【省级公开课】2.1.1植物细胞工程（一）植物细胞工程的基本技术课件-2021-2022学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

1、第2章 细胞工程首个体细胞克隆动物克隆动物多莉羊体细胞克隆猴“中中”和“华华”如何能让名贵的兰花大量、快速地繁殖？细胞工程应用细胞生物学、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、细胞或组织水平获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品植物细胞工程和动物细胞工程哈伯兰特哈伯兰特提出了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。，但相关的实验尝试没有成功。斯图尔德斯图尔德等发现等发现胡萝卜的体细胞可以

2、分化为胚胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。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在培养毛曼陀罗的花药时，首次得到了由花药中的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，获得了第一株体细胞种间杂种植株种间杂种植株。土壤农杆菌的土壤农杆菌的Ti质粒质粒被发现。之后，该质粒应用于被发现。之后，该质粒应用于植物分子生物学领域，促

3、进了植物细胞工程与分子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。生物学技术的紧密结合。1902年年1958年年1960年年1964年年1971年年1974年年【科技探索之路】植物细胞工程的发展历程【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（di）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！”这是我国历史上第一部兰谱金漳（zhn）兰谱（宋赵时庚）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

4、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？植物组织培养技术第1节 植物细胞工程01植物组织培养技术目录 /CONTENTS一、植物细胞工程的基本技术叶子花瓣花粉细胞植物体01植物组织培养技术一、植物细胞工程的理论基础是什么?细胞的全能性?1.细胞全能性的定义：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。2.细胞具有全能性的根本原因：生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全部遗传物质。每一个体细胞都是由同一个受精卵细胞经有丝分裂增殖分化而形成的。体细胞内的遗传物质（基因）

5、与受精卵完全一样。3.全能性大小的比较：体细胞全能性与细胞分化程度：植物细胞动物细胞【说明】特例：卵细胞虽然已经高度分化，但仍具有较高的全能性。体细胞全能性与细胞分裂能力：分裂能力强的分裂能力弱的不同类型细胞的全能性：受精卵生殖细胞（配子、精子、卵细胞）体细胞受精卵干细胞体细胞不同生物细胞的全能性：一般来说，细胞分化程度越高，细胞全能性越低。负相关不体现全能性的实例：芽原基只能发育为芽，叶原基只能发育为叶4.生物的生长发育过程中，细胞并未表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。细胞分化：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫做细胞分化。细

6、胞分化的实质：在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因选择性表达。全能性表现的条件：具有完整的细胞结构，处于 状态，提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。离体体现细胞全能性的标志：细胞 完整 或其他 。 生物体各种细胞【强调】细胞分化时遗传物质保持不变。二、植物组织培养技术1.概念：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。2.原理：植物细胞的全能性外植体？离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体。3.繁殖方式：无性繁殖接种外植体诱导愈伤组织诱导生芽诱导生根移栽成活4.一般过程：外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽等试管苗驯化移栽完

7、整植株相关概念脱分化：在一定的激素和营养等条件的诱导下，已经分化的细胞失去其特有的结构和功能，转变为未分化的细胞，进而形成愈伤组织的过程。愈伤组织： 脱分化形成的不定形的薄壁组织团块。再分化： 愈伤组织重新分化成芽、根等器官的过程。（1）离体状态； （2）无菌操作（3）种类齐全、比例适合的营养物质（4）植物激素（主要是生长素和细胞分裂素）诱导和调节（5）适宜的外界条件（温度、pH、光照等）适宜的培养条件细胞特点？细胞排列疏松无规则、高度液泡化、色浅，具有较强的分裂能力三、【探究实践】菊花的组织培养1.实验原理：植物细胞一般具有全能性。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

8、化形成愈伤组织，将愈伤组织接种到含特定激素的培养基上，就可以诱导其再分化成胚状体，长出芽和根，进而发育成完整的植株。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。2.材料用具外植体：幼嫩的菊花茎段（容易诱导形成愈伤组织）体积分数为70%的酒精：对手、超净工作台、外植体进行消毒质量分数为5%左右的次氯酸钠溶液：对外植体进行消毒无菌水： 清洗外植体培养基（P116-参见本书附录1）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）。蔗糖的作用：提供营养灭菌方法

9、为：湿热灭菌法维持培养基的渗透压固体培养基1）培养基名称： ；2）物理性质： ；3）碳源： 。植物组织培养常用的培养基配方 P1163.方法步骤（1）消毒双手和超净工作台台面：用酒精擦拭外植体:流水冲洗 酒精消毒30s 无菌水清洗23次 次氯酸钠溶液处理30min 无菌水清洗23次。（2）外植体切段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0.51cm长的小段。（3）接种外植体在酒精灯火焰旁，将外植体的1/31/2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

10、下（4）脱分化诱导愈伤组织将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于1822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培养基及培养条件：激素比例1：1有光易形成维管组织，不易形成愈伤组织。提供有机碳源（蔗糖）细胞排列疏松无规则、高度液泡化异养生活（5）再分化诱导生芽生根培养1520d后，将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上培养。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。【注意1】诱导顺序：先诱导生芽，再诱导生根！【注意2】该过程每日需要给予适当时间和强度的光照！（6）移栽培养移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养

11、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。总结：植物组织培养的基本流程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4.实验结果分析与评价（1）接种34d后，检查外植体的生长情况，统计有多少外植体被污染，有多少能正常生长，试分析它们被污染的原因。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）从刚接种的外植体到长出愈伤组织需经历多少天？一般需要2周左右（3）你培育的幼苗移栽到露地后，能够正常生长吗？生根苗移栽技术的关键是既要充分清

12、洗根系表面的培养基，又不能伤及根系。一般使用无土栽培的办法。培养基质要提前消毒，可以向培养基质喷酒质量分数为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。可以在课后统计移栽的成活率，看看移栽是否合格。（4）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。生长素/细胞分裂素 结果比值高(1)比值低(1)比值适中(=1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织的形成生长素类作用：用于诱导细胞的伸长生长和根的分化；细胞分

13、裂素类作用：促进组织细胞的分裂或从愈伤组织和器官上分化出不定芽。5.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，则应如何设计对照实验？ 空白对照：不加任何激素； 实验组1：生长素用量与细胞分裂素用量的比值为1； 实验组2：生长素用量与细胞分裂素用量的比值大于1； 实验组3：生长素用量与细胞分裂素用量的比值小于1。生长素/细胞分裂素 结果比值高(1)比值低(1)比值适中(=1)有利于根的分化，抑制芽的形成有利于芽的分化，抑制根的形成促进愈伤组织的形成接种时注意外植体的方向，不要 。脱分化诱导愈伤组织期间一般 光照，在后续的培养过程中，每日 给予适当时间和强度的光照。【总结

14、：植物组织培养过程需要注意的问题】实验中使用的培养基和所有的器械都要 。接种操作必须在酒精灯 进行，并且每次使用后的器械都要 。火焰旁灭菌灭菌为什么要强调所用器械的灭菌和实验人员的无菌操作？避免杂菌与培养物竞争营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。倒插不需要需要若细胞不离体，细胞中的基因会选择性地表达，从而形成生物体的不同组织和器官，不能表现出全能性。【总结】植物组织培养中细胞表现出全能性的条件（1）离体（最关键）:（2）严格的无菌条件：对操作环境、双手、外植体进行消毒；对培养基和器械进行灭菌；接种操作必须在酒精灯火焰旁进行。（3）适宜的培养条件：（4）适宜浓度和比例的激素：（5）一定的营养条件

15、：温度，光照包括有机营养成分、无机营养成分主要是生长素和细胞分裂素（1）植物体的任何细胞都具有全能性，也都能表现出全能性 （ ）（2）脱分化和再分化是植物组织培养的重要过程 （ ）（3）在植物组织培养时，对外植体要进行灭菌处理 （ ）（4）诱导生芽的培养基和诱导生根的培养基完全一样 （ ）判断常考语句，澄清易混易错第1节 植物细胞工程01植物组织培养技术目录 /CONTENTS一、植物细胞工程的基本技术欲培育地上长番茄和地下结马铃薯的“超级作物”。你会有什么办法呢？利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？番茄结马铃薯不能不同种生物之间存在着生殖隔离1.植物体细胞杂交的过程A细胞B细胞纤维素酶果胶

16、酶去壁：酶解法正在融合的原生质体再生出细胞壁诱融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融合法等脱分化再分化移栽植物细胞融合植物组织培养杂种植株愈伤组织A原生质体B原生质体移栽后的植株杂种细胞过程分析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植物细胞的细胞壁主要由纤维素和果胶构成（1）去除细胞壁去壁原因：方法：相关酶：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？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。等渗溶液原生质体原生质层原原生生质质体体细胞壁细胞壁细胞膜细胞膜细胞质细

17、胞质液泡液泡细胞核细胞核原原生生质质层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（2）两个标志植物细胞融合完成的标志：再生出新的细胞壁，形成杂种细胞植物体细胞杂交完成的标志：培育成新的植物体参与此过程中的主要细胞器是？验证再生出新壁的实验？质壁分离和质壁分离复原实验高尔基体（3）融合细胞类型的分析A种原生质体与B种原生质体融合后，有哪几种类型（只考虑两两融合）？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？有 种融合类型：AA、BB、AB我们需要的是？AB3培养基中共有 种类型的细胞？因此要对融合后的原生质体进行 。筛选AA、BB、ABA、B5【问题探究4】若

18、植物A的基因型是AaBb，植物B的基因型是aaBb，则只考虑细胞之间的两两融合，则融合形成的细胞基因型有 ? 种，分别是?AAaaBBbbaaaaBBbbAaaaBBbb3杂种细胞若A细胞具有2x条染色体，2个染色体组，基因型为Aabb。B细胞含有2y条染色体，2个染色体组，基因型为ccDd，则通过植物体细胞杂交技术获得的新植株染色体条数？染色体组数？基因型？属于可遗传变异类型中的？2x2y4个AabbccDd染色体数目变异两亲本染色体数之和两亲本染色体组数之和两亲本基因型之和异源多倍体【问题探究5】总结：有性杂交与植物体细胞杂交的比较植物A体细胞染色体数20条植物B体细胞染色体数40条有性杂

19、交后代体细胞中染色体数 条植物体细胞杂交后代体细胞中染色体数 条植物A为二倍体植物B为四倍体有性杂交后代为 倍体植物体细胞杂交后代为 倍体有性杂交遵循孟德尔遗传规律植物体细胞杂交不遵循孟德尔遗传规律3060三六2.植物体细胞杂交的概念：植物体细胞杂交是指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。原理（理论基础）？ 植物细胞融合植物组织培养细胞膜的流动性植物细胞的全能性白菜甘蓝白菜甘蓝具有两个物种的遗传物质3.植物体细胞杂交的实例：具有生长期短、耐热性强和易于贮藏等优点多种柑橘属不同种间的杂种植株普通小麦长穗偃麦草4.植物体细胞杂交的意义：打破生殖隔离，实现远缘杂交育种，培育了植物新品种。5.植物体细胞杂交存在的问题：有些杂种植株还未按照人们的意愿表现出亲代的优良性状。如，番茄马铃薯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