愈伤组织”的特点。排列疏松、无定形状态高度液泡化、无规则脱分化:接种外植体让已分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能，转变成未分化细胞的过程。愈伤组织:一团无特定结构和功能，排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁组织团块。外植体愈伤组织脱分化植物组织培养技术操作站4:诱导分化再分化:脱分化产生的愈伤组织，在一定的培养条件下，再分化出芽、根等器官，进而形成完整的小植株。任务1:给定三组培养基激素配比数据，通过查阅资料，判断哪组促进生根、哪组促进生芽、哪组维持愈伤。组1:生长素:细胞分裂素=10:1组2:生长素:细胞分裂素=1:10组3:生长素:细胞分裂素=1:1

愈伤组织芽、根再分化组1生根组2促进生芽组3维持愈伤任务2:思考原理？先诱导生芽还是生根？植物组织培养技术任务2:思考原理？先诱导生芽还是生根？原理：生长素促进根的分化;细胞分裂素促进分化出不定芽诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活接种外植体先诱导生芽，芽可产生促进生根的生长素，并且生长素只能极性运输;先形成芽能让幼苗在后续阶段更快获得自养能力如果先诱导生根，根会大量消耗营养和激素，抑制芽的分化;植物组织培养技术任务:为什么移栽前要“炼苗”?炼苗过程中发生了什么变化?操作站4:炼苗移栽让试管苗逐步适应外界环境(包括湿度、温度、光照等)，从无菌环境到有菌环境移栽气孔功能恢复、叶片角质层加厚、根系功能强化、植株形态矮壮、从异养到自养、呼吸与蒸腾调整、抗逆物质积累、、建立有益菌群共生关系、抗病能力激活等菊花的组织培养菊花的组织培养1.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2.常用培养基（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）、天然附加物等。菊花的组织培养a.物理性质：____________

b.碳源：______________c.灭菌方法：_______________

固体培养基蔗糖高压蒸汽灭菌思考：MS培养基中为什么用蔗糖而不用葡萄糖？菊花的组织培养

分析：蔗糖同样可以作为植物细胞的碳源和能源物质。配制相同质量分数的培养基，蔗糖形成的渗透压要明显______葡萄糖，若采用葡萄糖作为碳源，易使植物细胞脱水而生长不良。同时，植物细胞吸收蔗糖的速率要明显______吸收葡萄糖的速率，所以蔗糖形成的渗透压可较长时间地保持相对稳定。此外，微生物生长所需的最适合的碳源是__________，因此，采用蔗糖作为培养基的碳源，可在一定程度上减少____________________。低于慢于葡萄糖微生物的污染思考：MS培养基中为什么用蔗糖而不用葡萄糖？外植体消毒外植体分割接种外植体培养外植体转移培养移栽试管苗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长的小段菊花的组织培养外植体消毒外植体分割接种外植体培养外植体转移培养移栽试管苗在___________

旁，将外植体的1/3～1/2插人诱导__________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。将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于

中培养,在培养过程中,定期观察和记录

的生长情况。酒精灯火焰愈伤组织18～22℃的培养箱愈伤组织黑暗有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。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）菊花的组织培养外植体消毒外植体分割接种外植体培养外植体转移培养移栽试管苗培养15～20d后，将生长良好的愈伤组织转接到

的培养基上。长出芽后，再将其转接到

的培养基上，进一步诱导形成试管苗。诱导生芽诱导生根2.每日需要给予适当时间和强度的光照，因为芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合成需要光照。1.注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根菊花的组织培养外植体消毒外植体分割接种外植体培养外植体转移培养移栽试管苗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