选修三2-1植物细胞工程2

普通高中课程标准实验教科书选修3现代生物科技专题人民教育出版社生物室2010年5月2011年上学期大庆实验中学制作唐海现代生物科技专题科学技术现代基因工程克隆技术胚胎工程生态工程基本概念和基本原理技术流程、操作和应用伦理问题生物技术的安全性与伦理问题社会交流、讨论、辩论细胞工程专题22011年上学期大庆实验中学制作唐海旧知回顾基因工程又叫做基因拼接技术或DNA重组技术。通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。基因工程的概念

1996年7月5日，世界上第一只体细胞克隆动物-----克隆羊多利诞生于英国，标志着一种新的生物技术---动物体细胞克隆技术面世，也揭开细胞工程更深层次发展的序幕!

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过细胞水平或细胞器水平上的操作，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。什么叫细胞工程？按操作对象分类植物细胞工程动物细胞工程细胞工程是细胞水平或细胞器水平上的生物技术；克隆多莉羊技术是

水平上的技术，培育抗虫棉是

水平上的技术。细胞工程与基因工程相比：细胞分子思考:基因工程是分子水平上的生物技术。植物组织培养技术2.1植物细胞工程2.1.1植物细胞工程的基本技术回忆、思考1、植物组织培养的大致过程包括哪几个阶段？离体的器官、组织或细胞植物细胞具有全能性2、植物组织培养技术的理论基础是什么？根和芽完整植株愈伤组织脱分化再分化发育几个概念：愈伤组织：

离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间以后，通过细胞分裂，形成一种高度液泡化、无定形状态薄壁细胞组成的排列疏松无规则的组织。细胞分化概念：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。植物细胞的脱分化：植物细胞的再分化：脱分化产生的愈伤组织在一定的培养条件下中重新分化出幼根或芽等器官，进而形成完整小植株的过程。

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细胞的过程，叫脱分化，又称去分化。过程名称过程形成体特点条件脱分化再分化植物体离体部分愈伤组织排列疏松、具分生能力的薄壁细胞团愈伤组织幼苗或胚状结构有根、芽或有生根发芽能力（已分化细胞失去特有结构功能成为未分化细胞）（未分化细胞在形态、结构、功能上发生稳定性差异）离体、恒温、避光、激素、营养等恒温、见光、激素、营养回忆、思考3、什么叫做细胞全能性？动物细胞具有全能性吗？具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，即每个细胞都具有全能性。4、生物体所有细胞全能性都一致吗？受精卵>生殖细胞>体细胞；植物细胞>动物细胞

在生物体内，由于基因的程序性（选择性）表达，细胞不能表现出全能性，而是分化成为不同的组织器官。问题：生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？细胞的全能性1、定义：

指已经分化的细胞，仍具有发育成完整个体的潜能。

2、原因：

生物体的任何一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。

3、大小：

植物细胞的全能性受精卵生殖细胞体细胞＞＞科学利用菊花花瓣培养的菊花为什么植物的花瓣在植物体内没有能发育成完整的植株呢？

Ａ．细胞失去了全能性Ｂ．细胞中的基因部分丢失Ｃ．细胞中的基因进行选择性表达Ｄ．细胞中的基因变异不同C为什么植物的一个花瓣就可以培育出完整的植株呢？

怎样才能由一块组织通过培养得到一株完整植株,应该如何操作?一、植物组织培养技术1、植物组织培养的过程阅读课本P34胡萝卜的组织培养：讨论并概括出植物组织培养技术的流程简图。1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？3.为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？4.为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5.请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。1.植物细胞表现出全能性的条件有哪些？细胞离体、一定的营养物质、激素和其他外界条件避免杂菌在上面迅速生长消耗营养，且有些杂菌会危害培养物的生长。想一想2.在植物组培过程中，为什么要进行一系列的消毒，灭菌，并且要求无菌操作？3、为什么切取胡萝卜根的形成层，其他部分也能培养成小植株吗？想一想胡萝卜根形成层容易诱导成愈伤组织，其他部分如叶、花也能培养成小植株，只是稍微困难些。4、为什么诱导愈伤组织的过程中应避光培养？5、请同学们根据上述过程概括出植物组织培养技术的流程图，并与同学交流。在有光时，往往容易形成维管组织，而不易形成愈伤组织。切取形成层无菌接种诱导愈伤组织的形成试管苗的形成培养室移栽脱分化再分化离体的植物器官、组织或细胞愈伤组织根、芽植物体外植体脱分化植物激素：细胞分裂素、生长素再分化植物组织培养过程植物组织培养条件：含有全部营养成分的培养基、一定的温度、空气、无菌环境、适合的PH、适时光照等。根据上述过程，请同学们讨论归纳出组织培养的概念。

2、概念：

植物组织培养就是在无菌和人工控制条件下，将离体的植物器官、组织、细胞，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其产生愈伤组织、丛芽，最终形成完整的植株。实例：非洲紫罗兰的组织培养因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交方法是不可能做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种植物的体细胞进行杂交，来实现这一美妙的设想。二、植物体细胞杂交技术这幅番茄—马铃薯图利用传统有性杂交方法能实现吗？为什么？二、植物体细胞杂交技术请思考：1．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？2．有没有一种温和的去壁方法呢？3．为什么两个原生质体能发生融合，这与细胞膜的什么特性有关？4．如果两个来源不同的原生质体发生了融合，下一步该做何处理？去壁去壁纤维素酶果胶酶原生质体植物细胞原生质体融合离心、振动、电刺激、聚乙二醇再生细胞壁杂种细胞去分化愈伤组织杂种植株激素筛选等量激素再分化1、植物体细胞杂交过程植物细胞的融合植物组织培养去壁的常用方法：酶解法（纤维素酶、果胶酶等）

原生质体融合方法：物理法：离心、振动、电刺激等化学法：聚乙二醇（PEG）2、概念将不同种的植物体细胞，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。3、成果和未解决的问题

成果：克服了不同生物远缘杂交的障碍，出现自然界没有的新品种。未解决的问题：未能让杂种植物按照人们的需要表现出亲代的优良。实例番茄-马铃薯烟草—海岛烟草白菜—甘蓝胡萝卜—羊角芹2.1.2植物细胞工程的实际应用一、植物繁殖的新途径1、微型繁殖

(1)微型繁殖技术：快速繁殖优良品种的植物组织培养技术。

(2)特点:

保持优良品种的遗传特性；

高效快速地实现种苗的大量繁殖。2、作物脱毒(1)材料：无病毒的茎尖

(2)脱毒苗：切取茎尖进行组织培养获得(3)优点：提高作物产量和品质一粒种子能长成一棵植物的奥秘究竟在哪里？3、神奇的人工种子双子叶植物种子---菜豆种子的结构单子叶植物种子----玉米种子的结构使芽轴伸长幼叶叶茎侧芽枝条叶芽（1）人工种子人工种子就是以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等等为材料，经过人工薄膜包装得到的种子。

1）天然种子由于在遗传上具有因减数分裂引起的重组现象，因而会造成某些遗传性状的改变；天然种子在生产上受季节限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十几年才繁殖一次。而人工种子则可以完全保持优良品种的遗传特性，生产上也不受季节的限制。人工种子之所以神奇，是由于它具有天然种子不可比拟的特点，想一想它们具有哪些优点？

2）试管苗的大量贮藏和运输也是相当困难的。人工种子则克服了这些缺点，人工种子外层是起保护作用的薄膜，类似天然种子的种皮，因此，可以很方便地贮藏和运输。（2）人工种皮是保证包裹在其中的胚状体顺利生长成小植株的关键部分，请探讨人工种皮中应该具有的有效成分是什么？为了促进胚状体的生长发育，我们还可以向人工种皮中加入哪些物质？针对植物种类和土壤等条件，在人工种子的包裹剂中还可以加入适量的养分、无机盐、有机碳源以及农药、抗生素、有益菌等。为了促进胚状体的生长发育，还可以向人工种皮中加入一些植物生长调节剂。3、神奇的人工种子

(1)特点：后代无性状分离；不受气候，季节和地域限制。(2)技术：(3)结构：植物组织培养。人工薄膜胚状体或不定芽或顶芽或腋芽。二、作物新品种的培育1、单倍体育种(1)方法：花药的离体培养

(2)优点：

后代稳定遗传，都是纯合子；

明显缩短育种年限。2、突变体的利用三、细胞产物的工厂化生产1、种类：蛋白质、脂肪、糖类、药物、香料、生物碱等。

(1)产