25-26学年生物(人教版)选择性必修第三册课件：2.1.1 植物细胞工程的基本技术

人教版（2019）选择性必修三植物细胞工程的基本技术第2章细胞工程1.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细胞工程的概述和发展历程原理操作水平目的动物细胞工程植物细胞工程植物组织培养植物体细胞杂交植物细胞工程发展历程1902年，哈伯兰特，提出细胞全能性的理论1958年，斯图尔德，发现胡萝卜的体细胞可分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持1960年，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1964年，古哈，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1971年，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1974年，土壤农杆菌的Ti质粒发现。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动物细胞工程发展历程1975年，米尔斯坦和科勒，创立单克隆抗体技术1890年，希普，世界上首例胚胎移植成功1907年，哈里森，首创了动物组织体外培养法1951年，张明觉，发现哺乳动物精子获能现象1958年，格登，体细胞核移植成功1959年，试管家兔诞生1978年，胚胎分割移植工程1981年，埃文斯，分离和培养小鼠胚胎干细胞1996年，克隆羊诞生2006年，山中伸弥，获得诱导多能干细胞2014年，单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴1.了解细胞工程的含义2.简述植物组织培养和植物体细胞杂交的原理和过程3.“结合菊花的组织培养”的实验操作，尝试设计植物组织培养技术的流程简图4.探究植物生长素和细胞分裂素使用比例对植物组织培养的影响学习目标

从社会中来“其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨夫开也，凝情瀼露，万态千妍，薰风自来，四坐芬郁，岂非真兰室乎！岂非有国香乎！”这是我国历史上第一部兰谱—《金漳兰谱》的跋文中对兰花的一段描述。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？目录01植物组织培养技术02植物体细胞杂交技术植物组织培养技术1.植物组织培养将离体的植物器官、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2.理论基础植物细胞具有全能性（1）什么是细胞的全能性？（2）细胞具有全能性的原因是什么？（3）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？植物组织培养技术【知识回顾】——细胞的全能性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具有全能性的原因胡萝卜韧皮部细胞发育成完整植株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。植物组织培养技术细胞全能性大小的比较体细胞全能性与细胞的分化程度体细胞全能性与细胞分裂能力不同类型不同生物分化程度低的

>分化程度高的分裂能力强的>分裂能力弱的受精卵>生殖细胞>体细胞受精卵>干细胞>体细胞植物细胞>动物细胞植物组织培养技术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、光照、无菌等外界条件不体现全能性的实例芽原基的细胞只能发育为芽、叶原基的细胞只能发育为叶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3.植物组织培养的基本流程外植体：离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活植物组织培养技术接种外植体移栽成活诱导愈伤组织脱分化诱导生芽再分化诱导生根再分化外植体愈伤组织芽、根试管苗完整植株脱分化再分化移栽植物组织培养技术【探究·实践】菊花的组织培养实验原理：植物细胞一般具有全能性相关概念脱分化再分化愈伤组织让已经分化的细胞，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的过程排列疏松且无规则，是一种高度液泡化的，呈无定形状的薄壁细胞愈伤组织在培养过程中重新分化根或芽等器官的过程植物组织培养技术【方法步骤】1.消毒（1）用酒精擦拭双手和超净工作台台面（2）外植体（幼嫩的茎段）流水

冲洗

→酒精消毒30s

→无菌水清洗2～3次

→次氯酸钠溶液处理30min

→无菌水清洗2～3次植物组织培养技术2.取材将消过毒的外植体置于无菌培养皿中→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3.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。用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记植物组织培养技术3.接种注意：接种时注意外植体的方向，不要倒插（形态学上端朝上，下端朝下）【注意】实验使用的培养基和所有机械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的机械都要灭菌。植物组织培养技术4.诱导愈伤组织（脱分化）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。注意：该过程一般不需要光照有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。植物组织培养技术5.诱导生芽生根（再分化）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取决于植物激素的浓度和比例主要是生长素与细胞分裂素【注意】注意顺序，先诱导生芽，再诱导生根；该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！植物组织培养技术高细胞分裂素/低生长素产生不定芽细胞分裂素与生长素比例适宜产生愈伤组织高生长素/低细胞分裂素产生不定根植物组织培养技术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。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水、施肥，直至开花。注意：不伤及根部植物组织培养技术脱分化外植体黑暗愈伤组织再分化试管苗植株光照移栽成活离体无菌适宜培养基适宜的外界条件（温度、光照、pH、气体等）水琼脂碳源无机盐植物激素蔗糖：作为碳源，提供能量、调节渗透压植物激素：主要是生长素和细胞分裂素氮源植物体细胞杂交技术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”。但是，两种生物之间存在着天然的生殖隔离，用传统的有性杂交的方法很难得到杂种后代。经过长期实验，科学家采用体细胞杂交的方法得到了“番茄—马铃薯”杂种植株，但这种植株并没有在地上结番茄、地下长马铃薯。【思考】科学家是怎样得到杂种植株的呢？植物体细胞杂交技术1.植物体细胞杂交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.过程植物细胞融合+植物组织培养【思考】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3.植物细胞融合（1）去除细胞壁去壁原因：细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）方法：酶解法（纤维素酶和果胶酶）酶解法原理：植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成；酶具有专一性原生质体植物体细胞杂交技术（2）原生质体间的融合原理：细胞膜具有一定的流动性方法物理法：电融合法、离心法等化学法：聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+-高pH融合法等【注意】去除细胞壁和诱导原生质体融合时，不能在低渗溶液中进行。将细胞放在等渗或略大于的溶液中，防止原生质体吸水而涨破，保持原生质体正常植物体细胞杂交技术4.植物组织培养植物体细胞杂交完成的标志再分化杂种植株移栽移栽后的植株脱分化愈伤组织杂种细胞原生质体融合成功的标志再生出细胞壁植物体细胞杂交技术马铃薯细胞植物体细胞杂交完成的标志原理：植物细胞的全能性马铃薯原生质体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番茄细胞番茄原生质体杂种细胞原生质体融合成功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正在融合的原生质体人工诱融酶解法去壁植物体细胞杂交技术在此基础上，科学家们利用植物体细胞杂交技术，又相继培育出了白菜—甘蓝、普通小麦—长穗偃麦草等杂种。我国科学家还在木本植物的体细胞杂交方面培育出了多种柑橘属不同种间的杂种植株。白菜甘蓝白菜—甘蓝植物体细胞杂交技术植物组织培养和植物体细胞杂交的异同点植物组织培养植物体细胞杂交技术生殖方式原理步骤意义联系无性繁殖无性繁殖细胞全能性细胞膜具有一定的流动性、植物细胞的全能性①脱分化②再分化①去除细胞壁②融合形成杂种细胞③组织培养（脱分化、再分化）保持优良性状，繁殖速度快打破生殖隔离，实现远缘杂交育种植物体细胞杂交技术包括植物细胞融合和植物组织培养两个过程，植物组织培养是植物体细胞杂交的一个环节，融合的体细胞只有通过植物组织培养才能发育成完整的个体。课堂小结随堂练习1.以某种植物的绿色叶片和白色花瓣为材料，利用植物组织培养技术繁殖该植物。下列叙述错误的是()A.植物组织培养时所用的外植体必须经过表面消毒处理后才能接种B.以绿色叶片和白色花瓣作为外植体，进行组织培养均能获得试管苗C.外植体脱分化培养成愈伤组织的过程，需要植物生长调节剂的处理D.若用某一植物细胞进行组织培养，则该细胞必须有完整的细胞核和叶绿体解析：植物组织培养技术中，为了避免杂菌污染，外植体要经过表面消毒处理后，才能进行接种，A正确；某种植物的绿色叶片和白色花瓣均具有个体发育所需的全套遗传物质，因此以绿色叶片和白色花瓣作为外植体，进行组织培养均能获得试管苗，B正确；外植体脱分化培养成愈伤组织的过程，需要植物生长调节剂(生长素和细胞分裂素类似物)的处理，C正确；若用某一植物细胞进行组织培养，则该细胞必须有完整的细胞核，但是不一定需要有叶绿体，D错误。D随堂练习2.科学家以二倍体番茄和四倍体马铃薯为材料，采用植物体细胞杂交技术，成功培育出了“番茄-马铃薯”杂种植株，下图中①~⑤表示过程，字母表示细胞、组织或植株。下列相关叙述正确的是()A.过程①需将体细胞用含解离液的等渗或略微高渗的溶液处理B.愈伤组织形成试管苗需要经过脱分化和再分化两个过程C.过程④⑤均会发生基因的选择性表达D.有丝分裂中期，杂种植株的体细胞中有12个染色体组解析：A、过程①为利用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁获取原生质体的过程，该过程需要在等渗溶液中进行，以维持原生质体的形态和功能，A错误；B、经过脱分化形成愈伤组织，再经过再分化形成试管苗，B错误；C、过程④是脱分化，过程⑤是再分化，该过程中均会发生基因的选择性表达，C正确；D、番茄为二倍体，马铃薯为四倍体，将二者进行植物体细胞杂交得到的杂种植株为六倍体，处于有丝分裂中期，杂种植株的体细胞中有6个染色体组，D错误。C随堂练习3.科学家以矮牵牛(可育)和粉蓝烟草(可育)为实验材料，运用植物体细胞杂交技术成功获得了矮牵牛—粉蓝烟草植株。下列有关叙述错误的是()A.