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

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、个体或其产品植物细胞工程和动物细胞工程第1章细胞工程第1节植物细胞工程（一）植物细胞工程的基本技术课堂导入从古至今，我国人民都把兰花看作高洁、典雅的象征，很多人喜欢兰花。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？播种扦插①兰花种子通常发育不全，在自然条件下萌发率极低；②传统分株繁殖的方法又存在繁殖周期长、繁殖率低等问题。植物组织培养技术其实在一定条件下，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？一、细胞的全能性1.概念细胞经

后，仍然具有产生

或分化成其他

的潜能，即细胞具有全能性。分裂和分化完整生物体各种细胞没有分化的细胞也具有全能性，如

、动物和人体的

细胞、植物体的

细胞。受精卵早期胚胎分生组织根尖早期胚胎细胞受精卵2.体现全能性的标志细胞→完整个体或其他各种细胞一、细胞的全能性3.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。4.全能性大小比较①不同类型细胞的全能性：②不同生物细胞的全能性：受精卵＞生殖细胞（精子、卵细胞）＞体细胞植物细胞＞动物细胞分化程度越低，分裂能力越强的细胞，全能性越高Q是不是所有的活细胞都具有全能性？除无遗传物质的细胞外，都具有全能性。

不是eg.哺乳动物成熟的红细胞一、细胞的全能性Q细胞具有的全能性一定能表现出来吗？不一定eg.动物的体细胞（动物细胞具有全能性，但目前只有细胞核能体现全能性）生长点叶原基芽轴芽原基枝芽结构示意图叶原基的细胞只能发育为叶芽原基的细胞只能发育为芽eg.叶原基的细胞只能发育为叶，

芽原基的细胞只能发育为芽5.细胞没有体现全能性的原因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Q种子发育成植株体现了全能性吗？没有一、细胞的全能性原因：起点不是“单个细胞”，而是已经高度分化的多细胞结构（胚）。潜能怎么才能表现出来呢？植物组织培养技术二、植物组织培养技术1.概念是指将

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

的技术。离体完整植株①原理：②成功的关键：③外植体：④生殖方式：⑤分裂方式：无菌操作植物细胞的全能性无性生殖离体的植物器官、组织或细胞有丝分裂脱分化排列疏松、无规则，高度液泡化、不定形的薄壁组织团块。离体条件下，让已分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能，从而转变为未分化的细胞再分化愈伤组织能重新分化成芽、根等器官二、植物组织培养技术2.流程接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活二、植物组织培养技术3.决定植物脱分化、再分化的关键因素Q如何诱导离体的植物器官、组织或细胞等脱分化和再分化？外植体愈伤组织(胚状体)根完整植株脱分化再分化芽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细胞分裂素二、植物组织培养技术4.脱分化与再分化的比较脱分化再分化过程分裂、分化结果需要条件有分裂，无分化有分裂，有分化形成愈伤组织形成幼苗a.离体、适宜的营养b.生长素与细胞分裂素的比例适中c.一般不需光(有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织)a.离体、适宜的营养b.生长素与细胞分裂素的比例高或低诱导生根或生芽c.光照(诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用)外植体→愈伤组织愈伤组织→幼苗二、植物组织培养技术5.植物组织培养常用的培养基配方①作为碳源②提供能量③植物可少量吸收，调节渗透压原因：a.渗透压更安全（主）b.减少微生物污染培养基名称：

；物理性质：

；碳源：

。MS培养基

固体培养基有机碳源（蔗糖）脱分化过程中不能进行光合作用合成糖类课堂小测1、图示一种植物组织培养周期，①~③表示相应过程。下列相关叙述错误的是（）A.过程①发生了细胞的脱分化和有丝分裂B.过程②经细胞的再分化形成不同种类的细胞C.过程②③所用培养基的成分、浓度相同D.培养基中糖类既能作为碳源，又与维持渗透压有关C三、植物组织培养技术——菊花的组织培养1.实验原理植物细胞的全能性2.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：清洗外植体三、植物组织培养技术——菊花的组织培养3.方法步骤(1)消毒①双手和超净工作台台面：②外植体：用酒精擦拭酒精30S无菌水洗2-3次次氯酸钠溶液30min无菌水洗2-3次(2)外植体切段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。三、植物组织培养技术——菊花的组织培养3.方法步骤(3)接种外植体在超净工作台酒精灯火焰旁，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，并在培养瓶上作好标记。注：接种时注意外植体的方向，不要倒插（将“形态学下端”插入培养基）(有光时，往往容易形成微管组织，而不易形成愈伤组织)三、植物组织培养技术——菊花的组织培养3.方法步骤(4)诱导愈伤组织（脱分化）培养基：①生长素：细胞分裂素≈

1:1培养条件：①一般不需要光照18-22℃(有利于促进愈伤组织的形成)②提供有机碳源（蔗糖）(提供碳源、能量和调节渗透压)②培养温度：三、植物组织培养技术——菊花的组织培养3.方法步骤(5)诱导生芽、生根（再分化）诱导生芽诱导生根①培养15〜20d后②接种到诱导生芽培养基③接种到诱导生根培养基

Q再分化需要避光吗？为什么？不需要避光，该过程每日需要给予适当时间和强度的光照（诱导叶绿素的合成，使试管苗能够进行光合作用）④进一步诱导形成试管苗

三、植物组织培养技术——菊花的组织培养3.方法步骤(6)移栽培养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、植物组织培养技术——菊花的组织培养4.实验结果分析与评价被污染的外植体脱分化过程中受污染的培养基再分化过程中受污染的培养基①培养基、接种工具灭菌不彻底；②外植体消毒不彻底；③操作过程不符合无菌操作要求等。Q试分析导致外植体被污染的原因课堂小测2、如图所示菊花组织培养的过程，下列叙述错误的是（）A.①过程需要用酒精和次氯酸钠溶液对茎段进行消毒B.通过③过程叶肉细胞失去了其特有的结构和功能C.④过程需要先诱导生根，长出根后再诱导生芽D.⑤过程移栽前需要先打开培养瓶的瓶盖让试管苗适应外界环境C特殊的植物组织培养——花药离体培养花药愈伤组织试管苗新品种再分化脱分化秋水仙素诱导生殖方式为特殊的

生殖，培养过程中

分裂有性有丝单倍体：植株矮小、高度不育Q经秋水仙素加倍之后，获得的植株一般为

，一定吗？

。纯合子不一定如：花药是Aa，染色体加倍后得到的是AAaa（杂合子）课堂小测3、花药离体培养是重要的育种手段。如图是某二倍体植物花药育种过程的示意图，下列叙述正确的是（）A.为了防止微生物污染，过程①所用的花药需进行灭菌处理B.过程②的培养基中需添加较高浓度的细胞分裂素以利于根的分化C.过程③逐步分化的植株中可筛选获得纯合的二倍体D.过程④应将获得的植株移栽到含有蔗糖和多种植物激素的基质上C番茄马铃薯欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”，你有什么妙招？利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？不能。因为不同种物种之间存在着生殖隔离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、植物体细胞杂交技术细胞膜细胞质液泡膜原生质层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？应该怎么处理？去细胞壁（去掉细胞壁的剩下部分称为原生质体）有没有一种温和的去壁方法呢？酶解法（纤维素酶和果胶酶）两个细胞能发生融合，这与细胞膜的什么结构特点有关？细胞膜具有流动性如何将杂种细胞培育成杂种植株？植物组织培养技术光学显微镜下的烟草细胞原生质体四、植物体细胞杂交技术A细胞B细胞B原生质体正在融合的原生质体再生出细胞壁愈伤组织移栽后的植物融合杂种植株去壁A原生质体去壁1.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的植物体的技术。再分化脱分化移栽植物细胞融合植物组织培养2.过程四、植物体细胞杂交技术2.过程(1)去除细胞壁，获得原生质体A细胞B细胞B原生质体去壁A原生质体去壁①去壁原因：②方法：③酶解法原理：④酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，为什么？细胞壁阻碍着细胞间的杂交（阻碍了原生质体间的融合）酶解法（纤维素酶和果胶酶）酶具有专一性使溶液具有一定的渗透压，防止原生质体吸水过多而涨破，保持原生质体正常高渗或者等渗溶液中去除细胞壁四、植物体细胞杂交技术2.过程(2)诱导原生质体融合（关键环节）B原生质体正在融合的原生质体融合A原生质体①理论基础：②方法细胞膜具有流动性物理法化学法电融合法离心法聚乙二醇（PEG）融合法高Ca2+-高pH融合法③植物细胞融合完成的标志：融合的原生质体再生出新的细胞壁再生出细胞壁四、植物体细胞杂交技术2.过程(2)诱导原生质体融合（关键环节）B原生质体正在融合的原生质体融合A原生质体④存在的细胞类型：再生出细胞壁AABBABAB注：融合后杂种细胞需要经过筛选才能获得所需要的杂种细胞！四、植物体细胞杂交技术3.原理细胞膜的流动性和植物细胞的全能性4.两个标志①植物细胞融合完成的标志：②植物体细胞杂交完成的标志：融合的原生质体再生出新的细胞壁培育成新植物体5.实例白菜-甘蓝、普通小麦-长穗偃麦草6.意义打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育植物新品种普通小麦-长穗偃麦草四、植物体细胞杂交技术"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，地下长马铃薯，这是为什么?生物体内基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的此图为嫁接技术的成果7.局限性①不一定按人们需要表达优良性状②技术复杂、操作繁琐、工作量大课堂小测4、紫罗兰(2n=14)花色丰富、抗虫性强、种子富含亚麻酸。为了让油菜(2n=38)具有紫罗兰的诸多优良性状，科研人员进行了如图所示实验。有关叙述错误的是（）A.通常在