【课件】2.1.1植物细胞工程的基本技术（课件）（人教版2019选择性必修3）

1、 2.1 2.1 植物细胞工程植物细胞工程 2.2 2.2 动物细胞工程动物细胞工程 2.3 2.3 胚胎工程胚胎工程 指应用细胞生物学、分子生物学和发育生指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法物学等多学科的原理和方法, ,通过细胞器、细通过细胞器、细胞或组织水平上的操作胞或组织水平上的操作, ,有目的地获得特定的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细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。性的生物工程。原理和方法原理和方法操作水平操作水平目的目的分类分类细胞生物学、分子生物学和发育生物学获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品概念细胞器

2、、细胞或组织植物细胞工程和动物细胞工程第1节 植物细胞工程科技探索之路哈伯兰特哈伯兰特提出了细胞全能性的理论细胞全能性的理论，但相关的实验尝试没有成功。斯图尔德斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。科金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原生质体古哈等古哈等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花粉粒发育而来的胚。卡尔森卡尔森诱导烟草种间原生质体融合种间原生质体融合，获得了第一株体细胞种间杂种植株种间杂种植株。土壤农杆菌的Ti质粒质粒被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促进

3、了植物细胞工程与分子生物学技术的紧密结合。1902年1958年1960年1964年1971年1974年植物细胞工程的植物细胞工程的理论基础是什么？是什么？什么是什么是植物组织培养技术和和植物体细胞杂交技术？123怎样进行菊花的组织培养？怎样进行菊花的组织培养？ “其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可其茅葺，其叶青青，犹绿衣郎，挺节独立，可敬可慕。迨（慕。迨（di）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（）夫花开，凝晴滚露，万态千妍，薰（xn）风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！风自来，四坐芬郁，岂非入兰室乎！岂非有国香乎！”这这是我国历史上第一部兰谱是我国历史上第一部兰谱金漳（金漳（

4、zhn）兰谱）兰谱（宋（宋赵时庚）中对兰花的一段描述。从古至今，我国人民赵时庚）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；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，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。如果靠自然繁殖，兰花的价格可想而知了。如何能让名贵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？的兰花大量、快速地繁殖，从而走入

5、寻常百姓家呢？【从社会中来从社会中来】1 1 选取多肉上健选取多肉上健康、饱满的叶片。康、饱满的叶片。2 2 用剪刀切下整片叶片，用剪刀切下整片叶片，切口要平滑、整齐。也可切口要平滑、整齐。也可以直接用手轻轻掰下叶片。以直接用手轻轻掰下叶片。3 3 平躺放在沙床平躺放在沙床上，叶片间隔相上，叶片间隔相聚聚2 2 3 3厘米。厘米。4 4 叶片切口不要有碰叶片切口不要有碰脏，摆放通风处脏，摆放通风处2 2 3 3天，晾干天，晾干。5 5 待叶片晾干后移至半待叶片晾干后移至半阴处养护。阴处养护。6 6 约约2 23 3周后生根，或周后生根，或从叶基处长出不定芽。从叶基处长出不定芽。7 7 叶插成功

6、叶插成功多肉进行叶插繁殖多肉进行叶插繁殖为什么多肉叶片能发育成植株？需要具备哪些条件？为什么多肉叶片能发育成植株？需要具备哪些条件？【从社会中来从社会中来】植物组织培养技术植物体细胞杂交技术 01叶子花瓣花粉细胞植物体 01植物细胞工程 的基本技术植物组织培养 植物体细胞杂交植物细胞工程的理论基础是什么?细胞的全能性1.全能性定义：全能性定义：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其他各种细胞的潜能。潜能。2.具有全能性的原因：具有全能性的原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传生物体的每一个细胞都包

7、含有该物种所特有的全套遗传物质。物质。3.体现体现全能性全能性的标志：的标志：细胞细胞 完整个体完整个体或或其他各种细胞其他各种细胞 实例：实例：胡萝卜胡萝卜韧皮部细胞韧皮部细胞发育成完整植株发育成完整植株 受精卵受精卵发育成个体（发育成个体（动植物动植物） 蜜蜂蜜蜂受精卵受精卵发育成工蜂，发育成工蜂，卵细胞卵细胞发育成雄峰发育成雄峰 用用一片叶子一片叶子、一片花瓣一片花瓣、一粒花粉一粒花粉繁殖出新的植株繁殖出新的植株4.不体现不体现全能性的全能性的实例实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶5.不体现不体现全能性的全能性的原因原因：基因在特定时间、空

8、间条件下选择性表达基因在特定时间、空间条件下选择性表达 细胞的全能性6.6.全能性大小的比较全能性大小的比较：受精卵受精卵 胚胎干细胞胚胎干细胞 生殖细胞生殖细胞 体细胞；体细胞；植物细胞植物细胞 动物细胞。动物细胞。 随着细胞分化程度的不断提高随着细胞分化程度的不断提高, ,细胞的全能性逐渐降低。细胞的全能性逐渐降低。外植体外植体脱分化愈伤组织愈伤组织再分化根、芽等根、芽等试管苗试管苗驯化移栽完整植株完整植株1.1.概念概念：3.3.一般过程：一般过程：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。移栽成活2.2.理论基础：理论基础

9、：植物细胞的全能性外植体生殖方式：无性生殖生殖方式：无性生殖分裂方式：有丝分裂分裂方式：有丝分裂 02在在_条件的诱导条件的诱导下，下，已经分化的细胞已经分化的细胞失去其特有的结构失去其特有的结构和功能和功能，转变为转变为_，进而形成，进而形成_的过程。的过程。一定的激素和营养等一定的激素和营养等未分化的细胞未分化的细胞愈伤组织愈伤组织不定形不定形的的薄壁组织薄壁组织团块团块。愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。（1 1）离体离体状态状态（2 2）无菌无菌操作操作（3 3）种类齐全、比例适合的）种类齐全、比例适合的营养物质营养物质（4 4）植物）植物激素

10、激素（主要是（主要是生长素生长素和和细胞分裂素细胞分裂素）诱导和调节诱导和调节（5 5）适宜的外界条件适宜的外界条件（温度、温度、pHpH、光照等、光照等） 相关概念脱分化：脱分化：愈伤组织：愈伤组织：再分化：再分化：适宜的培养条件：适宜的培养条件：菊花的组织培养流水流水冲洗冲洗 酒精酒精消毒消毒30s30s 无菌水无菌水清洗清洗2 23 3次次 次氯酸钠溶液次氯酸钠溶液处理处理30min30min 无菌水无菌水清洗清洗2 23 3次。次。外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽将消过毒的外植体置于无菌培养皿中

11、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无菌滤纸吸去表面的水分 用解剖刀将外植体切成用解剖刀将外植体切成0.50.51cm1cm长的小段。长的小段。探究实践菊花的组织培养外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽在酒精灯火焰旁在酒精灯火焰旁，将外植体的，将外植体的1/31/31/21/2插入插入诱导愈伤组织的培养诱导愈伤组织的培养基基中。用封口膜或瓶盖中。用封口膜或瓶盖封盖瓶口封盖瓶口，并在培养瓶上作好标记并在培养瓶上作好标记。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

12、端朝下）探究实践菊花的组织培养外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽培养基及培养条件：培养基及培养条件： 激素比例激素比例1 1：1 1、置于黑暗置于黑暗、 提供提供有机有机碳源（蔗糖）碳源（蔗糖） 探究实践菊花的组织培养外植体的消毒外植体的消毒外植体的切段外植体的切段接种外植体接种外植体诱导愈伤组织诱导愈伤组织诱导生芽生根诱导生芽生根移栽移栽注意：先诱导生芽，再诱导生根！生芽过程：生芽过程：生根过程：生根过程： 生长素比例少、有机营养、不需光照；生长素比例少、有机营养、不需光照；生长素比例多、无机营养、需光

13、照。生长素比例多、无机营养、需光照。移栽前先打开封口膜或瓶盖，让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。用流水清洗掉根在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。移栽入土。探究实践18回顾实验外植体消毒外植体切段接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽生根移栽1. 1. 接种接种3 3 4d4d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。被污染的可能原因。

14、2. 2. 从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？3. 3. 培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？培育的试管苗能直接移栽到露地吗？应如何操作？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周左右 生根苗移栽技术的关键是既要充分清洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。 一般使用无土栽培方法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷洒质量分数为5%的高锰酸钾，并用塑料薄膜覆盖12h，掀开塑料薄膜24h后才能移栽。新移栽的组培苗要在温室过渡几天，待其长壮后再移植到大田或盆中。菊花的组织培养 结果分析与评价探究实践4.

15、 进一步探究进一步探究 若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应若想探究生长素与细胞分裂素的使用比例对植物组织培养的影响，则应如何设计对照实验？如何设计对照实验？ 空白对照：不加任何激素；空白对照：不加任何激素； 实验组实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1； 实验组实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1； 实验组实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。探究实践菊花的组织培养根、芽植物体脱分化再分化培养条件：无菌营养物质适宜环境条件（

16、温度、PH、光等）植物激素： 细胞分裂素 生长素如：胡萝卜的形成层、菊花幼茎段、月季的花药植物组织培养技术-过程遮光一定的光照芽发育成叶，叶肉芽发育成叶，叶肉细胞中叶绿素的合细胞中叶绿素的合成需要光照成需要光照排列不规则，高度液泡化，呈不定形状态的薄壁细胞愈伤组织离体的植物器官、组织或细胞（外植体）愈伤组织重新分化愈伤组织重新分化为芽、根等器官为芽、根等器官失去特有结构和功能失去特有结构和功能转变成未分化的细胞转变成未分化的细胞 欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物超级作物”。你有什么好妙招？。你有什么好妙招？ 031.1.过程过程植物细胞融合 + 植物组

17、织培养去壁去壁去壁去壁融融合合 再生再生新壁新壁脱分化脱分化再分化再分化移栽移栽植物细胞融合植物组织培养植物体细胞杂交 03原生质体原生质体原生质层原生质层原生质体细胞壁细胞壁细胞膜细胞膜细胞质细胞质液泡液泡细胞核细胞核原生质层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去壁原因：去壁原因： 。方法：方法： 。相关酶：相关酶： 。* *为什么用上述酶？为什么用上述酶？_* *酶解法利用了原理？酶解法利用了原理？_* *纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？纤维素酶和果胶酶的酶溶液中一般加入一定浓度的无机盐离子和甘露醇，试分析原因？细胞壁阻碍着细胞

18、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植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成酶的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（1 1）去除细胞壁）去除细胞壁 相关提醒原生质体原生质体原生质层原生质层方法：方法：物理方法物理方法：电融合法、离心法：电融合法、离心法化学方法：化学方法：聚乙二醇（聚乙二醇（PEGPEG）融合法、）融合法、 高高CaCa2+2+- -高高pHpH融合法融合法理论基础：理论基础：细胞膜具有流动性细胞膜具有流动性 原生质体细胞壁细胞壁细胞膜细胞膜细胞质细胞质液泡液泡细胞核细胞核原生质层成熟植物细胞的细胞膜、液泡膜成熟植物细胞

19、的细胞膜、液泡膜和介于这两层膜之间的细胞质和介于这两层膜之间的细胞质（2 2）原生质体间的融合）原生质体间的融合 相关提醒融合的原生质体重新产生细胞壁，形成杂种细胞思考：思考：1、参与此过程中的主要细胞器是？、参与此过程中的主要细胞器是？ 2、杂种细胞的染色体数是多少？、杂种细胞的染色体数是多少？ 3、杂种细胞染色体组数是多少？、杂种细胞染色体组数是多少？ 4、融合后，培养基中有几种类型的细胞？、融合后，培养基中有几种类型的细胞？验证再生出新壁的实验：验证再生出新壁的实验：质壁分离和质壁分离复原实验（3 3）细胞融合完成的标志细胞融合完成的标志* *：高尔基体两亲本染色体数之和两亲本染色体组数之和未融合的细胞：A、B 两两融合的细胞：AA、BB、AB 多细胞融合体需要进一步筛选 相关提醒2 2. .融合实例融合实例: :1.1.概念：概念： 将将不同来源不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞杂种细胞，并把杂，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。种细胞培育成新植物体的技术。 4 4. .步骤说明步骤说明: :1 1）酶解法